工业分析仪表方案

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,*,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,*,工业分析仪表,工业分析仪表,工业分析仪表,概述,1,、工业分析仪表的概念及应用,1,）产品质量监督,2,）工艺监督,3,）安全生产,4,）节约能源,2,、工业分析仪的分类,1,）热学式,-,热导式、热化学式,2,）磁学式,-,热磁式、磁力机械式,3,）光学式,-,红外吸收式、光电比色式,4,）电化学式,-,氧化锆式、电导式,5,）色谱式,-,气相、液相色谱,工业分析仪表概述1、工业分析仪表的概念及应用,3,、工业分析仪表的组成,气样,取样装置,预处理系统,检测器,处理及显示,含量,整机控制系统,1,）取样及预处理系统,从被测对象中取出具有代表性的样品并作必要的预处理,取样位置必须在待检测重点部位,工业分析仪表,概述,3、工业分析仪表的组成 气样取样装置预处理系统检测器处,2,）检测器,把分析物质的成分含量及物理性质转换为电信号。,3,）信息处理系统,对检测器输出的微弱电信号做进一步处理，最终变为统一信号（,420mA,）或数字信号等处理工作并将处理后的信号输入到显示装置。,4,）显示装置,显示分析获得的结果。一般有模拟信号和数字信号或屏幕显示，有的于微机联用并配有打印机。,5,）整机自动控制系统,控制各部分自动协调工作，如每个分析周期的进行自动调零、校准、采样分析、显示等循环。,工业分析仪表,概述,2）检测器工业分析仪表概述,4,、成分分析仪器的主要性能指标,灵敏度、精度、重复性、噪音、线性范围、选择性、分辨率、响应时间，除选择性和分辨率外，与其他仪器相似。,选择性,和,分辨率,是表示仪器区分特征相近组分的能力，选择性一般用于单组份仪器，分辨率多用于多组分分析。,工业分析仪表,概述,4、成分分析仪器的主要性能指标工业分析仪表概述,一、热导式气体分析器,二、氧分析器,三、湿度的自动测量,四、密度的自动测量,工业分析仪表,内容,一、热导式气体分析器工业分析仪表内容,物理式气体分析器，能分析混合物中某个组分的含量，如,N,2,、,H,2,、,O,2,、,CO,2,，,CO,、,SO,2,、,H,2,O,气体的含量，原理简单，可作为单独分析器，也可以构成一个组分分析的变送器而形成自动调节系统，实现过程的自动调节。,热导式检测器也被广泛用于色谱分析仪器中。,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,物理式气体分析器，能分析混合物中某个组分的含量，如N2、,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,1,、分析原理,同一物体存在温差，或不同流体相接触式存在温差，就会产生从高温向低温低温的传热。不同物质的导热能力不同，可以定量的表述，也可将多种物质的混合导热能力加以数学描述。,导热计算式,热导加权平均计算式,工业分析仪表一、热导式气体分析器1、分析原理导热计算式热导,常见气体相对导热系数及温度系数,气体名称,相对导热系数（,0,0,C,时）,温度系数,/,0,C,-1,（,0100,0,C,）,空气,1.000,0.00253,氢,7.130,0.00261,氖,1.991,0.00256,氧,1.015,0.00303,氮,0.998,0.00264,一氧化碳,0.964,0.00262,氨,0.897,-,氩,0.685,0.00311,氧化亚氮,0.646,-,二氧化碳,0.614,0.00495,硫化氢,0.538,-,二氧化硫,0.344,-,氯,0.322,-,甲烷,1.318,0.00655,乙烷,0.807,0.00583,乙烯,0.735,0.00763,二乙醚,0.543,0.00700,丙酮,0.406,0.00720,汽油,0.370,0.00980,二氯甲烷,0.273,0.00530,水蒸气,0.973,（,100,0,C,时）,0.00455,（,100,0,C,时）,常见气体相对导热系数及温度系数气体名称相对导热系数（00C时,2,、检测器工作原理,热导池,：将混合气体的热导率用电阻值的变化表现出来的检测元件。,热导池中的电阻丝（铂丝、热丝）通以恒定电流，产生一定的温度，气体流过热导池时会带走一部分热量（气体自身量很小，吸收热可忽略），当热量通过气体传递到器壁（热导池具有恒温装置），达到热平衡后，电阻丝的阻值达到恒。这就完成了导热性到电流的变化的测定。,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,1-,腔体；,2-,电阻丝；,3-,支承架；,4-,绝缘；,5-,引线；,6-,气体出口；,7-,气体入口,2、检测器工作原理工业分析仪表一、热导式气体分析器1-腔体,注意事项：,1,）电阻丝散热方式：气体的热传导、气体的对流散热、电阻丝的热辐射、电阻丝轴向连接体的热传导散热。,2,）散热尽量要小，所以气室直径一般,47mm,，有恒流装置，减小测量的波动。,3,）为了减小电阻丝轴向连接体的热传导散热，一般热丝长径比为,20003000,。,热导池的结构要点：,1,）热丝的传热尽可能为热传导散热，可保证组分含量和测量信号的线性关系；,2,）信号滞后要小。,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,注意事项：工业分析仪表一、热导式气体分析器,结构原理,1,）,直通式,：反应快，滞后小，波动大，常用于仪器,2,）,对流式,：气体流量影响小，信号滞后较大，生产中应用较少,3,）,扩散式,：反应慢，滞后大，多用于轻质气体，波动小,4,）,对流扩散式,：反应快，滞后小，波动小,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,结构原理工业分析仪表一、热导式气体分析器,气载式,TCD,检测器,用,He,或,H,2,或,N,2,等气体将混合气体中分离出的单质气体带入双热导检测器，对比传热特性从而测定气体含量。,结合化学法与气相色谱分离技术，可用于测定,C,、,H,、,N,、,O,、,S,等气体。,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,气载式TCD检测器工业分析仪表一、热导式气体分析器,工业分析仪表,一、热导式气体分析器,有机元素分析仪测定流程,TCD,检测器,气相分离,氧化,还原,工业分析仪表一、热导式气体分析器有机元素分析仪测定流程TC,可用于燃烧、氧化反应的氧比例的分析，调节气量，控制燃烧，节能环保。,物理分析法,磁氧分析器：热磁式、磁力机械式,电化学法,氧化锆分析器,工业分析仪表,二、氧分析器,可用于燃烧、氧化反应的氧比例的分析，调节气量，控制燃烧，,1,、热磁式氧分析器,1,）工作原理,气体的磁化性质,：任何物质都具有一定的磁性，磁性大的物质易于被磁场吸引。所以可利用外加磁场对物质进行磁化。,M=,k,H,M-,磁化强度；,k-,物质磁化率；,H-,外磁场强度,磁化率：在外加磁场作用下物质的磁化强度。,（常见气体的相对磁化率）,工业分析仪表,二、氧分析器,炉烟中各成分的容积磁化率,（,20,下）,气体名称,氧,甲烷,水蒸汽,氢,一氧化碳,二氧化碳,氮,符号,O,2,CH,4,H,2,O,H,2,CO,CO,2,N,2,10,9,(H/cm,4,),+142,+1,-0.58,-0.164,-0.44,-0.84,-0.58,相对磁化率,%,+100,+0.68,-0.4,-0.11,-0.31,-0.57,-0.4,1、热磁式氧分析器工业分析仪表二、氧分析器炉烟中各成分的容,顺磁性气体,逆磁性气体,混合气体可按照加权平均法计算,除过一氧化氮、二氧化氮、空气外，其他气体的磁化率都比较低，所以适合与测量无一氧化氮的含氧混合气体。,虽然氧的磁化率很大，但其绝对值很小，难于直接测量，所以利用磁化率与其热力学关系进行测量。,工业分析仪表,二、氧分析器,顺磁性气体工业分析仪表二、氧分析器,热磁对流,：顺磁性气体在不均匀磁场中，当有温度波动时，会形成磁风，称为热磁对流。当气体的磁化率发生变化时，影响热磁对流。,（磁风形成示意图）,左端的含氧气体流过时，不均匀磁场对氧磁化吸引，玻璃管外的电热丝加热氧后磁化率急剧下降，吸引减弱；左端的混合气体中的氧再被吸附，管内的氧会向右流动，,工业分析仪表,二、氧分析器,热磁对流：顺磁性气体在不均匀磁场中，当有温度波动时，会形成磁,2,）,热磁式氧分析器的检测器,1,、电阻丝同时作为加热源；,2,、左侧冷气体先带走左侧的热量，左侧降温幅度大；,3,、测量气室有恒温控制；,4,、加热丝有恒定电源；,5,、气体流量和压力稳定；,6,、检测器水平安装。,工业分析仪表,二、氧分析器,2）热磁式氧分析器的检测器工业分析仪表二、氧分析器,2,、氧化锆氧分析器,特点,：直接与烟气接触，简化处理系统，结构简单，稳定性好，灵敏度高，响应快，多用于燃烧过程热效率控制系统。,原理,：利用氧化锆固体电解质原理工作，由氧化锆固体电解质做成氧化锆探测器（探头），直接安装在烟道中，输出信号为电压信号。,工业分析仪表,二、氧分析器,2、氧化锆氧分析器工业分析仪表二、氧分析器,1,）氧化锆固体电解质导电机理,不导电的氧化锆中掺杂一些氧化钙或者氧化钇等稀土元素后，在晶体中即可形成许多氧空穴，在高温（,750,），如有外加电场，就会形成氧离子占据空穴的定向运动而导电，和,P,型半导体导电机理相似。温度越高，导电性越强。,工业分析仪表,二、氧分析器,1）氧化锆固体电解质导电机理工业分析仪表二、氧分析器,2,）氧化锆探头,（图）,浓差电池原理,：,氧化锆两侧烧结几微米到几十微米厚的多孔铂层，并焊接铂引线。假设在左侧氧的分压等于大气中氧的含量，右侧氧的分压小于左侧，在高温下，氧化锆、铂、气体,3,种物质交界面处的氧分子有一部分从铂电极获得电子成为氧离子。由于两侧的气室的氧浓度有差异，氧离子从高浓度向低浓度扩散，参比极出现正电荷，待测极为负电荷。扩散作用与电场平衡时，两极间出现电势差，测量电势差即可判断待测极的氧浓度。,工业分析仪表,二、氧分析器,2,p,1,p,1,p,氧浓差电池原理,2）氧化锆探头（图）工业分析仪表二、氧分析器2p1p 1,测量条件,1,）电势与温度成正比,探头恒温或有温度补偿,2,）温度不能过低,温度低内阻大，电势小,温度,过高有机物与氧形成燃料电池，输出增大，,一般在,800,左右；,3,）测量两侧的气体分压应相同；,4,）气体应有一定流速，连续采样分析。,（结构示意图）,工业分析仪表,二、氧分析器,测量条件工业分析仪表二、氧分析器,物质中水分的含量（多形态，不同定义与称呼）,1,、湿度表示方法,1,）,绝对湿度,-,单位体积混合气体中所含水蒸气的量，,g/m,3,2,）,百分含量,-,水蒸气在混合气体中的百分含量，,%,或,uL/L,3,）,水蒸气分压,-,湿气体压力一定时，水蒸气的分压，,mmHg,柱,4,）,露点温度,-,水蒸气达到饱和时的温度,5,）,相对湿度,-,每立方米混合气体中所含水蒸气的质量与相同条件下可能含有最大限度水蒸气质量之比，,%,工业分析仪表,三、湿度的自动测量,物质中水分的含量（多形态，不同定义与称呼）工业分析仪表三、,2,、干湿球温度计,1,）工作原理,干湿球湿度计的基本原理为：当大气压力,B,和风速,v,不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之差之间存在的数量关系确定空气湿度。,其数量关系的数学表达式为：,P,b,s,P,n,=A(,w,s,)B,式中，,P,b,s,湿球温度下饱和水蒸气压力；,P,n,空气中水蒸气分压力；,w,、,s,分别为空气的干、湿球温度；,A,与风速有关的系数；,B,大气压力。,工业分析仪表,三、湿度的自动测量,2、干湿球温度计工业分析仪表三、湿度的自动测量,普通干湿球温度计,它由两支相同的液体膨胀式温度计组成，一支为干球温度计，另一支为湿球温度计。干湿球温度计就是利用干湿球温度差及干球温度来测量空气相对湿度的。,在测得干湿球温度后，可利用公式计算，也可以利用有关图表，查出相应的相对湿度值。,普通干湿球温度计它由两支相同的液体膨胀式温度计组成，一支,干球温度计,湿球温度计