气体成分分析仪表_检测仪表.ppt

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1、第六节气体成分分析仪表一、概述目的是分析各种气体混合物中各组分的含量或其中某一组分的含量气体成分的检测特点：和温度、压力不一样，一般有一个取样系统，取出被测样品，由过滤器，分离，冷却器和抽吸设备等组成第六节气体成分分析仪表气体成分分析仪表的组成框图采样装置预处理系统气体成分分析仪表的组成框图采样系统传感器信号放大和处理单元显示单元控制单元第六节气体成分分析仪表按测量原理分类主要有电化学式热学式光学式射线式磁学式色谱式电子光学式和离子光学式第六节气体成分分析仪表二、氧量分析仪工作原理利用氧化锆电解质作传感器，测量混合物气体中氧

2、气的含量氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷固体电解质，在高温下有良好的离子导电特性。作为氧含量检测用的氧化锆一般都掺入一定量（通常15%）的化学CaO（也可以Y2O2）作为稳定剂，经高温焙烧后则形成稳定的萤石型立方晶系第六节气体成分分析仪表氧化钙固溶在氧化锆中，其中Ca＋2置换了Zr＋4的位置，而在晶体中留下了氧离子空穴。空穴的多少与掺杂量有关如果在一块ZrO2电解质的两侧分别附上一个多孔铂电极，若两侧气体的含氧量不同，则在两电极间就会出现电势，该电势称为浓差电势第六节气体成分分析仪表在电池的正极：在电池的负极：电池反应：浓差电势

3、的大小可由能斯特公式决定：pR为参比气体氧分压，一般用空气作参比气体，则pR＝21000Pa（视地区环境不同）第六节气体成分分析仪表氧化锆探头和变送器氧化锆氧含量测量的检测器有各种的形式（形状）在氧化锆检测器中，最重要的是控制氧化锆的工作温度：一般检测器中均有恒温控制装置，以保证氧化锆工作在恒定的温度；另一方面，还要选取合适的温度值氧化锆探头第六节气体成分分析仪表三、热导式气体分析仪检测原理基于待测组分的导热系数被测气体中其它组分有明显的差异表征物质导热能力大小的物理参数是导热系数λ，λ越大，说明该物质容易导热，反之不易导热

4、第六节气体成分分析仪表实验证明，对于混合物，其导热系数λ可用下式计算其中λi—第i组分的导热系数Ci—第i组分所占的百分含量由于氢气的导热系数是其他气体的好多倍的缘故，所以这方法最适合用于氢气含量的检测第六节气体成分分析仪表热导式气体分析仪热导式气体分析仪由传感器（常称为热导检测器或热导池）、测量电路、显示单元、电源和温度控制器等组成。热导池是将混合气体的导热系数的变化转换为电阻值变化的关键部件热导池结构第六节气体成分分析仪表0℃时的电阻值为R0，通过电流I后，电阻丝产生热量并向四周散射，由于气体流量很小，气体带走的热量可忽

5、略。热量主要是通过气体传向气室壁。设气室壁温度tc恒定（一般都设置有恒温装置），电阻丝达到热平衡时的温度为tn，电阻丝通以恒定电流I0，则电阻丝的散热为而电阻丝产生的热量为第六节气体成分分析仪表热平衡时Q＝Q′。如果混合气体的导热系数λ愈大，其散热条件愈好，热平衡时的温度tn也愈小，反之，λ愈小，tn愈高，Rn愈大，从而通过电阻的变化测量导热系数电阻Rn的测量可通过电桥实现第六节气体成分分析仪表四、红外式气体分析仪气体对红外线的吸收红外线是指波长为0.76～1000μm范围内的电磁波。既然它是一种电磁波，因此它具有折射、反射

6、、散射、干涉和吸收等性质。红外线气体成分检测主要是利用红外线的吸收性质。归纳起来具有以下特点：同种气体对红外线的吸收能力因红外线的波长不同而不同。第六节气体成分分析仪表单原子分子气体和无极性的双原子分子气体不吸收红外线，而具有异核分子的大多数气体在某些特定的波长下对红外线有强烈的吸收气体吸收了红外线辐射以后，温度升高使压力（体积）增加气体对红外线的吸收遵循朗伯—比尔定律，即第六节气体成分分析仪表检测原理下面我们以CO2红外线气体成分检测器的工作原理。它是双光束测量系统，灯丝通电后发出两束强度几乎相等的红外线，波长一般在3～1

7、0μm，灯丝一般采用镍铬合金丝。光路中装有切光片，可连续遮段光源为了简便起见，首先讨论一下切光片不动，并且没有遮断光路的情况。一束红外线经过参比室，到达检测器的左气室；另一束经过工作气室，到达检测第六节气体成分分析仪表器的右气室，检测器中间用一张铝箔和它旁边的铝合金柱体构成一个电容器，其中铝箔为动极，柱体作定极第六节气体成分分析仪表但是由于样气中气体浓度的变化而引起的检测器气室内温度或压力的变化是极小的，铝箔的位移只不过10－2μm，相应的C变化显然也是极小的，因此要直接正确地测量C地改变量是极为困难的。为此在红外线气体分析

8、器上在光源后面加了一个切光片。使进入参比气室和工作气室的红外线成为两束同步的断续红外辐射，这种作用称为调制第六节气体成分分析仪表假设被测气体中只有待测组分吸收特定波长的红外线。如果其他组分也对红外线有吸收，则情况就不一样了背景气体吸收的红外光波长与待测气体的不一样第六节气体成分分析仪表背景