成分分析仪表优秀PPT.ppt
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1、成分分析仪表你现在浏览的是第一页,共70页成分检测的目的:成分:是指混合气体或液体中的各个组分。确定某一或全部组分在混合气体或液体中所占的百分含量。成分分析方法及分析系统的构成成分分析方法及分析系统的构成以烟气分析为例1)定量分析烟气成分中所含可燃性气体的量,如CO、H2、CH 4,从而确定燃烧产物中化学不完全燃烧热损失;2)定量分析烟气成分中所包含O2、CO2、N2等量,计算过量空气系数,确定燃烧设备热效率;3)定量分析烟气成分中所含有害气体,如SO2、NOx等量,从而采取措施,预防对设备的腐蚀和对大气的污染。你现在浏览的是第二页,共70页家庭用煤气报警器你现在浏览的是第三页,共70页家庭用
2、液化气报警器你现在浏览的是第四页,共70页一氧化碳传感器你现在浏览的是第五页,共70页汽车尾气分析你现在浏览的是第六页,共70页酒精测试仪呼气管你现在浏览的是第七页,共70页甲烷传感器你现在浏览的是第八页,共70页成分分析方法的分类按测量原理,成分分析仪表可以分为:按测量原理,成分分析仪表可以分为:成分分析方法的两种类型:(1)定期取样 (2)自动分析仪表(连续测定 被测物质的含量或性质)化学式:工业酸度计 物理式:如热导式、热磁式 物理化学式:氧化锆氧量计、色谱仪光学式:红外、紫外等吸收光式光学分析仪你现在浏览的是第九页,共70页 工业用成分分析仪表工业用成分分析仪表 1 1、热导式气体分析
3、仪、热导式气体分析仪-最早的物理式气体分析仪器最早的物理式气体分析仪器气体分析仪,是测量混合气体中某一种气体浓度的仪表。你现在浏览的是第十一页,共70页某些气体在0时导热系数()和相对导热系数()气体00时对空时对空气导热系数气导热系数00时导热时导热系数系数氢气0.1741 7.130一氧化碳0.02350.964甲烷0.03221.318一氧化氮0.02190.897氧气0.02471.013氨气0.01500.614空气0.02441二氧化碳0.01610.658气体0时导热系数00时对空气时对空气导热系数导热系数氮气0.02440.998二氧化硫0.00840.344你现在浏览的是第十
4、二页,共70页混合气体中各组分的体积百分含量。混合气体中各组分的热导率,混合气体热导率:其中若被测组分的热导率为,其余组分为背景组分,热导率近似为(差别大时需要在预处理时去掉),则即有:为已知,为测定的总的热导率。你现在浏览的是第十三页,共70页Attention:1)混合气体中除待测组分外,其余各组分的应相同或相近,否则要进行预处理;2)待测组分的与其余各组分的要有明显差别,差别越大,灵敏度越高;3)同一种气体在不同温度下,其是变化的,随温度的升高而增大。所以需要保持恒定的温度。气体00时对空时对空气导热系数气导热系数00时导热时导热系数系数氢气0.1741 7.130一氧化碳0.02350
5、.964甲烷0.03221.318一氧化氮0.02190.897氧气0.02471.013氨气0.01500.614空气0.02441二氧化碳0.01610.658气体0时导热系数00时对空气时对空气导热系数导热系数氮气0.02440.998二氧化硫0.00840.344你现在浏览的是第十四页,共70页解:大致步骤如下:(1)将混合气体分成CO2和由N2、CO、SO2、H2、O2组成的背景气体两部分。(2)混合气体中间SO2和H2的热导率与其他三个气体的热导率相差很大,需要进行 预处理,将SO2和H2除去。(3)经过预处理后的背景气体由N2、CO、O2组成,平均热导率为 2=(0.998+0.
6、964+1.015)/3=0.992 (4)测定由CO2、N2、CO、O2构成的混合气体的总的热导率,再由公式可以得到CO2的体积百分含量。(其中1=0.614,2=0.992,是测定的。)例:已知烟道气体的组分有CO2、N2、CO、SO2、H2、O2。其各自的相对热导率依次为:0.614、0.998、0.964、0.344、7.130,1.015。试分析该混合气体中CO2的体积百分含量,给出分析步骤和体积百分含量的表达式。你现在浏览的是第十五页,共70页热导检测器的结构 池体:一般用不锈钢制成。热敏元件:电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂:仅允许纯载气通过,通常连接在进
7、样装置之前。测量臂:需要携带被分离组分的载气流过,则连接在紧靠近分离柱出口处。你现在浏览的是第十六页,共70页 钨丝通电,加热与散热达到平衡后,两臂电阻值:R参=R测 ;R1=R2 则:R参R2=R测R1 无电压信号输出;记录仪走直线(基线)。进样后,载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气,使测量臂的温度改变,引起电阻的变化,测量臂和参考臂的电阻值不等,产生电阻差,R参R测 则:R参R2R测R1这时电桥失去平衡,a、b两端存在着电位差,有电压信号输出。信号与组分浓度相关。检测原理平衡电桥,右图。不同的气体有不同的热导系数。你现在浏览的是第十七页,共70页RD型热导式气体分析器型
8、热导式气体分析器 RD型热导式气体分析仪品种和规格比较多,结构简单,使用维护方便,被广泛地用来分析混合气体中的H2、Ar,SO2,NH3等气体,实现对工艺过程的监控。RD-004型氢气分析仪表在化肥厂通常用来分析合成氨生产过程中氢气的含量。你现在浏览的是第十八页,共70页取样及预处理系统你现在浏览的是第十九页,共70页2.2.红外式气体分析仪红外式气体分析仪光学式气体分析仪器光学式气体分析仪器红外线是什么?N2,O2,Cl2,H2及各种惰性气体如He,Ne,Ar等,不吸收1 25 um的红外波,所以红外线分析仪不能分析这类气体。用125 um的一段光谱。红外线分类:红外线为什么能够进行成分分析
9、?红外线能够对所有气体都进行成分分析吗?一种电磁波,波长介于可见光和无线电波之间。你现在浏览的是第二十页,共70页图1 1 气体气体对红外吸收示意外吸收示意图 气体对红外辐射的吸收程度可用比耳朗伯定律来表示:EE0e-KCl(1)E0:入射光能量 E:透过光能量 K:气体吸收系数 C:气体摩尔浓度或质量/体积浓度 l:气体层厚度 你现在浏览的是第二十二页,共70页光束通过气体层后被吸收的能量E则为 EE0-EE0(1-e-KCl)(2)当KCl的数值很小时 E-KCl1-KCl E E0-EE0(1-e-KCl)E0 1-(1-KCl)E0KCl(3)上式表明,气体浓度较小时,红外光吸收的能量
10、E将与气体浓度有对应的线性关系(图2)。图2 2 吸收能量与气体吸收能量与气体浓度的关系度的关系当直接或间接测得E时,便可知气体浓度C,这就是红外气体分析仪的理论基础之一。你现在浏览的是第二十三页,共70页红外线的另一特点是它的热效应,即它对热能的辐射能力很强,一个炽热物体向外辐射能量,大部分是通过红外线辐射出来的。与此相对应,当红外线作用于物质时,红外线的辐射能被物质所吸收,并转换成其他形式的能量,气体在吸收红外线的辐射能后就使气体温度升高。利用这种转换关系,就可以确定物质吸收红外线辐射能的多少,从而可以确定物质的含量。这是红外线进行成分分析的基础之二。你现在浏览的是第二十四页,共70页红外
11、线气体分析仪结构原理图 红外线气体分析仪红外线气体分析仪主要由光源、切光片、滤波室、测量室、参比室、检测室、微机系统 等组成1-光源;2-切光片;3-同步电机;4-测量气室;5-参比气室;6-滤光气室;7-检测气室;8-前置放大器;9-主放大器;10-记录器你现在浏览的是第二十五页,共70页1.1.红外线辐射源红外线辐射源光源要求:辐射的光谱成分要稳定;辐射的能量大部分集中在待测气体特征吸收波段;辐射光最好能平行于气室中心入射;光源寿命长,热稳定性好,抗氧化性好,金属蒸发物要少;光源灯丝在加热过程中不能释放有害气体。典型的红外线辐射源是由镍铬合金或钨丝绕制成的螺旋丝,用低电压源加热,温度升至6
12、00800之间发出暗红色光,发射出0.77m的连续波长的红外光。你现在浏览的是第二十六页,共70页2.2.切光片切光片切光片是一块90度角的双扇形黑色薄板,它以每秒3.24周的速度转动,在每一周期中,它对光源的两束光同时地打开两次,切断(遮住)两次。你现在浏览的是第二十七页,共70页3.3.气室气室气室包括测量气室、参比气室和滤波气室,它们的构造基本相同,都是圆筒形,两端用晶片(或称窗口)密封,除了测量气室带有气体进出口以外,其他气室都是密封的。气室要求内壁光洁,不吸收红外线,不吸附气体,化学性能要相当稳定。因此,选用的材料一般为黄铜镀金、玻璃镀金或铝合金管,且内部表面要抛光。你现在浏览的是第
13、二十八页,共70页4.4.红外线辐射能量的检测器红外线辐射能量的检测器红外线辐射能量的检测器种类较多,概括起来有两类 薄膜微音器薄膜微音器又称光声式探测器或检测电容器,工作原理是热辐射使动片两侧检测室的气压变化,造成动片与固定电极间距离改变,引起电容量变化,从而达到检测辐射的强度。光导检测器光导检测器 一类半导体的物质,如锑化铟(InSh),因红外辐射引起其电阻改变而被检测。参比参比测量测量窗口窗口待测待测气体气体定片定片薄膜薄膜前级放大前级放大你现在浏览的是第二十九页,共70页测量时(如分析CO气体的含量),两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室,由于测量气室中含有一定量的CO气体,
14、该气体对4.65m的红外线有较强的吸收能力,而参比气室中气体不吸收红外线,这样射入红外探测器的两个吸收气室的红外线光造成能量差异,使两吸收室压力不同,测量边的压力减小,于是薄膜偏向定片方向,改变了薄膜电容两电极间的距离,也就改变了电容C。如被测气体的浓度愈大,两束光强的差值也愈大,则电容的变化量也愈大,因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。1-光源;2-切光片;3-同步电机;4-测量气室;5-参比气室;6-滤光气室;7-检测气室;8-前置放大器;9-主放大器;10-记录器你现在浏览的是第三十页,共70页结构中还设置了滤波气室,其目的是为了消除干扰气体对测量结果的影响。所谓干扰气体,是
15、指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体,如CO气体和CO2在45 m波段内红外吸收光谱有部分重叠,则CO2的存在对分析CO气体带来影响,这种影响称为干扰。为此在测量边和参比边各设置了一个封有干扰气体的滤波气室,它能将与CO2气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收,因此左右两边吸收气室的红外能量之差只与被测气体(如CO)的浓度有关。注意:如果干扰气体对测量结果没有影响的话,就不需要滤波气室你现在浏览的是第三十一页,共70页优点:灵敏度高,测量范围宽,精度高,通用性好可用于多种气体的成分分析缺点:1)由于其结构特点,一台仪表通常只能测量一中组分的一定浓度范围。2)安装条件严格:位置稳定、尘埃小
16、。3)对气体要先进行预处理(除水、干燥)。你现在浏览的是第三十二页,共70页3、氧化锆氧量计氧化锆氧量计是最近二十年发展起来的一种新型烟气氧含量分析测量仪表,根据电化学的原理制造的。组成:它由传感器(锆头)和变送显示器组成。应用:氧化锆氧量计广泛地应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、水泥等工业领域内。你现在浏览的是第三十三页,共70页分类:氧化锆氧量计按其安装方式分为抽出式和直插式两类。抽出式是通过取样预处理系统把烟气从烟道中抽出来,经过滤、净化后送到氧化锆传感器。这种类型的氧量计由于有取样预处理系统而失去了氧化锆氧量计自身响应快的优点。这种类型的氧化锆氧量计一般不用于指导锅炉燃烧的分析测
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