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常用气体分析仪的工作原理 分析仪工作原理

时间:2020-05-15    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

    在很多生产过程中,特别是在存在化学反应的生产过程中,仅仅根据温度、压力、流量等物理参数进行自动控制常常是不够的。例如,在合成氨生产中,仅控制合成塔的温度、压力、流量并不能保证最高的合成率,必须同时分析进气的化学成分,控制氢气和氮气的较佳比例,才能获得较高的生产率。又如在锅炉的燃烧控制中除需控制燃料与助燃空气的比例外,还必须在线分析烟道的化学成分,据此改变助燃空气的供给量,使炉子获得最高的热效率。此外,在排出有害气体的工厂中,也必须采用气体分析仪对有害气体进行连续监视,以防止危害工人健康或污染环境或引起爆炸等恶性事故。由于被分析气体的千差万别和分析原理的多种多样,气体分析仪的种类繁多。常用的有热导式气体分析仪、电化学式气体分析仪和红外线吸收式分析仪等。

    1、热导式气体分析仪

    一种物理类的气体分析仪表。它根据不同气体具有不同热传导能力的原理,通过测定混合气体导热系数来推算其中某些组分的含量。这种分析仪表简单可靠,适用的气体种类较多,是一种基本的分析仪表。但直接测量气体的导热系数比较困难,所以实际上常把气体导热系数的变化转换为电阻的变化,再用电桥来测定。热导式气体分析仪的热敏元件主要有半导体敏感元件和金属电阻丝两类。半导体敏感元件体积小、热惯性小,电阻温度系数大,所以灵敏度高,时间滞后小。在铂线圈上烧结珠形金属氧化物作为敏感元件,再在内电阻、发热量均相等的同样铂线圈上绕结对气体无反应的材料作为补偿用元件(图1)。这两种元件作为两臂构成电桥电路,即是测量回路。半导体金属氧化物敏感元件吸附被测气体时,电导率和热导率即发生变化,元件的散热状态也随之变化。元件温度变化使铂线圈的电阻变化,电桥遂有一不平衡电压输出,据此可检测气体的浓度。热导式气体分析仪的应用范围很广,除通常用来分析氢气、氨气、二氧化碳、二氧化硫和低浓度可燃性气体含量外,还可作为色谱分析仪中的检测器用以分析其他成分。

    2、红外线吸收式分析仪

    根据不同组分气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性而工作的分析仪表。测量这种吸收光谱可判别出气体的种类;测量吸收强度可确定被测气体的浓度。红外线分析仪的使用范围宽,不仅可分析气体成分,也可分析溶液成分,且灵敏度较高,反应迅速,能在线连续指示,也可组成调节系统。工业上常用的红外线气体分析仪的检测部分由两个并列的结构相同的光学系统组成。

    一个是测量室,一个是参比室。两室通过切光板以一定周期同时或交替开闭光路。在测量室中导入被测气体后,具有被测气体特有波长的光被吸收,从而使透过测量室这一光路而进入红外线接收气室的光通量减少。气体浓度越高,进入到红外线接收气室的光通量就越少;而透过参比室的光通量是一定的,进入到红外线接收气室的光通量也一定。因此,被测气体浓度越高,透过测量室和参比室的光通量差值就越大。这个光通量差值是以一定周期振动的振幅投射到红外线接收气室的。接收气室用几微米厚的金属薄膜分隔为两半部,室内封有浓度较大的被测组分气体,在吸收波长范围内能将射入的红外线全部吸收,从而使脉动的光通量变为温度的周期变化,再可根据气态方程使温度的变化转换为压力的变化,然后用电容式传感器来检测,经过放大处理后指示出被测气体浓度。除用电容式传感器外,也可用直接检测红外线的量子式红外线传感器,并采用红外干涉滤光片进行波长选择和配以可调激光器作光源,形成一种崭新的全固体式红外气体分析仪。这种分析仪只用一个光源、一个测量室、一个红外线传感器就能完成气体浓度的测量。此外,若采用装有多个不同波长的滤光盘,则能同时分别测定多组分气体中的各种气体的浓度。

    与红外线分析仪原理相似的还有紫外线分析仪、光电比色分析仪等,在工业上也用得较多。

    2、电化学式气体分析仪

    一种化学类的气体分析仪表。它根据化学反应所引起的离子量的变化或电流变化来测量气体成分。为了提高选择性,防止测量电极表面沾污和保持电解液性能,一般采用隔膜结构。常用的电化学式分析仪有定电位电解式和伽伐尼电池式两种。定电位电解式分析仪(图2)的工作原理是在电极上施加特定电位,被测气体在电极表面就产生电解作用,只要测量加在电极上的电位,即可确定被测气体特有的电解电位,从而使仪表具有选择识别被测气体的能力。伽伐尼电池式分析仪是将透过隔膜而扩散到电解液中的被测气体电解,测量所形成的电解电流,就能确定被测气体的浓度。通过选择不同的电极材料和电解液来改变电极表面的内部电压从而实现对具有不同电解电位的气体的选择性。

氧化锆分析仪的系统概述

  氧化锆氧量分析仪(又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表),主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度,同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池,也简称锆头)产生一个毫伏电势,这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。

  氧传感器的关键部件是氧化锆,在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度,在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。

  参比气体应为干燥清洁无油的空气(含氧20.60%)。在参比气侧与被测气体侧氧浓度不同时,氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池输出就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。

  氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪(又称变送器、变送单元、转换器、分析仪)以及它们之间的连接电缆等组成。

  传感器装置由不锈钢外壳、测量电池、加热器、热电偶、过滤元件以及电缆接线端子等组成。测量电池本体分为3层:铂(电极)─氧化锆(电解质)─铂(电极)。铂电极是多孔性的。烟道气体通过过滤器或校验气体通过传导管进入测量电池被测气体一侧,而另一侧为参比空气(含氧20.60%)。

  两种含氧浓度不同的气体作用在测量电池,便产生一个以对数为规律的电势(两侧的氧浓度差愈大,电势信号愈大)。毫伏信号经氧分析仪转换成4-20mA标准电流。此电流由氧分析仪接线端子输出。

  测量电池的工作温度设置为高于650℃-700℃的恒定温度,为了保持工作温度恒定,用一支K型热电偶测量电池的工作温度,经氧分析仪内的温度控制器调节加热器的加热电压。

  当测量烟气温度高于700℃时,传感器组成中省去加热器和测温热电偶。

  为了使测量电池的工作温度达到700℃,氧分析仪接受传感器中的K型热电偶输出的温度mV信号,与微处理器预置温度(毫伏)相比较,从而控制电池温度。氧分析仪采用环境温度作为热电偶冷端比较点。

  氧分析仪对氧传感器输入的氧mV信号进行放大,然后将放大的电压信号经过A/D转换器转换为数字信号。根据氧分析仪预先校准或者预置的氧传感器测量电池的特性曲线,微处理器将数字信号转变为相应的氧浓度值并显示在氧分析仪显示屏上,同时,将数字信号转变为线性标准模拟电流信号4-20mA输出。

  氧分析仪在运行中连续不断地进行系统自检,而通过电缆对传感器进行温度控制、过热保护和故障监督。若有故障出现,在分析仪仪显示屏上显示出故障。

标签: 氧化锆分析仪
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TOC分析仪的测定

    水中有机物的种类很多,目前还不能全部进行分离鉴定。

    常以总有机碳(TOC)表示。

    TOC是一个快速检定的综合指标,它以碳的数量表示水中含有机物的总量,通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。

    但由于它不能反映水中有机物的种类和组成,因而不能反映总量相同的总有机碳所造成的不同污染后果。

    总有机碳的测定采用燃烧法,能将有机物全部氧化,比BOD或COD更能反映有机物的总量。

    TOC分析仪测定的两种方法:

    直接测定法:

    将水样预先酸化,通入氮气曝气,驱除各种碳酸盐分解生成的二氧化碳后再注入仪器测定。

    曝气过程中由于挥发性有机物的损失会造成误差,故测定结果为不可吹出有机物的碳值。

    差减法:

    将同一等量水样分别注入高温炉(900 ℃ )和低温炉(150 ℃  ),则水样中的有机碳和无机碳均转化为二氧化碳,低温炉的石英管中有机物不能被分解氧化。

    将高、低温炉中测得的总碳(TC)和无机碳(TC)二者之差即为总有机碳(TOC)。

    总有机碳分析仪(TOC)采用高温燃烧法,将样品内不同形式的碳氧化为二氧化碳,zui后采用新型非色散红外检测器(NDIR)进行定量检测。

    广泛用于河流、湖泊、水库等环境水中有机污染物的分析与监测,工业废水、污水处理厂的水质管理,环保、高校、科研等领域的研究分析,化工、半导体工业、制药工业、超纯水系统、核电等领域的纯水及回收管理。

标签: TOC分析仪
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