第十二章 成分與含量的電測法

第十二章成分與含量的電測法第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/2023112.1水分和濕度電測法12.1.1水分和濕度的定義及表示方法氣體的濕度1、絕對濕度在一定濕度及壓力條件下，每單位體積混合氣體中所含的水蒸氣量，其單位為。2、相對濕度單位體積混合氣體中所含的水蒸氣量與同溫度下飽和水蒸氣量的比值的百分數(shù)，一般用符號%RH表示。3、露(霜)點溫度當空氣的溫度下降到某一溫度時,空氣中的水蒸汽就凝結(jié)成露珠（或凝結(jié)成霜），這一特定溫度稱為空氣的露點溫度（或霜點溫度）。已測知空氣的露點為Ta，待測空氣所處溫度為Tw，通過查表求得溫度為Ta和Tw時水的飽和水蒸汽壓，二者之比即為待測空氣的相對濕度。二、固體的濕度固體的濕度也稱為含水量(或稱水分)，通常以物質(zhì)中所含水分質(zhì)量(或重量)與總質(zhì)量(或總重量)之比的百分數(shù)來表示。第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20232圖12-1-1電阻式測定紙頁水分12.1.2固體水分電測法一、紅外式用易被水吸收和不被水吸收的兩種波長的紅外輻射輪流交替地透過被測固體，取其透過被測固體的輻射強度之比值來測定被測固體的水分。二、電阻式圖12-1-1利用固體物質(zhì)的電阻值隨含水量的不同而不同的特性，可以測量其濕度。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20233圖12-1-2共面式平板電容傳感器三、電容式圖12-1-2根據(jù)物料介電常數(shù)與水分的關(guān)系，通過測量以物料為電介質(zhì)的電容器的電容值即可確定物料的水分。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/2023412.1.3氣體濕度電測法圖12-1-3干濕球濕度計工作原理測溫式——干濕球濕度計圖12-1-3原理：根據(jù)所測得干球溫度T1和濕球溫度T2之差，確定空氣的相對濕度。1、傳統(tǒng)方法――用水銀溫度計測量干濕球溫度，查相應(yīng)的表，確定氣體的濕度。2、用兩個熱電偶或兩個熱電阻測量干濕球溫度差圖10-2-10圖10-2-11第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20235圖12-1-4熱敏電阻式濕度傳感器3、“電子干濕式”濕度傳感器圖12-1-4第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20236二、電阻式通過測量濕敏電阻受濕度影響后的阻值即可測得相應(yīng)的濕度。(詳見4.1.5節(jié))三、電容式高分子濕敏電容的電容值與氣體中相對濕度之間成線性關(guān)系。四、石英振動式在石英晶片的表面涂敷高分子膜，當膜吸濕時，石英晶片振蕩頻率發(fā)生變化，不同的頻率就代表不同程度的濕度。五、多孔Al2O3濕度傳感器Al2O3濕敏傳感器可等效為電容Cp與電阻Rp的并聯(lián)。隨著相對濕度增大，Cp也增大，但Rp卻減小。通過測定Cp、Rp可測定環(huán)境的濕度。第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20237圖12-1-5同步分離法測濕電路同步分離法測濕電路第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/2023812.2密度和濃度電測法12.2.1密度電測法圖12-2-1鏈條平衡式密度計1-浮子；2-浮子的軟鐵心；3-檢測線圈4-鏈條；5-溫度檢測器一、固體密度的測量(一)經(jīng)典法(二)射線法二、流體密度的測量（一）振筒式7.4.2節(jié)（二）鏈條平衡式圖12-2-1當液體密度增加時，浮力增大，浮子上升。測量浮子位置可測出液體密度。（三）差壓法在被測液體液面下方的容器壁上，設(shè)置兩個垂直距離為定值H的取壓孔，用差壓傳感器測出這兩個取壓孔的差壓，即可測出液體的密度

第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/2023912.2.2濃度電測法圖12-2-2電導(dǎo)池測量線路原理圖K-電導(dǎo)池；1、2-極板若總體積為V的溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量為m(B),則溶質(zhì)B的質(zhì)量濃度表示為：一、電導(dǎo)式測量低濃度區(qū)域和高濃度區(qū)域(不能測量中間一段濃度)溶液的電導(dǎo)率，可以得知對應(yīng)的溶液濃度C。１、電導(dǎo)池測量溶液電導(dǎo)的線路圖12-2-2第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202310圖12-2-3電磁濃度計原理圖2、電磁感應(yīng)式圖12-2-3用被測溶液構(gòu)成一個短路線圈，將兩個變壓器T1和T2耦合起來。T1為激勵變壓器，其初級通以交流電壓時，通過對i2的測量可以得到溶液的電導(dǎo)，從而得出相應(yīng)的濃度。二、光電式1、用光電折光儀測量溶液的折射率可間接測量溶液的濃度。2、利用光電自動旋光計測量溶液的旋光度，可求得溶液的濃度。三、石英晶體微量天平待測氣體樣品與壓電振子的表面涂層相接觸時，氣體濃度越高，被吸收到涂層內(nèi)的氣體分子越多，因此壓電振子的振動頻率的變化當與待測的氣體濃度成正比。第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20231112.3氣體分析與檢測12.3.1氣體分析圖12-3-1熱導(dǎo)式氣體分析儀原理一、熱導(dǎo)式氣體分析儀1、原理：設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)為λ1和λ2的兩種氣體混合，λ1和λ2已知，若測得該混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)λc，則可求得兩種氣體的百分數(shù)含量α1和α2：2、熱導(dǎo)池圖12-3-1(a)3、熱導(dǎo)式氣體分析儀圖12-3-1(b)第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202312二、磁式氧量分析儀原理：是基于對氧的順磁性的測量?；旌蠚怏w的體積磁化率式中：k1為氧氣的體積磁化率；k2為混合氣體中除氧外，各成分氣體的體積磁化率平均值；C為氧氣含量結(jié)論：根據(jù)混合氣體體積磁化率的大小，就可以確定氧氣含量C。2、熱磁式對流檢測器圖12-3-2被分析的氣體含氧量越高，磁風就越強，兩熱絲元件的溫差越大，相應(yīng)阻值變化就越大。電橋輸出電壓可以用來表示被分析氣體中所含氧氣的濃度。三、光學吸收式氣體分析儀(一)工作原理當物質(zhì)吸收特征波長的光輻射時，透射光能量與入射光能量之間關(guān)系為：

式中W為透射光能量，W0為入射光能量；a為吸收率；b為光程長度；c為試樣中吸光物質(zhì)的濃度。若a、b為已知數(shù)值，則通過測量透射光與入射光能量的比值，就可以確定吸光物質(zhì)的濃度。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202313圖12-3-2熱磁式檢測器示意圖熱磁式對流檢測器圖12-3-2第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202314圖12-3-3CO2紅外氣體分析儀示意圖(二)CO2紅外線氣體分析儀圖12-3-3測量時，被測氣體通過樣品室，參比室充滿沒有CO2的大氣。經(jīng)過標定，就可以從輸出信號的大小確定CO2的含量。第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202315圖12-3-4光電比色計原理框圖1—光源2—透鏡3—濾光片4—參比介質(zhì)比色皿5—被測介質(zhì)比色皿6—檢測元件7—比較放大器8—顯示器（三）光電比色計圖12-3-4左半部分為參比介質(zhì)光路。比色皿盛放的是不含被測成分的某種液體(或氣體)，對光束波長沒有吸收作用，右半部分為被測介質(zhì)的測量光路，比色皿中盛放的是被測樣品，對光束波長有一定的吸收作用.。兩路光學系統(tǒng)檢測元件的輸出就不一樣，通過比較放大后顯示出被測介質(zhì)的含量。第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/20231612.3.2家用氣體檢測器圖12-3-5可燃氣體報警器第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五6/23/202317一、燃氣泄漏檢測電路的工作原理圖12-3-5當可燃性氣體達到一定濃度時，氣敏傳感器QM-N2的A-B端電阻減小，使晶體管VT導(dǎo)通,555第2腳電位低于Vcc/3，（Vcc為12V電源電壓），由555等組成的單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)至暫穩(wěn)態(tài)，第3腳輸出一高電平，繼電器J吸合，觸點K-1閉合，蜂鳴器報警。一旦可燃性氣體全部排除，QM-N2的A-B端電阻增大，晶體管VT截止，555第2腳回到高電平。再經(jīng)約10s左右的充電時間，第6腳電位上升到2/3Vcc，555第3腳變?yōu)榈碗娖捷敵?，繼電器J釋放，觸點K-1斷開，蜂鳴器停止叫聲。二、油煙檢測電路的工作原理圖12-3-6空氣污染濃度達到某一