氣體成分分析儀表_檢測儀表第1頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表按測量原理分類主要有電化學(xué)式熱學(xué)式光學(xué)式射線式磁學(xué)式色譜式電子光學(xué)式和離子光學(xué)式第2頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表二、氧量分析儀

工作原理利用氧化鋯電解質(zhì)作傳感器，測量混合物氣體中氧氣的含量氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷固體電解質(zhì)，在高溫下有良好的離子導(dǎo)電特性。作為氧含量檢測用的氧化鋯一般都摻入一定量（通常15%）的化學(xué)CaO（也可以Y2O2）作為穩(wěn)定劑，經(jīng)高溫焙燒后則形成穩(wěn)定的螢石型立方晶系第3頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表氧化鈣固溶在氧化鋯中，其中Ca＋2置換了Zr＋4的位置，而在晶體中留下了氧離子空穴?？昭ǖ亩嗌倥c摻雜量有關(guān)如果在一塊ZrO2電解質(zhì)的兩側(cè)分別附上一個多孔鉑電極，若兩側(cè)氣體的含氧量不同，則在兩電極間就會出現(xiàn)電勢，該電勢稱為濃差電勢第4頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表在電池的正極：在電池的負(fù)極：電池反應(yīng)：濃差電勢的大小可由能斯特公式?jīng)Q定：pR為參比氣體氧分壓，一般用空氣作參比氣體，則pR＝21000Pa（視地區(qū)環(huán)境不同）第5頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表氧化鋯探頭和變送器氧化鋯氧含量測量的檢測器有各種的形式（形狀）在氧化鋯檢測器中，最重要的是控制氧化鋯的工作溫度：一般檢測器中均有恒溫控制裝置，以保證氧化鋯工作在恒定的溫度；另一方面，還要選取合適的溫度值氧化鋯探頭第6頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表三、熱導(dǎo)式氣體分析儀

檢測原理基于待測組分的導(dǎo)熱系數(shù)被測氣體中其它組分有明顯的差異表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的物理參數(shù)是導(dǎo)熱系數(shù)λ，λ越大，說明該物質(zhì)容易導(dǎo)熱，反之不易導(dǎo)熱第7頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表實驗證明，對于混合物，其導(dǎo)熱系數(shù)λ可用下式計算

其中λi—第i組分的導(dǎo)熱系數(shù)

Ci—第i組分所占的百分含量由于氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)是其他氣體的好多倍的緣故，所以這方法最適合用于氫氣含量的檢測第8頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式氣體分析儀由傳感器（常稱為熱導(dǎo)檢測器或熱導(dǎo)池）、測量電路、顯示單元、電源和溫度控制器等組成。熱導(dǎo)池是將混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的關(guān)鍵部件熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu)

第9頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表0℃時的電阻值為R0，通過電流I后，電阻絲產(chǎn)生熱量并向四周散射，由于氣體流量很小，氣體帶走的熱量可忽略。熱量主要是通過氣體傳向氣室壁。設(shè)氣室壁溫度tc恒定（一般都設(shè)置有恒溫裝置），電阻絲達到熱平衡時的溫度為tn，電阻絲通以恒定電流I0，則電阻絲的散熱為而電阻絲產(chǎn)生的熱量為

第10頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表熱平衡時Q＝Q′。如果混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)λ愈大，其散熱條件愈好，熱平衡時的溫度tn也愈小，反之，λ愈小，tn愈高，Rn愈大，從而通過電阻的變化測量導(dǎo)熱系數(shù)電阻Rn的測量可通過電橋?qū)崿F(xiàn)第11頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表四、紅外式氣體分析儀氣體對紅外線的吸收紅外線是指波長為0.76～1000μm范圍內(nèi)的電磁波。既然它是一種電磁波，因此它具有折射、反射、散射、干涉和吸收等性質(zhì)。紅外線氣體成分檢測主要是利用紅外線的吸收性質(zhì)。歸納起來具有以下特點：同種氣體對紅外線的吸收能力因紅外線的波長不同而不同。第12頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表單原子分子氣體和無極性的雙原子分子氣體不吸收紅外線，而具有異核分子的大多數(shù)氣體在某些特定的波長下對紅外線有強烈的吸收氣體吸收了紅外線輻射以后，溫度升高使壓力（體積）增加氣體對紅外線的吸收遵循朗伯—比爾定律，即

第13頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表檢測原理下面我們以CO2紅外線氣體成分檢測器的工作原理。它是雙光束測量系統(tǒng)，燈絲通電后發(fā)出兩束強度幾乎相等的紅外線，波長一般在3～10μm，燈絲一般采用鎳鉻合金絲。光路中裝有切光片，可連續(xù)遮段光源為了簡便起見，首先討論一下切光片不動，并且沒有遮斷光路的情況。一束紅外線經(jīng)過參比室，到達檢測器的左氣室；另一束經(jīng)過工作氣室，到達檢測第14頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表器的右氣室，檢測器中間用一張鋁箔和它旁邊的鋁合金柱體構(gòu)成一個電容器，其中鋁箔為動極，柱體作定極第15頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表但是由于樣氣中氣體濃度的變化而引起的檢測器氣室內(nèi)溫度或壓力的變化是極小的，鋁箔的位移只不過10－2μm，相應(yīng)的C變化顯然也是極小的，因此要直接正確地測量C地改變量是極為困難的。為此在紅外線氣體分析器上在光源后面加了一個切光片。使進入?yún)⒈葰馐液凸ぷ鳉馐业募t外線成為兩束同步的斷續(xù)紅外輻射，這種作用稱為調(diào)制第16頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表假設(shè)被測氣體中只有待測組分吸收特定波長的紅外線。如果其他組分也對紅外線有吸收，則情況就不一樣了背景氣體吸收的紅外光波長與待測氣體的不一樣第17頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表背景氣體吸收的紅外線波長與待測氣體有部分重疊第18頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表五、色譜儀前面的成分分析方法有一個共同的特點，只能自動連續(xù)地分析混合氣體中某一組分的含量，而色譜儀是一種能對混合物進行全面分析，能鑒定混合物是由哪些組分組成，并能測出各組分的含量。因此這種儀器得到廣泛的應(yīng)用。第19頁，共22頁。第六節(jié)氣體成分分析儀表檢測原理色譜分析方法是利用色譜柱將混合物各組分分離開來，然后按各組分從色譜柱出現(xiàn)的先后順序分別測量，根據(jù)各組分出現(xiàn)的時間及測量值的大小可確定混合物的組成以及各組分的濃度。固定相對某一組分的吸收能力越強，則流出柱口的時間越慢，如果在柱的出口處安裝一個檢測器，測出各組分的濃度，就可以得到一個色譜圖。