检测技术及仪表 教学课件 ppt 作者 樊春玲 第6章 工业分析仪表

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1、第6章工业分析仪表教学目的与要求1.掌握工业分析仪表的组成和基本原理；2.掌握热导式气体分析仪的原理和结构特点；3.掌握氧量分析仪的原理和结构特点；4.掌握pH、湿度、密度的测量原理和相应的分析仪表。主要内容6.1工业分析仪表简介6.2热导式气体分析仪6.3氧量分析仪6.4pH值的自动测量6.5湿度的自动测量6.6密度的自动测量6.1工业分析仪表简介分析仪表是对物质的组成和性质进行分析和测量，并能直接指示物质的成分及含量的仪表。分析仪表分为实验室用仪表和工业用自动分析仪表。前者用于实验室，其分析结果较准确，通常是先人工现场取样，然后进行人工进样分析。而后者

2、用于连续生产过程中，周期性自动采样，连续自动进样分析，随时指示、记录、打印分析结果，所以工业分析仪表又称为在线分析仪表或过程分析仪表。工业分析仪表的基本组成工业分析仪表一般由取样及预处理系统、检测器、信号处理及转换系统以及显示装置四部分组成，如图6-1所示。6.2热导式气体分析仪热导式气体分析仪，是热学式成分分析仪器的一种，这种分析仪器在工业上已经有几十年的应用历史。类型很多，能分析的气体也很广泛，可分析气体混合物中某个组分的百分含量，如分析混合气体中H2、CO2、SO2、NH3、Ar等气体的含量，是目前气体成分分析仪器中比较基本和重要的一种。热导式气体分

3、析仪在化肥工业和有氢气作业的工业流程中，应用极为广泛。以热导式气体分析仪作为变送器组成的自动调节系统，可以实现对生产过程的自动调节，对于提高产品质量，安全生产和节能等有一定的作用。此外，热导检测器也广泛应用于气相色谱仪和实验室分析中。6.2.1热导分析的基本原理由传热学知，同一物体各部分之间，或者互相接触的两物体之间，若存在着温度差，则热量会从高温部分传递到低温部分，或者从高温物体传向低温物体，这种传递热量的方式叫热传导，简称导热。固体、液体和气体都有导热能力。一般来说，固体导热能力强于液体和气体，气体导热能力最弱。物体的导热能力以热导率来表示，物体传热的

4、关系可用傅里叶定律描述，即单位时间内传导的热量和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比。（6-1）（6-1）由该式可以看到，通过介质微元等温面传导的热量，不仅与等温面处温度梯度有关，而且与介质的热导率成正比。介质的热导率越大，在同样的温度梯度情况下，通过单位微元等温面传导的热量越多，可见热导率标志着物质的导热能力。式中的负号说明热量的传导方向与温度梯度的方向相反（即温度下降的方向）。气体导热的实质是气体分子在热运动过程中相互碰撞而传递能量。气体导热率通常与温度有关。当温度升高时，分子运动加剧，热导率随之增大。热导率与温度的关系（在温度范围不是很大时）可近

5、似写成：（6-2）对于大多数烟气，一般都是由多种气体组成的混合气体，除含有CO2外，还可能含有SO2、N2、O2以及H2O（蒸汽）等。混合气体的热导率是由所含组分气体的热导率共同决定的。对于彼此之间无相互作用的多组分气体，其热导率可以近似地认为是各组分热导率按组分含量的加权平均值，即：（6-3）严格地讲，热导式成分分析仪只能解决双组分气体的含量分析，此时式（6-3）的具体形式为：设下标1的组分为待测组分，下标2为背景气体。由于，于是：（6-4）（6-5）（6-6）对式（6-5）微分，可得：或可见仪器的灵敏度与两个组分热导率之差成正比，即双组分的热导率相差越

6、大，仪器的灵敏度越高。（6-7）（6-8）6.2.2热导分析仪的检测器1.检测器的特性分析实现将混合气体热导率的变化转换成热敏电阻阻值变化的部件，称为检测器或热导池。图6-2为热导池的结构示意图图6-2热导池结构示意图1—腔体；2—电阻丝；3—支撑弹簧；4—绝缘；5—引线；6—气体出口；7—气体入口2.影响检测器特性的因素（1）电阻丝的参数；（2）工作电流；（3）壁腔温度影响；（4）其他散热影响。3.检测器的结构（1）结构类型根据待分析气体流过检测器的方式不同，检测器可分为直通式、对流式和扩散式三种。图6-3双臂直通式检测器结构示意图图6-4单臂对流式检测

7、器结构示意图图6-5扩散式检测器结构示意图图6-6半扩散式检测器结构示意图图6-7双臂扩散式检测器结构示意图（2）电阻丝支撑方法如前所述，电阻丝是检测器的关键元件，它是在低温情况下安装，在高温情况下工作，因此工作时其长度会有所伸长。图6-8电阻丝支撑方法示意图6.2.3热导分析仪的测量桥路最常用的是双臂测量线路。双臂测量线路与单臂测量线路在线路安排上几乎没有什么区别，只是双臂测量线路所采用的检测器是双臂热导池。具体测量线路如图6-9（a）、（b）两种。图6-9双臂测量电路图6-10双桥路测量线路原理图Ⅰ—检测电桥；Ⅱ—参比电桥；A—交流放大器；SM—可逆电

8、机；Tp—电源变压器6.3氧量分析仪氧含量分析方法有两种：一种是物