第2章过程控制精选文档.ppt

第2章过程控制本讲稿第一页，共五十八页 物位测量仪表可分为下列几种类型。物位测量仪表可分为下列几种类型。1.静压式物位测量静压式物位测量 利用液体或物料对某定点产生的压力随液位高度而变利用液体或物料对某定点产生的压力随液位高度而变化的原理而工作。化的原理而工作。2浮力式物位测量浮力式物位测量 利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原理工利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原理工作。作。3.电气式物位测量电气式物位测量 利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，而得知物位。而得知物位。本讲稿第二页，共五十八页4.核辐射式物位测量核辐射式物位测量 利用核辐射线穿透物料时，核辐射线的透射强度随物利用核辐射线穿透物料时，核辐射线的透射强度随物质层的厚度而变化的原理进行测量。质层的厚度而变化的原理进行测量。5.声学式物位测量声学式物位测量 测量超声波在物质中传播时间的长短，据此可测测量超声波在物质中传播时间的长短，据此可测出物位。出物位。6.光学式物位测量光学式物位测量 利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反射的原理测量物位。射的原理测量物位。本讲稿第三页，共五十八页静压式液位变送器静压式液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器浮球液位变送器静压式液位变送器静压式液位变送器本讲稿第四页，共五十八页电容式物位变送器电容式物位变送器超声波物位变送器超声波物位变送器本讲稿第五页，共五十八页 p1=H g+p2 p=p1-p2=H g 式中：式中：H液位高度；液位高度；介质密度；介质密度；g重力加速度。重力加速度。p2p12.5.2差压式液位变送器差压式液位变送器 利用测量容器底部和顶部的压差测液位。利用测量容器底部和顶部的压差测液位。2.5.2.1 测量原理测量原理 设容器上部空间为干燥气体，其压力为设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下部取压，下部取压点压力为点压力为p1，则：，则：本讲稿第六页，共五十八页若若被被测测容容器器是是敞敞口口的的，则则气气相相压压力力为为大大气气压压，只只需需将将差差压压变变送送器器的的负负压压室室通通大大气气，或或用用压压力力变变送送器器、或或用用压压力力表表即即可可测测量量。因因为为压压力力变变送送器器和和压压力力表表都都是是测测量量与与大气压之差。大气压之差。本讲稿第七页，共五十八页2.5.2.2零点迁移零点迁移 理理想想测测量量条条件件下下，液液位位H=0时时，变变送送器器的的输输入入压压差差信信号号P=0，差差压压变变送送器器的的输输出出为为零零点点信信号号4mA。零零点点是是对对齐的：齐的：H0时，时，p=H g=0，I0=4mA 应用时，由于差压变送器应用时，由于差压变送器安装的实际情况限制，测量零安装的实际情况限制，测量零点很难对齐，需要对差压变送点很难对齐，需要对差压变送器的零点进行迁移。器的零点进行迁移。本讲稿第八页，共五十八页p=p1-p2 =(h1 2g+H 1g+p0)(h2 2g+p0)=H 1g-(h2-h1)2g1、负迁移、负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：当当 H=0时，时，p=-(h2-h1)2g 此时，变送器应输出此时，变送器应输出4mA以下，但变送器的输出以下，但变送器的输出只能是只能是420mA 本讲稿第九页，共五十八页v 零点迁移的方法是，另加零点迁移的方法是，另加(h2-h1)2g 信号，信号，抵消抵消(h2-h1)2g的影响。使：的影响。使：H=0 时，时，p=0Hp0I/mAp420I/mAp420Hp0迁移前迁移前迁移后迁移后本讲稿第十页，共五十八页2、正迁移、正迁移 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面上。有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面上。如图所示，有：如图所示，有：P=Hg hg H=0 时，时，P=hgHp0I/mAp420本讲稿第十一页，共五十八页迁移的目的：迁移的目的：使变送器输出的起点与被测量起点相对应。使变送器输出的起点与被测量起点相对应。迁移同时改变了测量范围的上下限，相当于测量范迁移同时改变了测量范围的上下限，相当于测量范围向正方向或负方向的平移。围向正方向或负方向的平移。此时需要迁移此时需要迁移hgHp0Hp0本讲稿第十二页，共五十八页 例如，某差压变送器的测量范围为例如，某差压变送器的测量范围为050MPa，对应输出，对应输出从从4mA变化到变化到20mA，这是无迁移的情况，如图，这是无迁移的情况，如图2.57中曲中曲线线a所示。若因安装的原因：所示。若因安装的原因：H=0时，时，P=10 MPa，则需负迁移。则需负迁移。H=0时，时，P=10 MPa，则需正迁移。则需正迁移。无迁移负迁移正迁移-1050cab2040I0/mAP/MPa-10本讲稿第十三页，共五十八页2.5.2.3用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位 在在测测量量含含有有结结晶晶颗颗粒粒、有有腐腐蚀蚀性性、粘粘度度大大、易易凝凝固固等等液液体体液液位位时时，引引压压管管线线可可能能被被腐腐蚀蚀、被被堵堵塞塞。可可使使用用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。加隔离膜盒的法兰式差压变送器。插入式法兰插入式法兰平法兰平法兰本讲稿第十四页，共五十八页2.5.3电容式物位变送器电容式物位变送器 利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位。可测量液位、料位和两种不相应变化的原理测物位。可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。同液体的分界面。测量原理测量原理圆柱形电容器的电容量为圆柱形电容器的电容量为LDd为介电系数为介电系数本讲稿第十五页，共五十八页H=0时：时：H0时：时：C=dD2HlndD2(L-H)0lndD2H(-0)C=C C0ln=设空气的介电系数为设空气的介电系数为0，被测物料的介电系数为被测物料的介电系数为dD2L0C0ln=kHLDd0H 电容的变化量电容的变化量与液位成正比。与液位成正比。本讲稿第十六页，共五十八页02.5.3.1液位的检测液位的检测 对非导电介质液位的测量，用双电极式。对导电介质对非导电介质液位的测量，用双电极式。对导电介质液位测量，金属容器的外壁即是电容的外电极。液位测量，金属容器的外壁即是电容的外电极。2.5.3.2料位的检测料位的检测 和导电介质液位测量一样，用单电极式。和导电介质液位测量一样，用单电极式。本讲稿第十七页，共五十八页 测测量量电电容容量量可可用用交交流流电电桥桥，也也可可用用其其他他方方法法测测定定。例如充放电法。例如充放电法。如如图图所所示示，用用振振荡荡器器给给液液位位电电容容Cx加加上上幅幅度度和和频频率率恒恒定定的的矩矩形形波波。若若矩矩形形波波的的周周期期T远远大大于于充充放放电电回回路路的的时时间间常常数数，则则每每个个周周期期都都有有电电荷荷 Q=CxE对对Cx 充充放放电电，二二极极管管将将充充电电和和放放电电电电流流检检波波，可可用用微微安安表表测测得得平平均均电电流。流。本讲稿第十八页，共五十八页 可可见见，充充电电(或或放放电电)的的平平均均电电流流与与液液位位电电容容成成正正比比，微微安安表表的的读读数数可可反反映映液液面的高低。面的高低。流过微安表的平均电流为：流过微安表的平均电流为：式中，式中，E矩形波电压幅度，矩形波电压幅度，f 矩形波频率矩形波频率本讲稿第十九页，共五十八页2.5.4 超声波液位计超声波液位计利利用用超超声声波波在在液液体体中中传传播播有有较较好好的的方方向向性性，且且传传播播过过程程中中能能量量损损失失较较少少，遇遇到到分分界界面面时时能能反反射射的的特特性性，可可用用回回声声测测距距的的原原理理，测测定定超超声声波波发发射射后后遇遇液液面面反反射射回回来来的时间，以确定液面的高度。的时间，以确定液面的高度。若若速速度度v为为已已知知常常数数，便便可可测测时时间间 t 算出液面高度算出液面高度H。v超声波在液体中超声波在液体中的传播速度的传播速度本讲稿第二十页，共五十八页 若测料位，则超声波若测料位，则超声波物位计安装在容器顶部。物位计安装在容器顶部。本讲稿第二十一页，共五十八页2.6 成分检测及仪表成分检测及仪表 所谓成分，是指在多种物质的混合物中某一种物所谓成分，是指在多种物质的混合物中某一种物质所占的比例。质所占的比例。在生产中经常需要在线实时检测物料的成分。在生产中经常需要在线实时检测物料的成分。例如在锅炉燃烧控制中，必须根据烟道气的含氧量变例如在锅炉燃烧控制中，必须根据烟道气的含氧量变化，随时调节助燃空气的供给量，以获得最高的热效化，随时调节助燃空气的供给量，以获得最高的热效率。率。成分检测项目繁杂，此处只介绍几种在过程控制成分检测项目繁杂，此处只介绍几种在过程控制中常用的成分检测仪表。中常用的成分检测仪表。本讲稿第二十二页，共五十八页2.6.12.6.1氧化锆氧量计氧化锆氧量计氧化锆氧量计氧化锆氧量计 氧化锆氧量计广泛用于锅炉和窑炉的烟气含氧氧化锆氧量计广泛用于锅炉和窑炉的烟气含氧氧化锆氧量计广泛用于锅炉和窑炉的烟气含氧氧化锆氧量计广泛用于锅炉和窑炉的烟气含氧量量量量测量，以控制燃烧效率。测量，以控制燃烧效率。测量，以控制燃烧效率。测量，以控制燃烧效率。2.6.1.12.6.1.1工作原理工作原理工作原理工作原理 2 P2 空空 气气 1 P1 烟烟 气气铂电极铂电极 ZrO2O2-O2-O2-O2-O2-EE 在固态电解质氧化锆在固态电解质氧化锆（ZrO2）中掺入一定比例的氧）中掺入一定比例的氧化钙（化钙（CaO）或氧化钇）或氧化钇（Y2O3）时，四价锆的电子）时，四价锆的电子被二价钙或三价钇所置换，被二价钙或三价钇所置换，形成氧离子空穴。在氧化锆形成氧离子空穴。在氧化锆两侧各烧结一层多孔的铂电两侧各烧结一层多孔的铂电极，就构成氧浓差电池。极，就构成氧浓差电池。本讲稿第二十三页，共五十八页 氧化锆测氧原理可归结为氧化锆测氧原理可归结为“氧浓差电池氧浓差电池”的形成过程。的形成过程。氧化锆外侧为被测烟气，氧含量约为氧化锆外侧为被测烟气，氧含量约为46，其氧分压为，其氧分压为P1，氧浓度为，氧浓度为1；内侧为参比气体，如空气，氧含量；内侧为参比气体，如空气，氧含量20.8，其氧分压为其氧分压为P2，氧浓度为，氧浓度为2。E 2 P2 空空 气气 1 P1 烟烟 气气O2-O2-O2-O2-O2-当温度达当温度达600以上时，空以上时，空穴型氧化锆就成为良好的氧穴型氧化锆就成为良好的氧离子导体。氧气能够以离子离子导体。氧气能够以离子形式从浓度高的一侧向浓度形式从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散。低的一侧扩散。本讲稿第二十四页，共五十八页 氧分子从铂电极处得到电子成为氧离子进入氧化氧分子从铂电极处得到电子成为氧离子进入氧化锆空穴，高氧侧铂电极失去电子而带正电。锆空穴，高氧侧铂电极失去电子而带正电。O2+4e2O2-还原反应还原反应 当氧离子通过氧化锆到达当氧离子通过氧化锆到达低氧侧时，氧离子将电子还给低氧侧时，氧离子将电子还给铂电极变成氧分子进入烟气，铂电极变成氧分子进入烟气，低氧侧铂电极因得到电子而带低氧侧铂电极因得到电子而带负电。负电。2O2-O2+4e 氧化反应氧化反应 2 P2 空空 气气 1 P1 烟烟 气气O2-O2-O2-O2-O2-E本讲稿第二十五页，共五十八页式中：式中：R 气体常数；气体常数；F 法拉弟常数；法拉弟常数；n 一个氧分子携带电子数（一个氧分子携带电子数（n4）；）；T 气体绝对温度；气体绝对温度；P1、P2 被测气体与参比气体的氧分压。被测气体与参比气体的氧分压。根据根据Nernst方程，氧浓差电势方程，氧浓差电势E可以表示为：可以表示为：2 P2 空空 气气 1 P1 烟烟 气气O2-O2-O2-O2-O2-E本讲稿第二十六页，共五十八页 由于在混合气体中，某气体组的分压力和总压力由于在混合气体中，某气体组的分压力和总压力之比与容积成分（即浓度）成正比，之比与容积成分（即浓度）成正比，有：有：代入代入Nernst方程，氧浓差方程，氧浓差电势电势E为为 2 P2 空空 气气 1 P1 烟烟 气气O2-O2-O2-O2-O2-E可见，氧浓差电势是烟气含氧量可见，氧浓差电势是烟气含氧量1的单值函数。的单值函数。本讲稿第二十七页，共五十八页 1、温度、温度T恒定在恒定在600以上。为此，可在氧化锆探头内安以上。为此，可在氧化锆探头内安装加热器。装加热器。2、空气的氧含量恒定。为此，探头空气口可安装、空气的氧含量恒定。为此，探头空气口可安装 空气空气泵，以保证探头内空气新鲜，含量等于泵，以保证探头内空气新鲜，含量等于20.8 3、参比气体与被测气体压力相等，才能用浓度来代、参比气体与被测气体压力相等，才能用浓度来代替氧分压。替氧分压。此外，此外，E与与1呈非线性关系，必须经线性化电路处理。呈非线性关系，必须经线性化电路处理。关系稳定的必要条件是：关系稳定的必要条件是：本讲稿第二十八页，共五十八页 2.6.1.2 传感器结构传感器结构1、抽吸定温式、抽吸定温式 氧化锆探头带有加热装置和测氧化锆探头带有加热装置和测温元件。将被测气体加热到定值温元件。将被测气体加热到定值温度，以便准确测量。温度，以便准确测量。烟气烟气本讲稿第二十九页，共五十八页2、直插补偿式、直插补偿式 如果被测气体温度达如果被测气体温度达 560以上，则氧化锆探头不设以上，则氧化锆探头不设加热装置，直接安装在烟道内。但要装测温元件，测被测气加热装置，直接安装在烟道内。但要装测温元件，测被测气体温度，以便在后级电路中对温度变化进行补偿。体温度，以便在后级电路中对温度变化进行补偿。本讲稿第三十页，共五十八页2.6.2 2.6.2 气相色谱分析仪气相色谱分析仪色色谱谱分分析析法法是是近近年年来来获获得得迅迅速速发发展展的的一一种种分分离离分分析析技技术术，其其特特点点是是分分离离能能力力强强，分分析析灵灵敏敏度度高高、速度快和样品用量少。速度快和样品用量少。例例如如分分析析石石油油产产品品时时，一一次次可可分分离离分分析析一一百百多多种种组组分分；在在分分析析超超纯纯气气体体时时，可可鉴鉴定定出出1ppm（ppm为为浓浓度度单单位位，表表示示百百万万分分之之），甚甚至至01ppb（ppb表表示示十十亿亿分分之之一一）的的组组分分；因因此此，目目前前被被广广泛泛应应用用于于石石油油、化化工工、电电力、医药、食品等生产及科研中。力、医药、食品等生产及科研中。本讲稿第三十一页，共五十八页植物色素植物色素+石油醚石油醚石油醚石油醚色谱分析法得名于色谱分析法得名于1906年年把溶有植物色素的石油醚把溶有植物色素的石油醚倒入装有倒入装有碳酸钙吸附剂竖直玻璃管中碳酸钙吸附剂竖直玻璃管中再倒入纯的石油醚帮助它自由流下再倒入纯的石油醚帮助它自由流下 看到分离开的一层层不同颜色的谱带看到分离开的一层层不同颜色的谱带碳酸钙对不同的植物色素吸附能力不同固定相移动相碳碳酸酸钙钙吸吸附附剂剂2.6.2.12.6.2.1色谱分析原理色谱分析原理本讲稿第三十二页，共五十八页这这种种分分离离分分析析方方法法被被称称为为色色层层分分析析法法或或色色谱谱分分析析法法。凡凡移移动动相相是是液液态态的的称称为为液液相相色色谱谱，移移动动相相是是气气态态的的称称为气相色谱。为气相色谱。随随着着检检测测技技术术的的发发展展，色色谱谱分分析析法法被被扩扩展展到到无无色色物物质质的的分分离离，分分离离后后各各组组分分的的检检测测也也不不再再限限于于用用肉肉眼眼观观察察颜颜色色，所所以以“色色谱谱”这这个个名名字字渐渐渐渐失失去去了了它它原原来来的的含含义义。因因为为分分离离方方法法仍仍是是原原来来的的原原理理，所所以以至至今今仍仍使使用用这个历史名称。这个历史名称。实实用用的的气气相相色色谱谱仪仪由由色色谱谱柱柱、检检测测器器及及载载气气、采采样样等辅助装置组成。等辅助装置组成。本讲稿第三十三页，共五十八页色谱柱色谱柱 一一般般的的色色谱谱柱柱，是是在在直直径径约约36mm、长长约约14m的的玻玻璃璃或或金金属属细细管管中中，填填装装固固体体吸吸附附剂剂颗颗粒粒构构成成。称称为为固固定定相相。常常用用的的固固体体吸吸附附剂剂有有氧氧化化铝铝、硅硅胶胶、活活性性炭、分子筛等。炭、分子筛等。用氢、氮、空气等作用氢、氮、空气等作“载气载气”，运载被分析样，运载被分析样气通过固定相。载气和被气通过固定相。载气和被分析样气称为移动相。分析样气称为移动相。本讲稿第三十四页，共五十八页分离过程分离过程 设样气中有设样气中有A、B、C三种不同的成分。三种不同的成分。从从色色谱谱柱柱分分离离原原理理可可知知，被被分分析析的的样样气气应应当当是是脉脉冲冲式式输输入入，在在载载气气的的推推动动下下通通过过色色谱谱柱柱。在在流流动动的的过过程程中中，吸吸附附性性小小的的成成分分前前进进速速度度快快，C、B、A各各组组分分依依次次从从色色谱谱柱柱流出。流出。本讲稿第三十五页，共五十八页 样气中样气中A、B、C三种不同的成分，经色谱柱分离后，三种不同的成分，经色谱柱分离后，依次进入检测器。检测器输出随时间变化的曲线称为依次进入检测器。检测器输出随时间变化的曲线称为色谱流出曲线或色谱图，色谱流出曲线或色谱图，色谱图上色谱图上三个峰的面积三个峰的面积（或高度）分（或高度）分别代表相应组别代表相应组分在样品中的分在样品中的浓度大小。浓度大小。本讲稿第三十六页，共五十八页2.6.2.2 2.6.2.2 检测器检测器 检检测测器器的的作作用用是是将将由由色色谱谱柱柱分分离离开开的的各各组组分分进进行行定定量量的的测测定定。从从理理论论上上说说，各各组组分分与与载载气气的的任任何何物物理理或或化化学学性性质质的的差差别别都都可可作作为为检检测测的的依依据据。但但使使用用最最多多的的是是热热导式检测器和氢火焰电离检测器。导式检测器和氢火焰电离检测器。热导式检测器热导式检测器氢火焰电离检测器氢火焰电离检测器本讲稿第三十七页，共五十八页如如下下表表列列出出在在0时时，以以空空气气导导热热系系数数为为基基准准的的一些气体的相对导热系数值。一些气体的相对导热系数值。q例：热导式检测器的工作原理例：热导式检测器的工作原理热热导导式式检检测测器器就就是是一一台台气气体体分分析析仪仪。根根据据不不同同种种类类的的气气体体具具有有不不同同的的热热传传导导能能力力的的特特性性，通通过过导导热热能能力力的差异来分析气体的组分和含量。的差异来分析气体的组分和含量。本讲稿第三十八页，共五十八页 热导式检测器主要由热导池和检测电桥构成。热导式检测器主要由热导池和检测电桥构成。热导池是用铜块或不锈钢做成的均匀导热体。内设热导池是用铜块或不锈钢做成的均匀导热体。内设测量室和参比室，四根铂丝被置于其中，测量室和参比室，四根铂丝被置于其中，R1、R3装在测装在测量室中，量室中，R2、R4装在参比室中构成电桥。装在参比室中构成电桥。热电阻通电后发热电阻通电后发热，其散热快慢取决热，其散热快慢取决于周围气体的导热能于周围气体的导热能力，而气体的导热能力，而气体的导热能力取决于气体的组分。力取决于气体的组分。纯载气纯载气样气样气本讲稿第三十九页，共五十八页纯载气纯载气样气样气 电阻丝产生的热量只能通过周围气体传至热导池四电阻丝产生的热量只能通过周围气体传至热导池四壁，再通过铜块向外传导。铜块很厚，导热能力很均匀，壁，再通过铜块向外传导。铜块很厚，导热能力很均匀，测量室和参比室的温度差异只能是由被测气体和参比气测量室和参比室的温度差异只能是由被测气体和参比气体的导热系数不同造成。体的导热系数不同造成。测量室通入测量室通入从色谱柱来的由从色谱柱来的由载气推动着的样载气推动着的样气，参比室内通气，参比室内通入纯载气。入纯载气。本讲稿第四十页，共五十八页当色谱柱出来的载气不含样气分离组分时，两个测量室当色谱柱出来的载气不含样气分离组分时，两个测量室内的气体都是载气，四个热电阻的散热条件相同，温度也相内的气体都是载气，四个热电阻的散热条件相同，温度也相同，则电阻值也相同。同，则电阻值也相同。当色谱柱出来的载气中含有样气分离组分时，流过当色谱柱出来的载气中含有样气分离组分时，流过测量室的气体的导热系数发生变化，测量室的气体的导热系数发生变化，纯载气纯载气样气样气 热电阻热电阻R1、R3和的和的R2、R4散热散热条件不同，温度也条件不同，温度也不同，则电阻值也不同，则电阻值也不同。不同。本讲稿第四十一页，共五十八页 检测器测量电路由热电阻检测器测量电路由热电阻R1、R3和和R2、R4构成电桥。调构成电桥。调节节RS使电桥的供电电流达到要求值。当色谱柱出来的载气使电桥的供电电流达到要求值。当色谱柱出来的载气不含样气分离组分时，调节不含样气分离组分时，调节R0使电桥处于平衡状态。使电桥处于平衡状态。V0=0 当色谱柱出来的载气中含有样气分离组分时，电桥失当色谱柱出来的载气中含有样气分离组分时，电桥失去平衡。去平衡。V0 0 载气中分离组分浓度越载气中分离组分浓度越大，电桥输出信号就越大，大，电桥输出信号就越大，经放大、记录下的色谱峰经放大、记录下的色谱峰值就越高。值就越高。本讲稿第四十二页，共五十八页2.6.2.3 2.6.2.3 载气及进样装置载气及进样装置 从从色色谱谱柱柱的的分分离离原原理理可可知知，被被分分析析的的样样气气应应该该是是脉脉冲冲式式的的定定量量输输入入。进进一一次次样样气气，分分析析一一次次。进进样样时时间间周周期期应应足足够够长长，以以保保证证各各组组分分从从色色谱谱柱柱流流出出时时不不重重叠。叠。本讲稿第四十三页，共五十八页六六通通切切换换阀阀有有“取取样样”和和“分分析析”两两种种位位置置，受受定定时时装装置置控控制制。当当阀阀处处于于“取取样样”位位置置时时，阀阀内内气气路路按按红红线线接接通通。样样气气与与载载气气的的通通路路分分别别为为：样样气气经经预预处处理理装装置置连连续续通通过过取取样样管管，随随时时准准备备被被取取出出分分析析；载载气气经经减减压压稳稳流流后后，经经参比室通入色谱柱，再经测量室放空。参比室通入色谱柱，再经测量室放空。这这时时，参参比比室室和和测测量量室室都都是是载载 气气，检检测测器器输输出出信信号号为零。为零。本讲稿第四十四页，共五十八页 当当六六通通切切换换阀阀转转到到“分分析析”位位置置，阀阀内内蓝蓝线线气气路路导导通通。载载气气推推动动留留在在定定量量取取样样管管中中的的样样气气进进入入色色谱谱柱柱，经经分分离离后后，各各组组分分在在载载气气的的携携带带下下先先后后通通过过检检测测器器的的测测量量室室。检检测测器器根根据据测测量量室室与与参参比比室室中中气气体体导导热热系系数数的差别，产生输出色谱图。的差别，产生输出色谱图。本讲稿第四十五页，共五十八页本讲稿第四十六页，共五十八页本讲稿第四十七页，共五十八页 2.6.3 红外线气体分析仪红外线气体分析仪根根据据不不同同的的组组分分对对不不同同波波长长的的红红外外线线具具有有选选择择性性吸吸收收的的特特征征制制成成。可可测测量量CO、CO2、NH3、甲甲烷烷、乙乙炔炔、乙乙醇、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等的含量。醇、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等的含量。使使用用范范围围宽宽，不不仅仅可可以以分分析析气气体体，也也可可分分析析溶溶液液，且且灵敏度较高，反应迅速，有着广泛的应用。灵敏度较高，反应迅速，有着广泛的应用。2.6.3.1 工作原理工作原理红红外外线线是是指指波波长长为为0.84 400m之之间间的的不不可可见见电电磁磁波波，在在工工业业红红外外线线分分析析仪仪中中，使使用用的的红红外外线线波波长长一一般般在在125m之间。之间。可见光可见光紫外线紫外线红外线红外线本讲稿第四十八页，共五十八页 实实验验证证明明，除除氦氦、氖氖、氩氩等等单单原原子子惰惰性性气气体体及及氢氢、氧氧、氮氮、氯氯等等具具有有对对称称结结构构的的双双原原子子气气体体外外，大大部部分分多多原原子子气气体体如如CO、CO2、CH4（甲甲烷烷）等等，对对125m波波长长范范围围的的红红外外线线都都有有强强烈烈的的选选择择性性吸吸收收的的特特性性。如如图图，CO对对波波长长为为4.55m的的红红外外线线具具有强烈的吸收作用。有强烈的吸收作用。CH4本讲稿第四十九页，共五十八页根根据据朗朗伯伯-贝贝尔尔定定律律，当当光光通通过过吸吸收收介介质质时时，其其强度随介质的浓度和厚度按指数规律衰减。强度随介质的浓度和厚度按指数规律衰减。式中：式中：I0 射入时的光强；射入时的光强；I 透出时的光强；透出时的光强；l 介质厚度；介质厚度；c 吸收介质的浓度；吸收介质的浓度；吸收系数吸收系数 红红外外线线气气体体分分析析仪仪就就是是根根据据这这一一定定律律，测测某某波波长长红红外外线线的的透透射射强强度度。从从波波长长光光强强被被吸吸收收的的程程度度，推推知知该该组组分分在在混合气中的浓度。混合气中的浓度。本讲稿第五十页，共五十八页2.6.3.2 2.6.3.2 仪表结构仪表结构用用强强度度恒恒定定的的红红外外线线照照射射厚厚度度确确定定的的混混合合气气体体薄薄层，测量透射出来的某波长红外线的强度。层，测量透射出来的某波长红外线的强度。用用碳碳化化硅硅白白炽炽灯灯作作为为光光源源产产生生红红外外线线，经经反反光光镜反射成两束平行光线。镜反射成两束平行光线。本讲稿第五十一页，共五十八页 用电机带动切光片（开有对称孔的铝片），将用电机带动切光片（开有对称孔的铝片），将两束红外线调制成几赫兹的矩形波。两束红外线调制成几赫兹的矩形波。如果混合气体中有和被测组分的吸收峰相重叠的干如果混合气体中有和被测组分的吸收峰相重叠的干扰组分，就在干扰滤光室里面充以高浓度的干扰气体，使扰组分，就在干扰滤光室里面充以高浓度的干扰气体，使混合气体中干扰组分可能吸收的辐射能在这里全部被吸收混合气体中干扰组分可能吸收的辐射能在这里全部被吸收掉。掉。本讲稿第五十二页，共五十八页 测量气室连续通过被测混合气体。参比气室内密封着测量气室连续通过被测混合气体。参比气室内密封着氮、氩等对红外线完全不吸收的气体。氮、氩等对红外线完全不吸收的气体。薄膜电容接收器是在两个接收气室之间设置一薄膜弹薄膜电容接收器是在两个接收气室之间设置一薄膜弹片和固定极板构成的电容。两个接收气室分别接受由测量气室片和固定极板构成的电容。两个接收气室分别接受由测量气室和参比气室透出的红外线。和参比气室透出的红外线。本讲稿第五十三页，共五十八页 接接收收气气室室内内封封有有浓浓度度较较大大的的待待测测组组分分气气体体，它它能能将将射射入入的的符符合合其其吸吸收收波波长长的的红红外外线线幅幅射射能能全全部部吸吸收收，变变为为接接收收气气室室内的气体温度变化和压力变化。内的气体温度变化和压力变化。当当测测量量气气室室中中无无待待测测组组分分时时，调调整整两两束束光光的的强强度度，使使其其达达到到上上下下接接收收室室的的光光强强相相等等，此此时时两两边边气气体体压压力力相相等等，薄薄膜膜片不变形，电容量不改变，接收器无输出。片不变形，电容量不改变，接收器无输出。本讲稿第五十四页，共五十八页当当测测量量气气室室中中有有待待测测组组分分时时，上上接接收收气气室室就就吸吸收收到到能能量量，温温度度升升高高、压压力力增增大大。两两个个接接收收气气室室间间出出现现压压力力差差，推推动动中中心心薄薄膜膜片片变变形形，改改变变了了与与另另一一固固定定极极板板间间的的距距离离，即即改改变变了了电电容容量量。测测定定此此电电容容量量的的变变化化幅幅度度，便便可可知知样样气气中中待待测测组组分分的浓度。的浓度。本讲稿第五十五页，共五十八页本讲稿第五十六页，共五十八页小结小结差压式液位计差压式液位计电容式物位计电容式物位计超声波物位计超声波物位计物位检测物位检测氧化锆氧量计氧化锆氧量计气相色谱分析仪气相色谱分析仪红外线气体分析仪红外线气体分析仪成分检测成分检测本讲稿第五十七页，共五十八页本章总结本章总结 温度温度检测仪表检测仪表液位液位检测仪表检测仪表成分成分分析仪表分析仪表检测仪表检测仪表压力压力检测仪表检测仪表流量流量检测仪表检测仪表本讲稿第五十八页，共五十八页