華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表

華北電力大學(xué)測量儀表-第八章成分分析儀表2024/3/25華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表（2）鍋爐的給水和蒸汽中含有鹽分、溶氧及二氧化硅等，會形成水垢和腐蝕設(shè)備。輕則降低機組效率，影響經(jīng)濟性，增加維修工作，重則可能造成受熱面過熱、降低強度而引起不安全問題（如爆管等）。氫冷發(fā)電機的氫氣純度不足，可能有爆炸的危險。這些都應(yīng)進行監(jiān)控。（3）熱效率是鍋爐運行經(jīng)濟性的指標(biāo)，因此在線測定熱效率是指導(dǎo)鍋爐經(jīng)濟運行的最好依據(jù)。在反平衡計算法中與過程成分分析有關(guān)的項目是化學(xué)未完全燃燒熱損失、機械未完全燃燒熱損失。為此，對燃煤鍋爐要求在線測量灰渣中的可燃物含量，以及排煙中的殘余可燃氣體（、、等）的含量。由于技術(shù)原因，鍋爐效率儀尚待研究和定型。因此，實時分析煙氣成分目前仍然是判斷燃燒狀況、監(jiān)視鍋爐經(jīng)濟運行的主要手段。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表

第一節(jié)成分分析儀表概述

用于檢測物質(zhì)的組成和含量以及物質(zhì)的各種物理特性的裝置稱為成分分析儀表。

一、成分分析方法

有兩種類型◆定期取樣，在實驗室中對樣品進行化學(xué)分析測定的實驗室分析方法；◆利用可以連續(xù)測定被測物質(zhì)含量或性質(zhì)的分析儀表進行在線連續(xù)分析方法。相應(yīng)的分析儀表有實驗室用分析儀表和工業(yè)用自動分析儀表兩種。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表二、自動分析儀表的組成自動分析儀表一般由自動取樣裝置、預(yù)處理系統(tǒng)、傳感器、信息處理系統(tǒng)、顯示儀表、整機自動控制系統(tǒng)六部分組成。

各部分的作用華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表三、常用成分分析儀表的分類1．按被測成分分類（1）氧量表。用來監(jiān)測混合氣體（如燃燒產(chǎn)物）中氧的含量，如氧化鋯氧量計；用來測量汽、水中溶解氧的水中溶氧表。（2）氫表。監(jiān)測氫冷發(fā)電機中氫氣的純度。（3）二氧化碳分析儀。對混合氣體（如煙氣）中含量二氧化碳進行監(jiān)測。如熱導(dǎo)式二氧化碳分析儀、紅外線二氧化碳分析儀等。（4）鹽量表。用來監(jiān)測汽、水中的含鹽量，如納表、電導(dǎo)儀等。（5）二氧化硅分析儀。監(jiān)測水和蒸汽中二氧化硅含量。此外還有磷酸根、溶解鐵、余氯、PH值等分析儀表。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表2．按儀器的工作原理分類（1）電化學(xué)式分析儀表，如電導(dǎo)儀、酸度計、氧化鋯氧分析儀。（2）熱學(xué)式分析儀表，如熱導(dǎo)式氫分析儀。（3）磁學(xué)式分析儀表，如熱磁式氧量計。（4）光學(xué)式分析儀表，如紅外線氣體分析儀。（5）色譜式分析儀表，如氣相色譜儀、液相色譜儀。此外還有射線式分析儀表、電子光學(xué)式和離子光學(xué)式分析儀表等。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表第二節(jié)氧化鋯氧分析儀

氧含量分析儀是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的在線分析儀表，廣泛地應(yīng)用在火力發(fā)電、采暖、煉油、化工、輕紡、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)。

例如：在火力發(fā)電廠中，動力鍋爐燃燒質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到電廠燃料消耗率的高低。為了使燃料達到完全燃燒，同時又不過多地增加排煙量和降低燃燒溫度，要控制燃料與空氣的比例，使過?？諝庀禂?shù)保持在一定范圍內(nèi)。一般對燃煤爐約在1.20～1.30，對燃油爐約在1.10～1.20。而過?？諝庀禂?shù)的大小可通過分析爐煙中O2的含量來判斷。使用氧化鋯氧分析儀可以測量煙氣中的含氧量，及時控制燃料和空氣的比例，使燃燒維持在良好的狀態(tài)下。

特點：氧化鋯氧分析儀又稱氧化鋯氧量計，具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速度快（測高、中氧含量時，時間常數(shù)T＜3s）、靈敏度高、適于分析高溫氣體等特點。

分類：根據(jù)安裝方式的不同，分為抽出式和直插式兩類。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表一、工作原理1.氧化鋯固體電解質(zhì)的導(dǎo)電機理

在ZrO2材料中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3），經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，+2價的鈣離子Ca2+會進入ZrO2晶體而置換出+4價的鋯離子Zr4+。置換出的鋯離子Zr4+與數(shù)量不足的氧離子結(jié)合而形成帶有氧離子空穴的氧化鋯材料，成為一種不再隨溫度變化的螢石性立方晶體。這種材料被稱為空穴型氧化鋯晶體，它一種高致密的工業(yè)陶瓷材料?？昭ㄐ脱趸喚w中有氧離子空穴，其數(shù)量與混合的CaO數(shù)量有關(guān)。當(dāng)有外界氧離子存在時，氧離子會自動地填入晶體中的空穴，亦可以自由地移動。由于空穴型氧化鋯材料在650℃以上的高溫下是一種氧離子的良導(dǎo)體，故它是一種固體電解質(zhì)。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表2、工作原理氧化鋯氧分析儀是基于電化學(xué)中濃差電池的原理工作的。

高濃度側(cè)的氧分子滲入多孔鉑電極后，在鉑電極上發(fā)生還原反應(yīng)O2＋4e→2O2—

氧離子通過氧化鋯材料到達低濃度側(cè)的鉑電極，釋放出電子，形成氧分子，在鉑電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

2O2

—

→O2＋4e

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表濃差電勢由能斯特公式確定

當(dāng)參比氣體的總壓力與待測氣體的總壓力相等均為P時，上式可化成如下形式：空氣中氧量一般為20.8％,在總壓力為一個大氣壓下，可以得出E與的關(guān)系式為：

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表結(jié)論：當(dāng)氧濃差電池溫度恒定，以及參比氣體濃度一定時，電池產(chǎn)生的氧濃差電勢將與待測氣樣氧濃度成單值函數(shù)關(guān)系。通過測量氧濃差電勢的數(shù)值，就可得出被測氣體的氧含量。需要說明：氧分析儀在工作時，將氧化鋯內(nèi)外側(cè)都通上相同氣體（空氣或煙氣），按上式計算應(yīng)得0毫伏的電勢。事實上每只氧化鋯氧分析儀都達不到零值毫伏，這是因為氧化鋯管制造過程中總是存在有結(jié)構(gòu)上的不對稱及晶格缺陷。解決零位電勢（本底電勢）的方法有：調(diào)節(jié)顯示儀表機械零位，或通過給定器補償?shù)簟?/p>

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3.保證氧量計正確測量的條件

要正確測量出待測氣樣中的含氧量（濃度），必須保證以下的條件：

1、氧化鋯傳感器需要恒溫或在計算電路中采取補償措施，以消除傳感器溫度（池溫）對測量的影響。2、氧化鋯傳感器要在一定高溫下工作，以保證有足夠高的靈敏度。3、保持參比氣樣的壓力與待測氣樣的壓力相等，以保證兩種氣體的氧分壓之比能代表氧含量比。4、保持參比氣樣和待測氣樣有一定的流速，以保證測量的準(zhǔn)確性。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表

二、測量系統(tǒng)

氧化鋯氧分析儀由氧化鋯探頭（又稱傳感器、檢測器）、變送器兩部分組成。氧化鋯管是氧化鋯探頭的核心部分，它由氧化鋯固體電解質(zhì)管、鉑電極和引線構(gòu)成，包括有封頭式和無封頭式兩種形式。氧化鋯管的結(jié)構(gòu)(a)無封頭式；（b）有封頭式1、2—電極；3、4—引線華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表1.直插定溫式氧化鋯測量系統(tǒng)2.直插補償式氧化鋯測量系統(tǒng)

(a)探頭示意圖(b)溫度補償原理框圖直插補償式氧化鋯氧分析儀1-氧化鋯管；2、5-毫伏變送器；3-熱電偶；4-函數(shù)發(fā)生器；6-除法器華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表智能型氧化鋯氧分析儀結(jié)構(gòu)示意圖主機控制單元以單片機為核心，對數(shù)字信號進行采集、處理和控制，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氧濃度值顯示在顯示屏上，同時將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為0～10mA或4～20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。此外，可在運行中進行自檢，并通過電纜實現(xiàn)對傳感器的溫度控制、過熱保護和故障監(jiān)督。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表三、氧化鋯氧分析儀的應(yīng)用舉例

在一端封閉的氧化鋯管內(nèi)外側(cè)，分別通過空氣和被測煙氣，在管外裝有鉑銠-鉑熱電偶，測定氧化鋯管的工作溫度，并通過毫伏變換器和溫控裝置去控制電爐電流，從而達到定溫控制。為了防止?fàn)t煙塵粒污染氧化鋯，加裝了多孔性陶瓷過濾器。用泵抽吸煙氣和空氣，使它們的流速在一定范圍內(nèi)，同時使空氣和煙氣側(cè)的總壓力大致相等。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表第三節(jié)紅外線氣體分析儀

原理：紅外線氣體分析儀是應(yīng)用氣體對紅外線光吸收原理制成的一種儀表。

特點：具有靈敏度高、反應(yīng)快、分析范圍寬、選擇性好、抗干擾能力強等特點。

應(yīng)用：它可用于CO、CO2、CH4、C2H2、C2H5OH、H2O（水汽）等非對稱分子結(jié)構(gòu)氣體含量的分析測量，是應(yīng)用比較多的一種光學(xué)式分析儀表，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)流程中氣體的連續(xù)自動監(jiān)測，分析混合氣體中某組分的含量測量。如冶煉工業(yè)中的CO、CO2含量測量，電站鍋爐燃燒爐煙中CO、CO2含量測量，以及化工、石油工業(yè)流程中氣體的分析等，也可用于大氣污染氣體的監(jiān)測和醫(yī)學(xué)上某些氣體的監(jiān)測。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表一、紅外線的基本知識

1.紅外線的特征紅外線是一種電磁波，它的波長范圍大致在0.76μm到1000μm的頻譜范圍之內(nèi)，與可見光一樣具有反射、折射、散射等性質(zhì)。紅外線的最大特點就是具有光熱效應(yīng)，它是光譜中最大的光熱效應(yīng)區(qū)。另外，紅外線在介質(zhì)中傳播時，會由于介質(zhì)的吸收和散射作用而衰減。每一種化合物的分子并不是對紅外光譜內(nèi)所有波長的輻射或任意一種波長的輻射都具有吸收能力，而是有選擇性地吸收某一個或某一組特定波段內(nèi)的輻射。這個所謂的波段就是分子的特征吸收帶。氣體分子的特征吸收帶主要分布在1～25μm波長范圍內(nèi)的紅外區(qū)。例如，CO氣體能吸收的紅外波長為2.37μm和4.65μm，CO2的特征吸收波長為2.78μm和4.26μm。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表2朗伯-貝爾定律氣體對紅外線的吸收服從于朗伯-貝爾定律，其關(guān)系式為

當(dāng)紅外輻射穿過待測組分的長度和入射紅外輻射的強度一定時，由于對某一種特定的待測組分是常數(shù)，故透過的紅外輻射強度僅僅是待測組分摩爾百分濃度的單值函數(shù)，其關(guān)系如圖所示。通過測定透射的紅外輻射強度，可以確定待測組分的濃度。以這一原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的光譜儀器，稱為紅外氣體分析儀。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表

二、紅外氣體分析儀的工作原理及結(jié)構(gòu)組成1.紅外氣體分析儀類型

按不同分類方法可分為工業(yè)型和實驗室型；色散型（分光式）和非色散型（非分光式）等。

●分光式是根據(jù)待測組分的特征吸收波長，采用一套光學(xué)分光系統(tǒng)，使通過被測介質(zhì)層的紅外線波長與待測組分特征吸收波長相吻合，進而測定待測組分的濃度。

●非分光式是光源的連續(xù)波譜全部投射到待測樣品上，而待測組分僅吸收其特征波長的紅外線，進而測定待測組分的濃度。工業(yè)過程主要應(yīng)用這類儀表。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表2.工作原理

紅外線氣體分析儀是根據(jù)待測氣體在特征吸收波長上吸收紅外線能量的原理工作的。氣體吸收紅外輻射后，氣體的溫度上升或壓力上升，這種溫度和壓力的變化與待測組分濃度有關(guān)，通過測量變化的溫度或壓力就可測出待測組分的濃度。

3.紅外線氣體分析儀的結(jié)構(gòu)組成

紅外線氣體分析儀一般由光源、氣室、接收元件、切光片和窗口等組成，典型的結(jié)構(gòu)如圖所示。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表紅外氣體分析儀原理圖1-光源；2-同步電機；3-切光片；4-濾波室；5-參比室；6-測量室；7-檢測室；8-薄膜；9-定片；10-電氣單元；11-微機系統(tǒng)華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表（1）光源光源的作用是產(chǎn)生兩束能量相等而又穩(wěn)定的紅外光束，多由通電加熱鎳鉻絲所得。輻射區(qū)的光源分兩種，一種是單光源，一種是雙光源,各有優(yōu)點。（2）濾光元件其作用是吸收或濾去可被干擾氣體吸收的紅外線，去除干擾氣體對測量的影響。濾光元件通常有兩種，一種是充以干擾氣體的濾光室，另一種是濾光片。濾光片是在晶片表面上噴涂若干涂層，使它只能讓待測組分所對應(yīng)的特征吸收波長的紅外線透過，而不讓其他波長的紅外線透過或使其大大衰減。

（3）測量室和參比室測量室和參比室的兩端用透光性能良好的CaF2晶片密封。參比室內(nèi)封入不吸收紅外輻射的惰性氣體，測量室則連續(xù)通入被測氣體。測量室的長短與被測組分濃度有關(guān)，一般測量室的長度為0.3～200mm。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表（4）檢測器檢測器的作用是接收從紅外光源輻射出的紅外線，并轉(zhuǎn)化成電信號。有光電導(dǎo)式和薄膜電容式兩種檢測器。光電導(dǎo)檢測器只對某一波長范圍內(nèi)的紅外線能量能吸收，它必須和濾波效果較好的濾光片配合使用。目前用的較多的材料是銻化銦。

大多數(shù)紅外線分析儀都采用薄膜電容式檢測器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。薄膜電容式接收器1—窗口玻璃；2—吸收室；3—固定電極（定片）；4—可動電極（動片）華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表（5）切光片切光片在電機帶動下對光源發(fā)出的光輻射信號做周期性切割，將連續(xù)信號調(diào)制成一定頻率（一般為2～25Hz，常用6.25Hz）的交變信號（一般為脈沖信號）。（6）微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)的任務(wù)是將紅外探測器的輸出信號進行放大變成統(tǒng)一的直流電流信號，并對信號進行分析處理，將分析結(jié)果顯示出來，同時根據(jù)需要輸出濃度極值和故障狀態(tài)報警信號。對信號處理包括：干擾誤差的抑制，溫漂抑制，線性誤差修正，零點、滿度和中點校準(zhǔn)，量程轉(zhuǎn)換、量綱轉(zhuǎn)換、通道轉(zhuǎn)換、自檢和定時自動校準(zhǔn)等。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表三、QGS-08型紅外線氣體分析儀

QGS-08型紅外線氣體分析儀是北京分析儀器廠引進德國麥哈克公司先進技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品。適用于連續(xù)分析CO、CO2、CH4、SO2等23種氣體在混合氣中的含量。屬于非分光型紅外線分析儀，帶薄膜電容式檢測器。檢測器由兩個吸收室組成，它們相互氣密，在光學(xué)上是串聯(lián)的。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表為了保證進入分析儀表的氣體干燥、清潔、沒有腐蝕性，需要裝設(shè)預(yù)處理裝置，如圖所示。

預(yù)處理裝置示意圖1-水冷卻器；2-預(yù)過濾器；3-化學(xué)過濾器；4-干擾過濾器；5-流量控制器華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表第四節(jié)熱導(dǎo)式氣體分析儀

熱導(dǎo)式氣體分析儀是使用最早的一種物理式氣體分析儀，它是利用不同氣體導(dǎo)熱特性不同的原理進行分析的。常用于分析混合氣體中的H2、CO2、SO2等組分的百分含量。一、工作原理各種氣體都具有一定的導(dǎo)熱能力，但是導(dǎo)熱程度有所不同，即各有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。氣體的導(dǎo)熱率還與氣體的溫度有關(guān)。

氣體名稱N2O2CO2SO2H2COCH4相對熱導(dǎo)率0.9981.0150.6150.3447.130.9641.318華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表對于彼此之間無化學(xué)反應(yīng)的多組分的混合氣體，它的熱導(dǎo)率與各組分的熱導(dǎo)率及各組分的體積百分含量有關(guān)，即如果被測組分的熱導(dǎo)率為，其余組分為背景組分，并假定它們的熱導(dǎo)率近似等于。又由于，將它們帶入上式后可得

在、已知的情況下，測定混合氣體的總熱導(dǎo)率，就可以測定被測組分的體積百分含量。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表二、熱導(dǎo)式氣體分析儀的檢測器和測量電路檢測器

熱導(dǎo)式氣體分析儀大多是把氣體熱導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成金屬材料電阻值的變化。通過對金屬材料電阻值進行測量，來反映出被測組分的體積百分含量。通常把熱導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成電阻值的部件稱為熱導(dǎo)式氣體分析儀的檢測器，又稱熱導(dǎo)池。

熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)如圖所示。檢測器結(jié)構(gòu)有分流式、對流式、擴散式、對流擴散式四種。熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)對流擴散式熱導(dǎo)池

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表2.測量電路

雙電橋測量電路華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表三、熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用熱導(dǎo)式氣體分析儀常用于鍋爐煙氣分析和氫純度分析?；痣姀S中使用QRD-1102型氫分析儀來測量氫冷發(fā)電機的冷卻氫氣的純度（含量），以監(jiān)視爆炸條件時氫含量的下限值。測量的背景氣體是空氣。QRD-1102型熱導(dǎo)式氫分析儀不需要復(fù)雜的預(yù)處理裝置，由調(diào)整組件、變送器、二次儀表和交流穩(wěn)壓器等部分組成。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表第五節(jié)工業(yè)氣相色譜儀

色譜分析儀是一種多組分的分析儀器。

基本原理：使被分析樣品在“流動相”的推動下流過“色譜柱”（內(nèi)裝填充物，稱固定相），由于樣品中各組分在流動相和固定相中分配情況不同，它們從色譜柱中流出的時間不同，從而達到分離不同組分的目的。

分類：根據(jù)固定相和流動相的狀態(tài)，色譜分析可分為氣相色譜和液相色譜。

應(yīng)用：氣相色譜儀在電力系統(tǒng)中，主要用于分析大型變壓器中油產(chǎn)生的各種氣體，以迅速檢測變壓器的故障。在火電廠中也可用來分析煙氣成分。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表一、工作原理

當(dāng)一定量的氣體在純凈的載氣（稱為流動相）的攜帶下通過具有吸收性能的固體表面，或通過具有溶解性能的液體表面（這些固體和液體稱為固定相）時，由于固定相對流動相所攜帶氣體的各組分的吸附能力或溶解度不同，氣體中各組分在流動相和固定相中的分配情況是不同的，可以用分配系數(shù)K表示，即

式中——組分i在固定相中的濃度；——組分i在流動相中的濃度。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表混合物在色譜柱中的分離過程

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表二、工業(yè)氣相色譜儀的基本構(gòu)成

組成：樣氣預(yù)處理系統(tǒng)、載氣預(yù)處理系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、色譜柱、檢測器、信號處理系統(tǒng)、記錄顯示儀表、程序控制器等。工業(yè)氣相色譜儀的基本構(gòu)成華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表1．載氣系統(tǒng)包括載氣源及壓力流量調(diào)節(jié)器。載氣應(yīng)不被固定相吸附或溶解，通常用氦氣、氫氣、氮氣等。2．取樣裝置取樣需在時間和體積上集中，即在瞬時內(nèi)完成進樣。工業(yè)氣相色譜儀中，要求待分析樣品自動地、周期地、定量地送入色譜柱。這個任務(wù)由取樣閥在程序控制器控制下完成。3．色譜柱色譜柱是色譜分析儀的核心部件，它起著把混合氣體分離成各個單一組分氣體的作用。不同的分析對象對色譜柱的形式、填充材料及柱子尺寸有不同的要求。常用色譜柱的柱管采用對所要分離的樣品不具有活性和吸附性的材料制造。一般用不銹鋼和銅做柱管，柱管內(nèi)徑為4～6mm。柱長主要由分配系數(shù)決定，分配系數(shù)越接近的物質(zhì)所需的柱越長，長度為0.5～15m。為了便于柱溫的控制和節(jié)省空間，色譜柱做成螺旋狀，螺旋柱管的曲率半徑為0.2～0.25m。用固定液做固定相的色譜柱稱為氣液色譜柱。它的固定相由擔(dān)體和涂敷在擔(dān)體上的高沸點的有機化合物（固定液）組成。擔(dān)體是用來支撐固定液的多孔固體顆粒。工業(yè)氣相色譜柱中所用的擔(dān)體主要是硅藻土型擔(dān)體，如紅色6102、201，白色擔(dān)體101等。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表4．檢測器檢測從色譜柱中隨載氣流出來的各組分的含量，并把它們轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，以便測量和記錄。根據(jù)檢測原理的不同，檢測器可分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器兩種。濃度型檢測器測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)式檢測器和電子捕獲檢測器等。質(zhì)量型檢測器測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和單位時間進入檢測器某組分的量成正比。如氫火焰離子化檢測器和火焰光度檢測器。在工業(yè)氣相色譜儀中主要用熱導(dǎo)式檢測器和氫火焰離子化檢測器。

氫火焰離子化檢測器原理圖華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表第六節(jié)電導(dǎo)式分析儀

電導(dǎo)式分析儀是一種歷史比較悠久、應(yīng)用也比較廣泛的分析儀表。用來分析酸、堿溶液的濃度時，常稱為濃度計；直接指示電導(dǎo)的就稱為電導(dǎo)儀；用來測量蒸汽和水中的鹽濃度時稱為鹽量計。在火電廠中，電導(dǎo)式分析儀不僅可用于連續(xù)監(jiān)督各段汽、水的受污染程度，也可用于監(jiān)督凝汽器冷卻水的泄漏，補給水、凝結(jié)水、除鹽水處理中離子交換器的失效程度以便控制其運行的終點和再生。動力機組的給水和蒸汽中的鹽分是引起設(shè)備結(jié)垢的原因，它會影響熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。在高壓鍋爐中，對于過熱蒸汽和給水的電導(dǎo)率要求小于0.2μS/cm。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表一、工作原理

1.溶液的電導(dǎo)與電導(dǎo)率

電解質(zhì)溶液常稱為液體導(dǎo)體，這類導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度升高而增強，常用電導(dǎo)率表示其導(dǎo)電能力。根據(jù)歐姆定律，溶液的電阻為溶液的電導(dǎo)為

溶液的電導(dǎo)率γ的物理意義是：當(dāng)電極的面積為1m2，兩電極相距1m時，中間充以電解質(zhì)溶液所具有的電導(dǎo)。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表令，稱為電極常數(shù)，則有電導(dǎo)率γ的大小表示了溶液導(dǎo)電能力的大小，它與電極常數(shù)無關(guān)，但與溶液電解質(zhì)的種類、性質(zhì)、濃度及溶液的溫度等因素有關(guān)。測量電導(dǎo)（S或μS）的儀器稱為電導(dǎo)儀，測量電導(dǎo)率（μS/cm）的儀器稱為電導(dǎo)率儀。當(dāng)電極常數(shù)為1時，則電導(dǎo)與電導(dǎo)率的數(shù)值相同。

2.電導(dǎo)率與溶液濃度的關(guān)系為了用電導(dǎo)率表示溶液濃度的多少，引入摩爾電導(dǎo)率的概念。在相距1m、面積各為1m2的兩電極之間，充以1mol/L濃度的某種溶液，所呈現(xiàn)的電導(dǎo)值稱為該種溶液的摩爾電導(dǎo)率，用符號“Λm”來表示，其單位為S/（m·mol/L）。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表當(dāng)溶液的摩爾濃度為C（mol/L）時，不考慮正負離子的相互作用和溫度對溶液導(dǎo)電能力的影響，溶液的電導(dǎo)率為當(dāng)溶液取質(zhì)量濃度σ(kg/L)時，它與摩爾濃度C的關(guān)系為式中M——溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg/mol。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表當(dāng)被測溶液濃度不高（接近無限稀釋）時，一定物質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率可看成是常數(shù)，從上面各式可以看出，電阻、電導(dǎo)和電導(dǎo)率與溶液濃度有確定關(guān)系，溶液電導(dǎo)率隨溶液濃度增加而增加。但當(dāng)溶液濃度過高時，由于正負離子間距離變短，部分正負離子又重新組合成化合物，故電導(dǎo)率隨濃度增加反而減小。這兩種情況下，溶液電導(dǎo)率均與溶液濃度呈單值關(guān)系。當(dāng)溶液濃度介于中等濃度范圍內(nèi)時，溶液電導(dǎo)率與溶液濃度不再是單值函數(shù)關(guān)系。所以應(yīng)用電導(dǎo)法只能測量低濃度或高濃度的溶液，且電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與其濃度的關(guān)系是通過實驗取得的。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表二、影響電導(dǎo)率測定的因素

⑴溶液溫度電導(dǎo)率大小與電解質(zhì)在水中的電離度及離子遷移速度有關(guān)。當(dāng)溫度上升時，電離度增大，同時溶液粘度減低，離子運動阻力減小，在電場作用時，離子定向移動加快，電導(dǎo)率增大；反之，電導(dǎo)率下降。以電導(dǎo)率大小來評定水的品質(zhì)或溶液濃度時，應(yīng)指明測試電導(dǎo)率的溫度。我國電力系統(tǒng)中均以25℃為基準(zhǔn)溫度來評定電導(dǎo)率的測量。工業(yè)在線電導(dǎo)儀通常在其測量電路中設(shè)置溫度補償電路來消除溫度的影響。⑵電極的極化當(dāng)沒有電流通過電導(dǎo)池時，電極處于平衡狀態(tài)；當(dāng)電流通過時，電極電位平衡值發(fā)生了偏差，稱為極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化的主要有濃差極化和電化學(xué)極化。電極極化后阻礙了溶液中正負離子的導(dǎo)電，使測量產(chǎn)生誤差，為此使用的電源必須采用交流。

華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表⑶電極系統(tǒng)的電容

當(dāng)交流電通過電導(dǎo)池時，電導(dǎo)池除表現(xiàn)電阻作用外，還呈現(xiàn)容抗作用。

由電容容抗與其自身的電容量C及電源頻率之間的關(guān)系在一些電導(dǎo)率儀表中，設(shè)置了電容補償電路，以減少寄生電容的影響。

電導(dǎo)池交流等效電路R1、R1′—電極本身電阻；R2、R2′—極間極化電阻；Rx—極間電解質(zhì)溶液電阻；C1、C1′—靜電容；C2—極間電容華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表⑷可溶性氣體一些可溶性氣體如CO2，NH3等溶于水，產(chǎn)生了H+和OH-離子，使溶液的導(dǎo)電能力增強，電導(dǎo)率升高，影響了電導(dǎo)率測量。為此測量電導(dǎo)率之前先采取除氣措施。

三、溶液電導(dǎo)的測量方法溶液電導(dǎo)是通過測量兩電極之間的電阻求出的。

1.分壓測量線路

測量時電源電壓u保持恒定，uk與Rx之間為單值對應(yīng)關(guān)系，測得uk就可得知溶液的濃度。這種測量方法適用于低濃度、高電阻電解質(zhì)溶液的測量。華北電力大學(xué)測量儀表第八章成分分析儀表