第十二章 成分与含量的电测法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十二章 成分与含量的电测法,电子信息学院,杨 友 平,11/5/2024,1,12.1,水分和湿度电测法,12.1.1,水分和湿度的定义及表示方法,气体的湿度,1,、绝对湿度,在一定湿度及压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气量，其单位为 。,2,、相对湿度,单位体积混合气体中所含的水蒸气量与同温度下饱和水蒸气量的比值的百分数，一般用符号,%RH,表示。,3,、露,(,霜,),点温度,当空气的温度下降到某一温度时,空气中的水蒸汽就凝结成露珠（或凝结成霜），这一特定温度称为空气的露点温度（或霜点温度）。已测知空气的露点为,Ta,，待测空气所处温度为,Tw,，通过查表求得温度为,Ta,和,Tw,时水的饱和水蒸汽压，二者之比即为待测空气的相对湿度。,二、固体的湿度,固体的湿度也称为含水量,(,或称水分,),，通常以物质中所含水分质量,(,或重量,),与总质量,(,或总重量,),之比的百分数来表示。,11/5/2024,2,图,12-1-1,电阻式测定纸页水分,12.1.2,固体水分电测法,一、红外式,用易被水吸收和不被水吸收的两种波长的红外辐射轮流交替地透过被测固体，取其透过被测固体的辐射强度之比值来测定被测固体的水分。,二、电阻式 图,12-1-1,利用固体物质的电阻值随含水量的不同而不同的特性，可以测量其湿度。,11/5/2024,3,图,12-1-2,共面式平板电容传感器,三、电容式图,12-1-2,根据物料介电常数与水分的关系，通过测量以物料为电介质的电容器的电容值即可确定物料的水分。,11/5/2024,4,12.1.3,气体湿度电测法,图,12-1-3,干湿球湿度计工作原理,测温式,干湿球湿度计 图,12-1-3,原理：根据所测得干球温度,T1,和湿球温度,T2,之差，确定空气的相对湿度。,1,、传统方法,用水银温度计测量干湿球温度，查相应的表，确定气体的湿度。,2,、用两个热电偶或两个热电阻测量干湿球温度差 图,10-2-10,图,10-2-11,11/5/2024,5,图,12-1-4,热敏电阻式湿度传感器,3,、“电子干湿式”湿度传感器 图,12-1-4,11/5/2024,6,二、电阻式,通过测量湿敏电阻受湿度影响后的阻值即可测得相应的湿度。,(,详见,4.1.5,节,),三、电容式,高分子湿敏电容的电容值与气体中相对湿度之间成线性关系。,四、石英振动式,在石英晶片的表面涂敷高分子膜，当膜吸湿时，石英晶片振荡频率发生变化，不同的频率就代表不同程度的湿度。,五、多孔,Al2O3,湿度传感器,Al2O3,湿敏传感器可等效为电容,Cp,与电阻,Rp,的并联。随着相对湿度增大，,Cp,也增大，但,Rp,却减小。通过测定,Cp,、,Rp,可测定环境的湿度。,11/5/2024,7,图,12-1-5,同步分离法测湿电路,同步分离法测湿电路,11/5/2024,8,12.2,密度和浓度电测法,12.2.1,密度电测法,图,12-2-1,链条平衡式密度计,1-,浮子；,2-,浮子的软铁心；,3-,检测线圈,4-,链条；,5-,温度检测器,一、固体密度的测量,(,一,),经典法,(,二,),射线法,二、流体密度的测量,（一）振筒式,7.4.2,节,（二）链条平衡式 图,12-2-1,当液体密度增加时，浮力增大，浮子上升。测量浮子位置可测出液体密度。,（三）差压法,在被测液体液面下方的容器壁上，设置两个垂直距离为定值,H,的取压孔 ，用差压传感器测出这两个取压孔的差压 ，即可测出液体的密度,11/5/2024,9,12.2.2,浓度电测法,图,12-2-2,电导池测量线路原理图,K-,电导池；,1,、,2-,极板,若总体积为,V,的溶液中溶质,B,的质量为,m(B,),则溶质,B,的质量浓度表示为：,一、电导式,测量低浓度区域和高浓度区域,(,不能测量中间一段浓度,),溶液的电导率，可以得知对应的溶液浓度,C,。,、电导池,测量溶液电导的线路图,12-2-2,11/5/2024,10,图,12-2-3,电磁浓度计原理图,2,、电磁感应式 图,12-2-3,用被测溶液构成一个短路线圈，将两个变压器,T1,和,T2,耦合起来。,T1,为激励变压器，其初级通以交流电压时，通过对,i2,的测量可以得到溶液的电导，从而得出相应的浓度。,二、光电式,1,、用光电折光仪测量溶液的折射率可间接测量溶液的浓度。,2,、利用光电自动旋光计测量溶液的旋光度，可求得溶液的浓度。,三、石英晶体微量天平,待测气体样品与压电振子的表面涂层相接触时，气体浓度越高，被吸收到涂层内的气体分子越多，因此压电振子的振动频率的变化当与待测的气体浓度成正比。,11/5/2024,11,12.3,气体分析与检测,12.3.1,气体分析,图,12-3-1,热导式气体分析仪原理,一、热导式气体分析仪,1,、原理：设导热系数为,1,和,2,的两种气体混合，,1,和,2,已知，若测得该混合气体的导热系数,c,，则可求得两种气体的百分数含量,1,和,2,：,2,、热导池 图,12-3-1(a),3,、热导式气体分析仪 图,12-3-1(b),11/5/2024,12,二、磁式氧量分析仪,原理：是基于对氧的顺磁性的测量。,混合气体的体积磁化率,式中：,k,1,为氧气的体积磁化率；,k,2,为混合气体中除氧外，各成分气体的体积磁化率平均值；,C,为氧气含量,结论：根据混合气体体积磁化率的大小，就可以确定氧气含量,C,。,2,、热磁式对流检测器 图,12-3-2,被分析的气体含氧量越高，磁风就越强，两热丝元件的温差越大，相应阻值变化就越大。电桥输出电压可以用来表示被分析气体中所含氧气的浓度。,三、光学吸收式气体分析仪,(,一,),工作原理,当物质吸收特征波长的光辐射时，透射光能量与入射光能量之间关系为：,式中,W,为透射光能量，,W,0,为入射光能量；,a,为吸收率；,b,为光程长度；,c,为试样中吸光物质的浓度。若,a,、,b,为已知数值，则通过测量透射光与入射光能量的比值，就可以确定吸光物质的浓度。,11/5/2024,13,图,12-3-2,热磁式检测器示意图,热磁式对流检测器 图,12-3-2,11/5/2024,14,图,12-3-3CO,2,红外气体分析仪示意图,(,二,)CO2,红外线气体分析仪 图,12-3-3,测量时，被测气体通过样品室，参比室充满没有,CO2,的大气。经过标定，就可以从输出信号的大小确定,CO2,的含量。,11/5/2024,15,图,12-3-4,光电比色计原理框图,1,光源,2,透镜,3,滤光片,4,参比介质比色皿,5,被测介质比色皿,6,检测元件,7,比较放大器,8,显示器,（三）光电比色计 图,12-3-4,左半部分为参比介质光路。比色皿盛放的是不含被测成分的某种液体,(,或气体,),，对光束波长没有吸收作用，,右半部分为被测介质的测量光路，比色皿中盛放的是被测样品，对光束波长有一定的吸收作用,.,。,两路光学系统检测元件的输出就不一样，通过比较放大后显示出被测介质的含量。,11/5/2024,16,12.3.2,家用气体检测器,图,12-3-5,可燃气体报警器,11/5/2024,17,一、燃气泄漏检测电路的工作原理 图,12-3-5,当可燃性气体达到一定浓度时，气敏传感器,QM-N2,的,A-B,端电阻减小，使晶体管,VT,导通,555,第,2,脚电位低于,Vcc/3,，（,Vcc,为,12V,电源电压），由,555,等组成的单稳态电路翻转至暂稳态，第,3,脚输出一高电平，继电器,J,吸合，触点,K-1,闭合，蜂鸣器报警。一旦可燃性气体全部排除，,QM-N2,的,A-B,端电阻增大，晶体管,VT,截止，,555,第,2,脚回到高电平。再经约,10s,左右的充电时间，第,6,脚电位上升到,2/3Vcc,，,555,第,3,脚变为低电平输出，继电器,J,释放，触点,K-1,断开，蜂鸣器停止叫声。,二、油烟检测电路的工作原理 图,12-3-6,空气污染浓度达到某一数值即图中,RP2,设置的数值,Cs,时，晶体管,VT,就会导通，从而，继电器开始工作，启动排风扇通风换气。气体浓度降低到,Cs,以下时，排风扇仍继续工作，直至污染浓度降到足够低的,Cd,点排风扇才停止下来。,11/5/2024,18,图,12-3-6,吸排油烟机自动控制电路原理,11/5/2024,19,