在线分析仪表.ppt

在线分析仪表,1,在线分析仪表的基础知识,在线分析仪器(on-lineanalyzers),又称过程分析仪器(processanalyzers)，或质量监测仪表（qualitymonitoringinstrument），是指直接安装在工业生产流程或其它源液体现场。对被测介质的组成或物性参数进行自动连续测量的仪器。在线分析仪器广泛应用于工业生产的实时分析和环境质量及污染排放的连续监测。分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。在现代工业生产过程中，必须对生产过程的原料、成品、半成品的化学成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、电导率、等进行自动检测并参与自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，确保安全生产和保护环境的目的。,2,分析的方法有两种类型，一种是定期采样并通过实验室测定的实验分析方法（这种方法所用到的仪表称为实验室分析仪表或离线分析仪表）。另一种是利用仪表连续测定被测物质的含量或性质的自动分析方法（这种方法所用到的仪表称为过程分析仪表或在线分析仪表）。分析仪表基于多种测量原理，在进行分析测量时，需要根据被测物质的物理或化学特性来选择适当的检测手段和仪表。按照使用场合来分，分析仪表又分为实验室分析仪表、在线分析仪表（有些书中也叫过程分析仪表、自动分析仪表）。在线分析仪表都采用现场安装方式，它可以自动采样、预处理，自动分析、信号处理以及远传，是专门用于生产过程的检测和控制，在过程控制中起着常规仪表不可替代的重要作用。,3,在线分析系统的构成在线分析仪表(on-lineanalyzers)又称过程分析仪表(processanalyzers),是指直接安装在工艺过程中,对物料的组成成分或物性参数进行自动连续分析的一类仪表。通常在线分析仪表（一般安装在分析小屋或专门的保护装置中）和样品（有气体、液体、固体）预处理装置（一般安装在取样点附近）共同组成一个在线测量系统，以保证良好的环境适应性和高可靠性，其典型的基本组成图如下图所示。,4,5,取样装置从生产设备中自动快速地提取待分析的样品，前级预处理装置对该样品进行初步冷却、除水、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，预处理装置对该样品进行进一步步冷却、除水、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，还实现流路切换、样品分配等功能，为分析仪仪表提供符合技术要求的样品。公用系统为整个系统提供蒸汽、冷却水、仪表空气电源等。样品经分析仪表分析处理后得到代表样品信息的电信号通过电缆远传到DCS。,6,在线分析仪表的分类在线分析仪表分类方法有很多种，常见的分类主要有：按测定方法分:光学分析仪器、电化学分析仪器、色谱分析仪器、物性分析仪器、热分析仪器等。按被测介质的相态分:气体分析仪和液体分析仪。其中气体分析仪表包括红外线分析仪、热导式气体分析仪（氢表、氩表）、氧化锆、磁力机械氧分析仪、热磁式氧分析仪、磁压式氧分析仪、激光烟气分析仪、折射仪、硫比值分析仪、微量水、微量氧、CEMS烟气分析仪、烃分析仪、色谱分析仪、质谱分析仪、拉曼光谱分析仪等等。,7,液体分析仪表主要是常见的水分析仪表包括PH计、电导仪、COD、DO、TOC、ORP、浊度计、氨氮分析仪、水中油、余氯分析仪等等。以上分类方法不是绝对的，比如电容式微量水分仪既可以测量气体中的微量水分又可以处理液体中的微量水分。但是习惯上把它归在气体分析仪表中。我公司UIO装置使用的在线分析仪表主要有PH计、电导仪、COD、DO、ORP、浊度仪、余氯仪、硅表、钠表、可燃气体检测器、有毒气体检测器、CO分析仪、氧化锆、CEMS烟气检测等。,8,在线分析仪表常用的浓度单位在线分析中气体浓度的表示方法有:摩尔分数、体积分数、质量浓度、质量分数、物质的量浓度等。在线分析仪表中最常用的是体积分数。摩尔分数：即待测组分的物质的量与混合气体中各组分物质的量的总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%vol(摩尔百分比)、ppmmol、ppbmol。体积分数：即待测组分的体积与混合气体中各组分体积的总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%vol(体积百分比)、ppmvol、ppbvol。,9,对于理想气体来说，摩尔分数=体积分数，因为在标准状态下1mol任何气体的体积都是22.4升。质量浓度：即待测组分的质量与混合气体（或夜体）的体积之比。常用的单位是kg/m3、g/m3、mg/m3、mg/l、g/l。质量分数：即待测组分的质量与混合气体（或液体）中各组分的质量总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%wt(质量百分比)、ppmwt、ppbwt。气体分析中，一般不单独使用质量分数表示方法，仅用于气体和液体混合物浓度之间的相互换算。,10,11,气体浓度单位换算表1（20、101.325KPa下，空气中）,在线分析仪表的主要性能指标在线分析仪表的性能指标含义广泛，但大体上可以分成两类。一类性能指标与仪器的工作范围和工作条件有关。工作范围主要是指测量对象、测量范围等；工作条件包括环境条件、样品条件、供电供气要求，仪表的防爆性能和防护等级等。另一类性能指标与仪器的分析信号，即仪器的响应值有关。这类指标主要有灵敏度、检出限、重复性、准确度、分辨率、稳定性、线性范围、响应时间等。,12,PH计,PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一词的缩写，用来量度物质中氢离子的活性。PH值：在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH的浓度都是107mol/L。如：假如有过量的氢离子H+，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H+游离的物质。同样，如果氢离子H+并使OH离子游离，那么溶液就是碱性的。所以，给出H+值就足以表示溶液的特性，呈酸性碱性，为了免于用此分子浓度负冥指数进行运算，生物学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为“pH值”。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。,13,即：用氢离子浓度表示的PH值；：氢离子的浓度；：氢离子摩尔浓度（量浓度），mol/L。因此，PH值是离子浓度以10为底的对数的负数，而氢离子活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。所以工业上常用PH计来测量水或水溶液的酸碱度。,14,15,PH值与的对应关系图,PH计测量原理测量PH值的方法很多，主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法。电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统，它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势（EMF）。此电动势（EMF）由二个半电池构成，其中一个半电池称作测量电极，它的电位与特定的离子活度有关，如H+；另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它一般是测量溶液相通，并且与测量仪表相连。从以上我们对PH测量的原理进行了分析而得知我们只要用一台毫伏计即可把PH值显示出来。,16,PH计的构成工业PH计是以电极电位法为原理的在线PH值测定仪，由检测器（也叫发送器）和转换器（也叫变送器）两部分构成。检测器由指示电极（能指示被测离子活度变化的电极）、参比电极（电极电位恒定且不受待测离子影响的电极）组成。当被测溶液流经检测器时，电极和被测溶液就形成一个化学原电池，两电极间产生一个原电势，该电势的大小与被测溶液的PH值成对数关系，它将被测溶液的PH值转变为电信号。常用的指示电极有玻璃电极、锑电极等。常用的参比电极有甘汞电极、银氯化银电极等。转换器由电子部件组成，其作用是将电极检测到的电势信号放大，并转换为标准信号输出。,17,18,PH测量原理,19,PH参比极结构,因无法单独测量玻璃电极的电势，因此还需另一支电极即参比电极。这支电极的电势必须与被测样品溶液的性质无关。电极的外壳是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘汞不会漏失，小管和大管之间充满KCl溶液，末端用多孔陶瓷渗入到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。E=EO+2.3（RTnF）logaCl-；Cl-很大且稳定，因此E就恒定,20,PH测量极结构,PH玻璃膜电极：SiO2基质中加入Na2O、Li2O和CaO烧结而成的特殊玻璃膜。内充0.1mol/LHCl溶液，敏感膜厚度约为0.10mm。再插入一根AgCl-Ag电极作内参比电极。水浸泡后，表面的Na+与水中的H+交换，表面形成水合硅胶层。,21,PH测量原理-复合电极的组成-两个半原电池,22,PH测量系统,23,电极输出信号与PH的关系图,PH计的安装PH计的安装有很多种方式，根据安装条件的不同安装方式也不同，主要有插入式、流通池式、投入式等。,24,插入式安装,流通池安装,25,投入式安装,PH计电极校准测量时应按说明书规定期对仪器进行校准。校准时应注意：标准缓冲溶液温度尽量与被测溶液温度接近。定位标准缓冲溶液应尽量接近被测溶液的pH值。或两点标定时，应尽量使被测溶液的pH值在两个标准缓冲溶液的区间内。校准后，应将浸入标准缓冲溶液的电极用水特别冲洗，因为缓冲溶液的缓冲作用，带入被测溶液后，造成测量误差。记录被测溶液的pH值时应同时记录被测溶液的温度值，因为离开温度值，pH值几乎毫无意义。尽管大多数pH计都具有温度补偿功能，但仅仅是补偿电极的响应而已，也就是说只是半补偿，而没有同时对被测溶液进行温度补偿，即全补偿。,26,PH计电极维护目前工业上使用的电极大都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速度较快。复合电极不用时，可充分浸泡3M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。使用前，检查玻璃电极前端的球泡。正常情况下，电极应该透明而无裂纹；球泡内要充满溶液，不能有气泡存在。在线测量浓度较大的溶液时，不推荐使用接触时复合电极，若非用不可时，也要尽量缩短测量时间，用后仔细清洗，防止被测液粘附在电极上而污染电极。,27,清洗电极后，不要用滤纸擦拭玻璃膜，而应用滤纸吸干,避免损坏玻璃薄膜、防止交叉污染，影响测量精度。测量中注意电极的银氯化银内参比电极应浸入到球泡内氯化物缓冲溶液中，避免电计显示部分出现数字乱跳现象。使用时，注意将电极轻轻甩几下。电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。,28,电导仪,定义电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。电阻率的倒数为电导率，=1/。除非特别指明，电导率的测量温度是标准温度（25）。在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米（S/m），其它单位有：s/cm，s/cm。1S/m=0.01s/cm=10000s/cm。工业电导仪在生产过程主要用于监测锅炉给水和其他工业用水的质量指标；监视设备在运行过程中是否有渗漏现象；还可以用来监视热交换器、蒸汽冷凝器等设备的渗漏情况。,29,电导仪的测量方法电导率的测量通常是溶液的电导率测量。固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数K和两电极板之间的电导G而求得电导率。电导率测量中最早采用的是交流电桥法，它直接测量到的是电导值。最常用的仪器设置有常数调节器、温度系数调节器和自动温度补偿器，在一次仪表部分由电导池和温度传感器组成，可以直接测量电解质溶液电导率。,30,电导仪的测量原理电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（为了避免溶液电解，通常为正弦波电压，频率13kHz）。然后通过电导仪测量极板间电导。,31,AC,盐:,酸:,碱:,32,电导率的传感器常数K。传感器由本身的几何形状所决定。传感器常数K接近于传感器之间的距离I和传感器的表面面积A的关系：,特定的电导率公式:,电导仪的构成,33,传感器,信号电缆,变送器,变送器,信号电缆,传感器,电导率探头的种类,34,测量高电阻率（或低电导率）介质，如超纯水,35,测量中高电导率介质，例如相分离过程,36,测量高电导率介质，例如浓度检测,电感式电导探头,电极探头的结构,37,电缆,O型圈,线圈盒,流通孔,电导仪的安装电导仪的安装跟PH计类似，也分为插入式、流通池式、投入式等几种安装方式。,38,39,电导仪的维护和一般故障处理维护：当电导池安装在新的管道系统时，建议运行几天后就进行第一次检查。观察电极和池室上有无油污、铁锈、沉淀等物。如有，则应清洗。若被测溶液的电导率大大超过仪表测量范围的上限，应立即切断电源，并查看电导池是否损坏。若仪表出现不明原因的不正常现象，如灵敏度下降、死区增大、仪表指示不稳和平衡困难等，这往往表明电极表面有损坏，应卸下电导池进行检查、清洗或更换。,40,常见故障及处理：仪表指示为零故障原因及处理方法：电源没有接好；检查供电电路、保险丝；电极回路断线；检查电极回路连线。仪表指示最大故障原因及处理方法：检测器电极连线短路；检查电极连线；溶液电导率已超过仪表满刻度；将表内溶液排空，如仪表指示能降下来，说明表正常。仪表指示偏高故障原因及处理方法：原因：检测器两电极端子间受潮；处理方法：用洗耳球吸去端子间容液，再用过滤纸擦干。,41,溶解氧,概念空气中的分子态氧溶解在水中成为溶解氧，溶解氧是指溶解在水里氧的量，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。它跟空气里氧的分压、大气压、水温和水质有密切的关系。清洁地面水中溶解氧一般接近饱和，20清洁水中饱和溶解氧含量约为9mg/L。水体受有机、无机还原性物质污染，会使溶解氧降低。当水中溶解氧低于2mg/L时，水体即产生恶臭。,42,溶解氧测量应用,43,食品制药业产品质量监测发酵罐,电厂锅炉循环水,水/污水处理污水处理厂自来水厂河流湖泊养渔塘,测量原理目前，常用的DO连续测定方法是隔膜电极法。其隔膜采用聚四氟乙烯纤维、聚乙烯等组成，用铂、金作正电极，铝、铅作负电极，两金属电极浸没在电解质溶液中，电解液用氯化钾等溶液，电极和电解质溶液装在有氧半透膜的小室内。当把这种电极浸入测定水中，连通电流测定回路，水中的分子氧透过隔膜扩散到电极表面上，发生电极反应。阳极发生氧的还原反应，阴极进行氧化反应，从而产生扩散电流。,44,45,工作电极,绝缘体,绝缘体,e-,e-,O2,O2,O2,H2O,H2O,H2O,OH-,OH-,OH-,e-,e-,O2,工作电极,反电极,极化电压,测量电流,工作电极的电化学反应:O2+2H2O+4e-4OH-,反电极的电化学反应：Ag+Br-AgBr(标准)Ag+Cl-AgCl(HD型号),溶解氧探头的结构隔膜电极式溶解氧分析仪分为原电池型和电解池型两种。前者的电极反应是自发进行的，后者需要外加电压，使电极极化。仪器由传感器（一次仪表）和转换器（二次仪表）两部分组成，传感器结构如下图所示：,46,溶解氧分析仪使用注意事项一些气体和蒸汽，像氯、二氧化硫、硫化氢、胺、氨、二氧化碳、溴和碘能扩散并通过隔膜，如上述物质存在，会影响被测电流而产生干扰。水样中的溶剂、油类、硫化物、碳酸盐和藻类会引起隔膜阻塞、隔膜损坏或电极被腐蚀而干扰测定。被测水样温度较高时，应采取降温措施，使之符合仪器要求。如在锅炉给水测量中，一般应先用水冷器将问。应保证被测水样有足够的流速，如流速过慢，薄膜附近电解液中的氢氧根离子可能还原成氧和水，而使仪器读数偏低。对仪表进行定期校准。,47,溶解氧分析仪的校准溶解氧分析仪表开机与标定开机需等待约20分钟以便探头适应环境温度注意：探头千万不可直接受日晒当变送器显示的测量读数稳定后.按照操作手册步骤进行标定在完成自动标定工作后.将探头浸入测量介质中校准方法：用校正液校准用电解配氧法校准在空气中校准,48,余氯分析仪,概念在自来水和污水处理厂的出水阶段，广泛采用加氯消毒工艺，以杀灭水中的细菌和病毒。在工业循环冷却水处理中，也采用加氯杀菌除藻工艺，因为冷却水在循环过程中，由于部分水蒸发，水中的营养物质被浓缩了，细菌等微生物就会大量繁殖，易于形成黏泥污垢，过多的黏泥污垢会导致管道堵塞和腐蚀。加氯消毒一般是指向水中通入氯气杀死细菌等微生物，通常是采用瓶装氯气(Cl2)或者次氯酸钠(NaClO)。,49,游离氯：氯气在水中生成HClO和ClO-,HClO和ClO-之和称为“游离氯”。其中HClO对细菌等微生物有很强的灭杀作用，是游离氯中的有效杀毒成分，所以也将HClO称为“有效游离氯”。余氯量：是指为抑制水中残余细菌再度繁殖而余留在水中的氯量，称为余氯或残余氯。有人把游离氯称为余氯，这是不确切的，杀灭细菌后剩余的游离氯才是余氯。为了维持杀灭细菌的效果，出水中始终要保持余氯量在0.51mg/L,在供水管网末端也要保持0.050.1mg/L的余氯。测量出水中剩余游离氯含量的仪器称为余氯分析仪。,50,51,需要测量的氯应该是真正起作用的HClO（次氯酸分子），但是，因HClO是个不稳定的分子，会发生如下反应：HClOClO-+H+因此，需测量HClO与ClO-两个值。HClO：直接由探头直接测得ClO-：与pH相关，由已知或测量所得pH值换算，换算由变送器的CPU自动完成。,52,水中的游离氯HClO（自由活性氯）在不同pH条件下会电离弱电解质的可逆电离）为ClO-和H+。在pH值9.5条件下，氯以无消毒活性作用的ClO-形式存在。另外，氯的游离性还与温度关,HClO,ClO-,CIO-与PH值得关系,余氯分析仪的应用场合在线余氯分析仪主要在下列场合使用：自来水厂出水中余氯含量的在线监测；污水处理厂出水中余氯含量的在线监测；循环冷却水中余氯含量的在线监测；锅炉给水处理中余氯含量的在线监测。当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水进行脱盐处理时，必须除去自来水中的余氯。因为余氯的存在会破坏离子交换树脂的结构，使其强度变差，容易破碎。目前常用的除氯方法有活性炭脱氯法和添加化学药剂除氯法。,53,余氯分析仪的探头结构及工作原理探头结构在线测量余氯的方法通常采用的是极谱法，也就是电解池法。其传感器探头有敞开式传感器和隔膜式传感器两种型式。敞开式传感器：可测量游离氯和化合氯两项，但电极与被测介质直接接触，容易受到污染，必须连续不断地活化，极化时间长达24小时。隔膜式传感器：只能测量游离氯，隔膜将传感器密封，里面有永久性的电解质，对于游离氯的测量，它是最好的选择。,54,隔膜式传感器的特点由于采用隔膜密封措施，隔膜式传感器还具有以下优点。铁和硫的化合物等干扰组分不能通过隔膜，从而消除了交叉干扰。通过样品池的流量30L/h(流速0.3cm/s时，测量值不受被测流量波动影响。测量值不受被测液体电导波动的影响。测量元件被隔膜密封，不会受到污染，因而其维护量小。传感器极化时间短，一般只需3060min。目前，在线余氯分析仪大多采用隔膜式传感器。,55,隔膜式传感器的结构及原理隔膜电极式余氯传感器是由金制的测量电极和银制的反电极组成，电极浸入含有氯化物离子的电解质溶液中，电极和电解液由隔膜与被测介质隔离，然而允许气体扩散穿过。测量时，电极之间加一个固定的极化电压，电极和电解液便构成了一个电解池。隔膜传感器具有选择性，唯一能扩散通过隔膜的化合物是游离氯，能在电极上请反应的是次氯酸（HClO），即有效游离氯。,56,反电极（阳极）的电化学反应：2Ag+2Cl-2AgCl+2e-工作电极（阴极）的电化学反应：HClO+2e-Cl-+OH-,57,匹配棒,pH补偿电极,流量接近开关,余氯探头,进水口,出水口,流量指示,30l/h刻度,针阀,端盖及标定口,隔膜式传感器余氯分析仪的使用注意事项由于受最低流量限制，隔膜电极传感器只能安装在流通式样品池中，而不能安装在明渠上直接测量。应保证通过样品池的流量30L/h(流速0.3cm/s)，并注意被测水样的温度、压力和pH值不应超过仪表允许范围。被测水样中不应有能在传感器隔膜上形成淀积物的任何悬浮固体，否则应采取过滤措施。定期补充电解液和对传感器进行校准（零点标准液必须经活性炭过滤除氯，量程标准液可按仪表说明书配置制）,58,浊度仪,概念浊度是用以表示水的浑浊程度的单位。按照国际标准化组织ISO的定义，浊度是由于不溶性物质的存在而引起液体的透明度降低的一种量度。不溶性物质是指悬浮于水中的固体颗粒物（泥沙、腐殖质子、浮游藻类等）和胶体颗粒物。水的浊度表征水的光学性质，表示水中悬浮物和胶体物对光线透过时所产生的阻碍程度。浊度的大小不仅与水中悬浮物和胶体物的含量有关，而且与这些物质的颗粒大小、形状和表面对光的反射、散射等性能有关。因此，浊度与水中悬浮物和胶体物质的浓度并不存在对应的关系。,59,60,当一束光线穿过一种液体媒介时,其中的一部分会在其中不溶解的颗粒表面产生折射,这种现象产生浊度的定义.,浊度的单位浊度计的常用单位;FTU：Formazine浊度单位；NTU：散射浊度单位；mg/L：总悬浮固体物质浊度单位；EBC：欧洲酿造业浊度单位。上述单位中，现在普遍采用的是NTU单位，NTU与FTU在数值上相同，即1NTU=1FTU。mg/L目前用的较少，应当注意，作为浊度单位的mg/L和作为浓度单位的mg/L是两个完全不同的概念。,61,浊度仪,浊度的测量方法及浊度计的分类浊度计是测量水的浑浊程度的仪器，各种类型的浊度计都是利用光学方法进行测量的。按测量方法分，浊度计主要有以下几种：投射式浊度计测量投射光的强度，即透过被测水样的光强。散射式浊度计测量散射光的强度，按测量方位的不同，又可分为前散射式、垂直散射式和后散射式三种。散射光和投射光比率式浊度计交替或同时测量散射和投射光的强度，依据其比值得出浊度。表面散射式浊度计测定照射到水样表面的散射光的强度。,62,63,几种浊度计的比较,浊度计的安装,64,不能安装的地方:气体聚集容易产生泡沫可能沉淀悬浮固体颗粒,硅酸根分析仪,概述硅酸根分析仪是分析水中可溶性二氧化硅和硅酸盐含量的仪器，目前普遍采用钼蓝法测量水中微量硅的含量。由于钼蓝法是先将水中的硅化物转变成可溶性正硅酸（H4SiO4）,通过分析水中硅酸根含量进行测量的，所以将其称为硅酸根分析仪。水中微量硅的含量，通常换算成每立升水中所含二氧化硅（SiO2）的微克数来表示，所以也将其称为二氧化硅分析仪，简称硅表。,65,硅酸盐分析的目的水中硅化物的存在是造成水垢的原因之一。水垢由于其热导率远比金属小，致使影响过滤传热，造成热量损失和燃料浪费，同时也会使锅炉产生局部过热而损坏。水垢还会引起沉积物下面金属的腐蚀，危机锅炉的安全运行。此外，硅化物由于能溶解在高压蒸汽中，而被携带到汽轮机内，在汽轮机的喷嘴和叶片上形成二氧化硅（SiO2）沉积物，危机汽轮机的安全运行。硅表可用来监测除硅过程中的除硅质量，检测锅炉给水中的微量硅含量。,66,钼蓝法硅酸根离子分析仪的测量原理在酸性溶液中，水中硅会与显色剂钼酸盐产生显色反应，生成硅钼黄，再与还原剂生成硅钼蓝，使溶液呈蓝色。蓝色的深浅程度又与试剂水中的硅的含量有关，从而可通过光电比色或分光光度法测定吸光度而求得待测试样水中的硅含量。硅钼蓝法的分析过程一般可分为三个阶段，即显色、加掩蔽剂和还原。显色在加有硫酸的酸性溶液中，使水中硅转变成可溶性正硅酸盐H4SiO4，然后与钼酸盐在微酸性溶液中进行显色反应，生成黄色硅钼杂多酸，称为硅钼黄，其分子式为H4SiMo12O40。,67,加掩蔽剂由于水中的铁、磷和申均能与钼酸盐起显色反应，也生成黄色络合物，当加入还原剂时，又会与硅钼黄一起被还原成钼蓝，因而会干扰硅的测定。为此，在对硅钼黄进行还原之前，先加入掩蔽剂（例如酒石酸、草酸），使得干扰离子与掩蔽剂生成无色稳定的络合物，从而达到防止干扰分析的目的。还原硅钼黄在还原剂的作用下，会被还原成蓝色的硅钼杂多酸，称为硅钼蓝，其分子式为,68,硅分析仪的结构和一般工作过程硅分析仪一般由采样及预处理、钼蓝法比色测定和操作-控制三部分组成，待测的工业用水经采用及预处理后，成为合乎硅表所要求的试样水，这一段属于采样及预处理部分；对试样水进行显色及比色测定到显示输出，为比色测定部分；操作控制整个系统的开关和电磁阀顺序动作的为操作控制部分。,69,硅分析仪的一般构成框图,70,水样泵,试剂泵,清洗液,标准溶液,试剂1,试剂2,试剂3,光度计,电磁阀,废液排放,硅分析仪产品结构内部管路,通常硅表的工作过程可分为五个阶段：试样水的准备零点调整显色反应测定及记录显色槽及测量室的洗净及洗液的排放经过上述五个过程便完成了一次硅含量的测定。由于仪表的品牌和型号的不同，整个过程可能用时十到十五分钟。,71,硅分析仪的安装维护在线硅硅分析仪的安装必须认真遵循以下几点：仪表应尽量靠近取样点。环境要求清洁，无腐蚀性气体，湿度低，温度变化小。安装地点不应有强烈振动。硅表的供电电源应稳定，周围不应有强电磁场，以免影响仪表示值。安装地点应有排水沟，一供硅表工作过程中排放下水之用。,72,硅分析仪的维护可以从以下几个方面考虑：样品水方面试剂方面仪表组件方面环境方面其中仪表组件方面，主要由以下内容：过滤器的检查及更换；测量槽窗板的清洗；校对滤光片、干涉滤光片及透镜的清扫；光源灯的更换；试剂计量泵的检修；电磁阀隔膜的更换。,73,钠离子分析仪,概述在线钠表用于测量凝结水和饱和蒸汽，与氢电导率测量相比，具有相应速度快，信号反应灵敏的优点（氢交换柱有一定的稀释和延缓作用）。可以及时发现凝汽器泄漏、经处理系统漏钠和蒸汽品质恶化的情况，对减少水汽系统腐蚀结垢和蒸汽系统积盐有重要意义。,74,钠离子分析仪的测量原理钠离子分析仪是采用钠离子选择性玻璃电极进行测量的。钠电极对水样中的钠离子有敏感性选择作用，钠离子在玻璃电极表面发生电化学反应，生成电压，变送器根据能斯特方程将电压信号转换成钠离子的浓度.E=EO+2.3（RTnF）Log（CCIso）E:点击对测得的电位，（mV）EO：钠浓度为CIso的电位，（mV）R：理想气体常数T：水样的绝对温度值，Kn：被测离子的价态（钠离子为+1价）F：法拉第常数C：钠离子的有效浓度（即离子活度）CIso：电极对的电位差测定与温度无关时的水样的钠离子浓度（活度）,75,上面的方程说明，测量的电位值与温度和被测离子的浓度有关，为了消除温度波动所引起的测量误差，钠表不断从温度电极获得的数据修正温度补偿；为消除铵离子和氢离子对钠离子的影响，需要将样水的pH值调高。可采用向样水中加纯的二异丙胺蒸汽的方法调节pH值，采用此方法可使pH值恒定且不会产生干扰离子。,76,77,钠离子分析仪的结构,78,COD分析仪,概述COD即化学需氧量(ChemicalOxygenDemand)是指在规定的条件下，用氧化剂处理水样时，在水中溶解性或悬浮性物质消耗的该氧化剂的量。计算时折合为氧的质量浓度，以mgL表示。还原性物质主要是有机物，组成有机化合物的碳、氮、硫、磷等元素往往处于较低的化合价态。有机化合物在生物降解过程中不断消耗水中的溶解氧而造成氧的损失，空气中的氧气无法及时补充水中的氧气，从而破坏水环境和生物群落的生态平衡，并带来不良影响。,79,反映水体有机物污染的指标还有BOD、TOC等。BOD：生物耗氧量，是指在特定条件下，水中的有机物和无机物进行生物氧化时所消耗溶解氧的质量浓度。以mg/L表示。TOC：总有机碳，是指水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳含量。COD测量较为方便快速，是目前最普遍的监测指标，国家规定的强制排放标准。,80,有机物,厌氧缺氧,水体污染,COD的测量方法COD的测量方法根据氧化剂种类的不同，可分为：1、重铬酸钾法在酸性介质下以重铬酸钾为氧化剂测定化学需氧量的方法记作CODCr2、高锰酸钾法测定COD的另一分支，称为高锰酸盐指数(Im)。可分为酸性和碱性的两种，在氯离子含量较少时，使用前者，在氯离子含量较高（如海水、盐湖水等）时，使用后者。另外还有紫外光法，有机物对紫外光有一定的吸收作用。测量254nm紫外光消光度得出有机碳的含量。,81,重铬酸钾法重铬酸钾法测定COD分为2个过程：消解过程水样中加入一定量的重铬酸钾，在强酸性溶液中，加热迥流2小时，与水中的有机物相互作用。测定过程：（1）滴定法；（2）比色法：,82,水样、重铬酸钾、硫酸银溶液（催化剂）和浓硫酸的混合液在消解池中被加热到175，在此期间铬离子作为氧化剂从价被还原成价而改变了颜色，颜色的改变度与样品中有机化合物的含量成对应关系，仪器通过比色换算直接将样品的COD显示出来。其它无机物如：亚硝酸盐、硫化物和亚铁离子将使测试结果增大，将其需氧量作为水样COD值的一部分是可以接受的；抗干扰：主要干扰物为氯化物，加入硫酸汞形成络合物去除；分析仪能够自动检测出消解完毕的时间。,83,84,重铬酸钾法所用的试剂,85,消解过程,86,测定过程,COD分析仪的构成1.活塞泵2.计量试管3.阀单元4.下液位测量光度计5.上液位测量光度计6.光度计7.消解单元,87,分析处理单元,88,1.托盘2.试剂3.安全面板4.进样管5.废液排放管6.电源线7.屏蔽电缆口8.仪器外壳9.RS232界面10.液晶显示屏11.操作键盘12.仪器门,外部成套单元,COD分析仪的安装,89,1.潜水泵2.手动阀3.溢流杯4.电源插座5.在线COD分析仪6.废液管7.废液容器,COD分析仪的安装位置要求环境要求：室内安装环境温度：540范围内（41104）干燥、通风，易于进行温度控制的地方紧邻样品源，减少取样管路和减少分析滞后易于废液排放干燥环境，避免阳光直射；安装方式：壁挂安装或独立支架安装,90,可燃气体及有毒气体检测器,概述可燃气体检测仪就是气体泄漏检测报警仪器。当工业环境中可燃气体泄露时，当气体报警器检测到气体浓度达到报警器设置的临界点时，可燃气体报警器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施，从而保障安全生产。可燃气体检测仪，主要用于检测空气中的可燃气体，常见的如氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。,91,爆炸极限的概念“LEL”是指爆炸下限。可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为爆炸下限简称%LEL。英文：LowerExplosionLimited。爆炸极限是爆炸下限、爆炸上限的总称，可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限、爆炸上限之间才会发生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸。因此，在进行爆炸测量时，报警浓度一般设定在爆炸下限的25%LEL以下。,92,可燃气体检测器的分类一、按自身形态可分为：固定式气体检测仪便携式气体检测仪二、按照检测采样方式：扩散式气体检测仪泵吸式气体检测仪,93,固定式气体检测仪,便携式气体检测仪,便携式气体检测仪便携式可燃气体检测仪为手持式，工作人员可随身携带，检测不同地点的可燃气体浓度，便携式气体检测仪集控制器，探测器于一体，小巧灵活、操作简便、开机就能检测，可以对动火前的可燃气体浓度检测，各种燃气管道燃气设备的检漏。,94,固定式气体检测仪固定式可燃气体检测仪由报警控制器和探测器组成，控制器可放置于值班室内，主要对各监测点进行控制，探测器安装于可燃气体最易泄露的地点，其核心部件为内置的可燃气体传感器，传感器检测空气中气体的浓度。探测器将传感器检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制器，气体浓度越高，电信号越强，当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，报警器发出报警信号。,95,泵吸式与扩散式气检仪泵吸式气体检测仪是仪器配置了一个小型气泵，其工作方式是电源带动气泵对待测区域的气体进行抽气采样，然后将样气送入仪表进行检测。泵吸式气体检测仪的特点是检测速度快，对现对危险的区域可进行远距离测量，维护人员安全。扩散式气体检测仪是被检测区域的气体随着空气的自由流动缓慢的将样气流入仪表进行检测。这种方式受检测环境的影响，如环境温度、风速等。扩散式气体检测仪特点是成本低。,96,97,可燃气体检测器的结构,98,99,有毒气体检测器的结构,可燃气体报警控制器,100,红外线气体分析仪,概述红外线是一种看不见的光，其波长范围为0.781000微米。它在红光界限以外，所以得名红外线。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.5m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m之间。,101,红外线分气体析仪的工作原理其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收。红外线分析仪常用的红外线波长为212m。简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度。朗伯比尔定律指的是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这就是红外线气体分析仪的测量依据。,102,红外线气体分析仪的特点1、能测量多种气体除了单原子的惰性气体和具有对称结构无极性的双原子分子气体外，CO、CO2、NO、NO2、NH3等无机物、CH4、C2H4等烷烃、烯烃和其他烃类及有机物都可用红外分析器进行测量；2、测量范围宽可分析气体的上限达100%，下限达几个ppm的浓度。进行精细化处理后，还可以进行痕量分析；3、灵敏度高具有很高的监测灵敏度，气体浓度有微小变化都能分辨出来；4、测量精度高一般都在+/-2%FS,不少产品达到+/-1%FS。与其他分析手段相比，它的精度较高且稳定性好；5、反应快响应时间一般在10S以内6、有良好的选择性红外分析器有很高的选择性系数，因此它特别适合于对多组分混合气体中某一待分析组分的测量，而且当混合气体中一种或几种组分的浓度发生变化时，并不影响对待分析组分的测量。,103,红外分析仪基本结构及主要部件红外线气体分析仪一般由气路和电路两部分组成，它的气路和电路的联系部件也是核心部分是发送器，发送器是红外分析仪的“心脏”部分，它将被测组分浓度的变化转为某种电参数的变化，并通过相应的电路转换成电压或电流输出。发送器由光学系统和检测器两部分组成，主要构成部件有如下一些，红外辐射光源、气室和滤光元件、检测器。,104,105,常见红外线气体发送器示意图,一个是测量室，一个是参比室。两室通过切光板以一定周期同时或交替开闭光路。在测量室中导入被测气体后，具有被测气体特有波长的光被吸收，从而使透过测量室这一光路而进入红外线接收气室的光通量减少。气体浓度越高，进入到红外线接收气室的光通量就越少；而透过参比室的光通量是一定的，进入到红外线接收气室的光通量也一定。因此，被测气体浓度越高，透过测量室和参比室的光通量差值就越大。这个光通量差值是以一定周期振动的振幅投射到红外线接收气室的。接收气室用几微米厚的金属薄膜分隔为两半部，室内封有浓度较大的被测组分气体，在吸收波长范围内能将射入的红外线全部吸收，从而使脉动的光通量变为温度的周期变化，再可根据气态方程使温度的变化转换为压力的变化，然后用电容式传感器来检测，经过放大处理后指示出被测气体浓度。,106,红外线气体分析仪调校的主要内容和要求相位平衡调整调整切光片轴心位置，使其处在两束红外光的对称点上。要求切光片同时遮挡或同时漏出两个光源，即所谓同步，使两个光路作用在检测器室两侧窗口上的光面积相等。光路平衡的调整调整参比光路上的偏心遮光片，改变参比光路的光通量，使测量、参比两光路的光能量相等。零点和量程校准分别通零点气和量程气，反复校准仪表零点和量程。,107,常见故障及处理红外线气体分析仪种类很多，故障和处理方法也不尽相同，下表列出了一些常见的故障及其处理方法。,108,109,氧分析仪,概述在很多化工生产过程中，都会有氧气参与化学反应，需要将氧含量控制在一定的范围内，比如一些反应釜内如果其内部氧含量过高可能会引起爆炸的危险，如果氧含量过低，则可能其反应不完全；再比如锅炉的燃烧控制，其风量和燃煤量、油量或燃气量也要有一定的比例，使煤、油或燃气能够充分的燃烧，又不至于风量过大，造成能源浪费，如果燃烧不够充分，则会产生大量的CO及粉尘，既造成了环境的污染，又浪费了大量的能源，所以这就要求我们去检测锅炉尾气中的氧气含量。,110,氧分析仪的分类测量氧气含量的分析仪有很多种，主要有以下几种：顺磁式氧分析仪顺磁式氧分析仪也可叫做磁效应式氧分析仪、或磁式氧分析仪，它一般分为磁机械式、磁压力式和氧热磁对流式分析仪三种。微量氧分析仪微量氧分析仪是燃料电池式分析仪，既可以测量微量氧，也可以测量常量氧。氧化锆分析仪氧化锆是属于电化学法氧分析仪，具有结构简单、维护方便，反应迅速，测量范围广等特点。,111,顺磁式氧分析仪顺磁式氧分析仪是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。任何物质，在外界磁场的作用下，都会被磁化，呈现出一定的磁特性。物质在外磁场中被磁化，其本身会产生一个附加磁场，附加磁场与外磁场方向相同，该物质被吸引，表现为顺磁性；方向相反，该物质被排斥，表现为逆磁性。气体介质处于磁场也会被磁化，而且根据气体的不同也分别表现出顺磁性或逆磁性。,112,测量原理,113,磁力机械式氧分析仪光学测量系统原理图,测量原理在一个封闭的气室中，装有两对不均匀的磁极，它们的磁场强度梯度正好相反。两个空心球（俗称哑铃）置于两对磁极的间隙中，用弹性金属带固定在壳体上，这样，哑铃只能以金属带为轴转到而不能上下移动。在哑铃与金属带交点处装一平面反射镜。被测样气由入口进入气室后，它就充满了气室。两个空心球被样气所包围，被测样气的氧含量不同其体积磁化率k值也不同，球体所受到的作用力就不同。如果哑铃了的两个空心球体积相同，体积磁化值相等，两个球体受到的力大小相等、方向相反，对于中心支撑点金属带而言，它受到的是一个力偶的作用，这个力偶促使哑铃以金属带为轴心偏转，在哑铃做角位移的同时，金属带会产生一个抵抗哑铃偏转的复位力矩，与转动力矩相平衡，被测样气中的氧含量不同，旋转力矩和恢复力矩的平衡位置不同，也就是哑铃的偏转角度不同，这样，哑铃偏转角度的大小，就反映了被测气体中氧含量的多少。,114,微量氧分析仪微量氧分析仪属于燃料电池式分析仪。燃料电池是指原电池中的一种类型。原电池式氧分析仪中的电化学反应可以自发地进行，不需要外部供电，其综合反应是气样中的氧和阳极发生氧化反应，反应的结果生成阳极氧化物，这种反应类似于氧的燃料反应，所以这类原电池也称为“燃料电池”，以便与其他类型的原电池相区别，安装有这类原电池的分析仪，我们称之为燃料电池分析仪。由于阳极在反应中不断消耗，因而电池需要定期更换。,115,常见的化学燃料电池结构图,116,1FEP制成的氧扩散膜；2电解液（乙酸）；3用于温度补偿的热敏电阻和负载电阻；4外电路信号输出；5石墨阳极；6金阳极,酸性液体燃料电池的结构和工作原理图,碱性液体燃料电池的结构和工作原理图,氧化锆分析仪在许多生产过程中，特别是燃烧过程和氧化反应过程中，测量和控制混合气体中的氧含量是非常重要的。电化学法（氧化锆属电化学类）是目前工业上分析氧含量的一种方法，具有结构简单、维护方便，反应迅速，测量范围广等特点。氧化锆氧量计是电化学分析器的一种，可以连续分析各种工业锅炉和炉窑内的燃烧情况，通过控制送风来调整过剩空气系数值，以保证最佳的空气燃料比，达到节能和环保的双重效果。这里以氧化锆氧量计为例介绍氧含量的检测原理。,117,测量原理在一个高致密的氧化锆固体电解质的两侧，用烧结的方法制成几微米到几十微米厚的多孔铂层作为电极，再在电极上焊上铂丝作为引线，就构成了氧浓差电池，如果电池左侧通入参比气体（空气），其氧分压为p0；电池右侧通入被测气体，其氧分压为p1（未知）。设p0p1，在高温下（650850），氧就会从分压大的p0一侧向分压小的p1侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从P0侧到P1侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的P0侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子（O2-）进入电解质，即：O2（P0）+4e2O2-,118,119,氧浓差电池原理图,P0侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的P1侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即：2O2-4eO2（P1）P1侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。氧浓差电动势的大小，与氧化锆固体电解质两侧气体中的氧浓度有关。据此我们就可以知道被测气体中的氧含量。在特定的温度下氧的体积分数%O2与氧浓差电势（mV）存在特定的对应关系。与热电偶的分度值相类似。,120,氧化锆的分类根据氧化锆探头的结构形式和安装方式的不同，我们可把氧化锆分析仪分为四类直插式氧化锆分析仪抽吸式氧化锆分析仪自然渗透式氧化锆分析仪色谱用检测器氧化锆分析仪目前大量使用的是直插式氧化锆分析仪。,121,直插式氧化锆分析仪直插式氧化锆探头式检测器，主要用于烟道气分析，它主要分为以下几种类型：中、低温直插式氧化锆探头这种探头适用于烟气温度0650（最佳烟气温度350550）的场合，探头中自带加热炉。主要用于火电厂锅炉、620t/h工业炉等，这是目前使用量最大的一种探头。带导流管的直插式氧化锆探头这也是一种中低温直插式氧化锆探头，但探头较短（400600mm），带有一根长的导流管，先用导流管将烟气引导到炉壁附近，再用探头进行测量。这主要用于大型、炉壁比较厚的加热炉。燃煤炉宜选带过滤器的直插式探头，不宜选导流式探头，其原因是容易形成灰堵，而燃油炉，这两种都可以用。高温直插式氧化锆探头这种探头本身不带加热炉，靠高温烟气加热，适用于700900的烟气测量，主要用于电厂、石化厂等高温烟气分析环境。,122,直插式氧化锆分析仪的结构,123,氧化锆分析仪的校准氧化锆分析仪在使用过程中存在许多干扰因素，如锆管的老化、积灰、SO2和SO3对电极的腐蚀等。运行一段时间后，仪器的性能会逐渐变化，给测量带来误差，因此必须定期对仪器进行校准，校准周期通常为13个月，这要看仪器的使用环境和使用情况而定。校准时，不能使用纯N2作为零点气，通常零点气应为满量程的10%；量程气是满量程的90%；现场采用的是干燥空气作为量程气；零点气则采用100ppmO2，这是因为到，零点在100ppm以下，标气误差对仪器的影响太大且校验吹扫时间太长，又不易吹到位；测量值采用测量线性的下延线。实践证明，这种方法是明确而有效的。,124,125,直插式氧化锆分析仪,