成分分析儀表

1、第第9章章 成分分析儀表成分分析儀表自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng)自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版第二版化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社Contents9.1 成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表9.3 濕度的檢測自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.1 成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成（1）成分分析方法及分類v成分分析方法有兩種： 一，定期取樣，通過實驗室測定的實驗室分析方法； 二，利用可以連續(xù)測定被測物質的含量或性質的自動化儀表；自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.1 成分

2、分析方法及分析系統(tǒng)的構成成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成（1）成分分析方法及分類v成分儀表的型式：電化學式，如電導式、電量式、電位式、酸度計等；熱學式，如熱導式、熱譜式、熱化學式等；磁學式，如磁式氧分析器、核磁共振分析儀等；射線式，射線分析儀、同位素分析儀等；光學式，如紅外、紫外等吸收式光學分析儀，光散射等；電子光學式和離子光學式，如電子探針、離子探針等；色譜式，如氣相色譜儀、液相色譜儀等；物性測量儀表，如水分計、黏度計、密度計、濕度計等；其他，如晶體振蕩式分析儀、半導體氣敏傳感器等。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.1 成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成（

3、2）自動分析系統(tǒng)的構成v自動分析儀表通常是與試樣預處理系統(tǒng)組成一個分析測量系統(tǒng)，以保證其良好的環(huán)境適應性和高的可靠性，以使分析儀表的示值能代表被監(jiān)測的成分。v較大型工業(yè)分析儀表測量系統(tǒng)基本組成：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.1 成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成成分分析方法及分析系統(tǒng)的構成（2）自動分析系統(tǒng)的構成v 自動取樣裝置的作用是從生產(chǎn)設備中自動、快速地提取待分析樣品；v 預處理系統(tǒng)可以采用諸如冷卻、加熱、氣化、減壓、過濾等方式對采集的分析樣品進行適當?shù)奶幚?，為分析儀器提供符合技術要求的試樣；v 檢測器是分析儀表的核心；v 整機自動控制系統(tǒng)用于控制各個部分的協(xié)調工作，使取

4、樣、處理和分析的全過程可以自動連續(xù)地進行。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（1）熱導式氣體分析器v熱導式氣體分析器是使用最早的一種物理式氣體分析器件；v用途：常用于分析混合氣體中 等組分的百分含量v原理：各種氣體都具有一定的導熱能力，但程度不同，即各有不同的導熱系數(shù)2232HCONHSO、自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（1）熱導式氣體分析器v混合氣體的熱導率可以近似認為是各組分熱導率的均值：v如果被測組分的熱導率為 ，其余組分為背景組分，其熱導率近似等于 ，

5、由于 可得被測組分的含量：111221nnniiiCCCC121nCCC2112C2自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（1）熱導式氣體分析器v實際測量時，要求混合其中背景組 分的熱導率近似相等，否則，需要 預處理。v熱導式氣體分析器的核心是測量室， 稱為熱導池 1熱敏電阻 2熱導池腔體 3絕緣物自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（1）熱導式氣體分析器v熱導池常用結構： 對流擴撒式結構v熱導式分析儀表常用橋式測量電路自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9

6、.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（2）紅外線氣體分析器v紅外線氣體分析器屬于光學分析儀表中的一種，其特點是：測量范圍寬、靈敏度高、反應速度快、選擇性好。v常用于連續(xù)分析混合氣體中 氣體的濃度。243COCONH、C H 、自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（2）紅外線氣體分析器v利用不同氣體對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特性進行分析。紅外線氣體分析器主要利用225um之間的一段紅外光譜。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（2）紅外線氣體分析器

7、v 紅外線氣體分析器一般由紅外輻射源、測量氣樣室、紅外探測裝置等組成。從紅外光源發(fā)出強度為 的平行紅外線，被測組分選擇吸收其特征波長的輻射能，紅外線強度將減弱為I：v 測量紅外線的透過強度就可以確定被測組分濃度的大小。0I0KCLII e自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（2）紅外線氣體分析器v 工業(yè)用紅外線氣體分析器有非色散型和色散型兩種。v 一種時間雙光路紅外線氣體分析器的組成框圖：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（3）氧化鋯分析器v氧化鋯分析器屬于電化學分

8、析方法，優(yōu)點是靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應快、測量范圍寬，且不需要復雜的采樣和預處理系統(tǒng)，其探頭可以直接插入煙道中連續(xù)地分析煙氣中的氧含量。v氧化鋯分析器的基本工作原理基于氧濃差電池。當氧濃差電池兩側氣體的含氧量不同時，在兩電極間將產(chǎn)生電勢，此電勢與兩側氣體中的氧濃度有關，稱為濃差電勢。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（3）氧化鋯分析器v氧濃差電池原理： 左側為被測氣體，右側 是參考氣體。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（3）氧化鋯分析器v一種管狀結構的氧化鋯分析

9、器： 自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（3）氧化鋯分析器v氧化鋯分析器的安裝方式：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（3）氧化鋯分析器v氧化鋯分析器正常工作的必要條件： 工作溫度恒定 必須要有參比氣體 參比氣體與被測氣體壓力應該相等自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v 色譜分析儀器是一種高效、快速、靈敏的物理式分析儀表。v 包括分離和分析兩個技術環(huán)節(jié)v 在測試時，使被分析的試樣通過

10、色譜柱，由色譜柱將混合試樣中的各個組分分離，再由檢測器對分離后的各組分進行檢測，以確定各組分的成分和含量。v 可以一次完成對混合試樣中幾十種組分的定性或定量的分析自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v 基本原理是：根據(jù)不同物質在固定相和流動相所構成的體系即色譜柱中具有不同的分配系數(shù)而進行分離。v 色譜柱有兩大類，一類是填充色譜柱，是將固體吸附劑或帶有固定液的固體柱體，裝在玻璃管或金屬管內構成。另一類是空心色譜柱或空心毛細管色譜柱，都是將固定液附著在管壁上形成。v 被分析的試樣由載氣帶入色譜柱，載氣在固定相上的吸附或

11、溶解能力要比樣品組分弱得多，由于樣品中各組分在固定相上吸附或溶解能力的不同，而被載氣帶出的先后次序也就不同，從而實現(xiàn)了各組分的分離。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v混合物在色譜柱中的分離過程自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v 兩個組分A和B的混合物經(jīng)過一定長度的色譜柱后，將逐漸分離，A、B組分在不同的時間流出色譜柱，并先后進入檢測器，檢測器輸出測量結果，由記錄儀繪出色譜圖，在色譜圖中兩組分各對應一個色譜峰。圖中隨時間變化的曲線

12、表示各個組分及其濃度，稱為色譜流出曲線。v 各組分從色譜柱流出的順序與色譜柱固定相成分有關。從進樣到某組分流出的時間與色譜柱長度、溫度、載氣流速等有關。在保持相同條件的情況下，對各組分流出時間標定以后，可以根據(jù)色譜峰出現(xiàn)的不同時間進行定性分析。v 色譜峰的高度或面積可以代表相應組分在樣品中的含量，用已知濃度試樣進行標定后，可以做定量分析。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v色譜儀的基本流程自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v一種工業(yè)

13、用氣相色譜儀系統(tǒng)框圖：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（4）氣相色譜儀v一種微型氣相色譜儀的結構圖自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器v采用半導體材料為敏感材料制成的一種氣敏傳感器類型，可以通過在半導體材料中添加各種催化劑來改變其主要敏感對象，卻很難消除對其他共存氣體的響應，且它信號響應的線性范圍窄，故一般只用于定性及半定量范圍的氣體檢測。v制造成本低廉，測量手段簡單，工作穩(wěn)定性尚好，檢測靈敏度也較高。v半導體氣敏傳感器按照半導體的物性變化特

14、點，可分為電阻型和非電阻型兩類。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 電阻型半導體氣敏傳感器v 利用氣體在半導體表面的氧化或還原反應，將引起半導體載流子數(shù)量的增加或減少，從而使敏感元件電阻值變化的原理。v 當氧化型氣體吸附到n型半導體，還原型氣體吸附到p型半導體時，會使半導體載流子減少，敏感元件電阻值將增大。v 當還原型氣體吸附到n型半導體，氧化型氣體吸附到p型半導體時，使載流子增多，敏感元件電阻值則減小。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5

15、）半導體氣敏傳感器 電阻型半導體氣敏傳感器vN型半導體氣敏元件阻值變化圖自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器電阻型半導體氣敏傳感器v 幾種半導體氣敏元件的典型結構自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 電阻型半導體氣敏傳感器v在氣敏材料中添加鉑或鈀等作為催化劑，可以提高氣敏元件的靈敏度以及對氣體的選擇性。v 添加催化劑前靈 敏度特性2SnO自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用

16、成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 電阻型半導體氣敏傳感器v 添加催化劑后靈敏度特性2SnO自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 非電阻型半導體氣敏傳感器v利用MOS二極管的電容-電壓特性變化和MOS場效應管的閾值電壓的變化等性質制成。采用特定的材料可以使器件對某些氣體敏感。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 非電阻型半導體氣敏傳感器v圖示結構的MOS場效應對氫氣敏感自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2

17、幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（5）半導體氣敏傳感器 電阻型半導體氣敏傳感器vMOS場效應管的靈敏度曲線 自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（6）工業(yè)酸度計v 工業(yè)酸度計屬于電化學分析方法，用來在線測量溶液的酸堿度。v 溶液的酸堿性可以用氫離子濃度H的大小來表示。由于溶液中氫離子濃度的絕對值很小，一般采用pH值來表示溶液的酸堿度，定義為pH=-lgH+，與之相應有： pH為中性溶液，pH為堿性溶液，pH為酸性溶液v pH值的檢測采用電位測量法。根據(jù)電化學原理，任何一種金屬插入導電溶液中，在金屬與溶液之間將產(chǎn)生電極電

18、勢，此電極電勢與金屬和溶液的性質，以及溶液的濃度和溫度有關。v 測量pH值一般使用參比電極和測量電極以及被測溶液共同組成的狆犎測量電池。參比電極的電極電位是一個固定的常數(shù)，測量電極的電極電位則隨溶液氫離子濃度而變化。電池的電動勢為參比電極與測量電極間電極電位的差值，其大小代表溶液中的氫離子濃度。將參比電極和工作電極插入被測溶液中自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（6）工業(yè)酸度計v 工業(yè)用酸度計結構： 甘汞電極結構 銀-氯化銀結構 玻璃結構自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分

19、分析儀表（6）工業(yè)酸度計v 溶液pH值與總電勢的關系： 自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.2 幾種工業(yè)用成分分析儀表幾種工業(yè)用成分分析儀表（6）工業(yè)酸度計v 總電勢隨溫度變化的特性： 自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.3 濕度的檢測濕度的檢測（1）濕度的表示方法及檢查特點v 濕度的表示方法 濕度可用絕對濕度和相對濕度兩種方法來表示：絕對濕度是指單位體積濕氣體中所含的水汽質量數(shù)；相對濕度是單位體積濕氣體中所含的水汽質量與在相同條件下飽和水汽質量之比，用百分數(shù)表示。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.3 濕度的檢測濕度的檢測（1）濕度的表示方法及檢查特點v濕度檢測的特點 工業(yè)過程的監(jiān)測和控制對濕敏傳感器提出如下要求：工作可靠，使用壽命長；滿足要求的濕度測量范圍，有較快的響應速度；在各種氣體環(huán)境中特性穩(wěn)定，不受塵埃、油污附著的影響；能在的環(huán)境溫度下使用，受溫度影響小；互換性好、制造簡單、價格便宜。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社9.3 濕度的檢測濕度的檢測（2）干濕球濕度計v 干濕