宋彤《过程检测技术及仪表》检测技术小结.ppt

检测技术与仪表课程小结 第第1 1章章 1. 知识要点 1.1检测技术与检测仪表 检测过程:能量转换+与标准单位比较 检测系统的构成(方框图)。 1.2检测仪表的基本性能 概念及描述式 准确度与精度等级 仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略 去百分号来表示，也称精度或精确度。 精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者 说仪表的测量误差越小。 灵敏度 S 检测仪表对被测量变化的灵敏程度，即在被测量 改变时，经过足够时间检测仪表输出值达到稳定 状态后，仪表输出变化量匀与引起此变化的输人 变化量酝之比; 回差(变差) 反映检测仪表对于同一被测量在其上升和下降时 对应输出值之间的差值。 线性度 衡量检测仪表实际输入一输出特性偏离线性的程 度，用非线性误差来表示，它是实际值与理论值 之间的绝对误差的最大值. 1.3 测量误差的理论基础 （1）误差定义、分类及产生原因 误差分类（表示法）： 绝对误差、相对误差、相对百分误差、最大相 对百分误差等 系统误差、随机误差和粗大误差。 系统误差在同一条件下，对同一被测参数进行多 次重复测量时，所出现的误差在数值和符号上都 相同，或者按一定规律变化的误差称为系统误差 ，前者称为恒值系统误差，后者称为变值系统误 差。 产生系统误差的主要原因 测量原理或测量方法的不完善、 标准量值的不准确、 仪表本身的缺陷及环境条件的变化等。 系统误差是可以通过修正来补偿，但不能完全 排除。 随机误差 在同一测量条件下，多次重复测量同一被测量时 ，其误差绝对值和符号以不可预定的随机性的方 式变化，此误差称为随机误差。 随机误差的产生可能是由于人们尚未认识的原因 ，或目前尚无法控制的某些因素（如电子线路中 的噪声）的影响，即偶然因素所引起的。 随机误差不能 通过修正方式消除，只能利用统 计方式估计。 最大随机误差: 3 粗大误差 超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。此 误差值较大，明显表现为测量结果异常。 产生原因：测量时读错、记错仪表指示值，仪表 操作失误，测量数据计算错误等。 含粗大误差的测量结果毫无意义，应该剔除。 （2）系统误差的合成 考虑测量模型 Xi为被测参数或外界影响因素。当函数关系明确， 各个影响量的测量误差 x i已知，则待测量 y 的 总误差 y 为， 第2章 检测技术与检测元件 2.1 2.1 各种元件的工作原理及特点各种元件的工作原理及特点 知识要点知识要点 （1 1）机械式检测元件）机械式检测元件 机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号（机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号（ 如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式检如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式检 测元件和振动式检测元件。测元件和振动式检测元件。 （2）电阻式检测元件 电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换 成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻 应变元件、热电阻等。 l应变式检测元件（电阻应变片） 电阻应变片是基于“应变效应”工作的，即导体或 半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起其 电阻值的改变。 l热电阻式检测元件 物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热 电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为 热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电 阻两大类。 金属热电阻 常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。 a .铂电阻 铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作 为基准电阻和标准热电阻， 温度测量范围为-200 850 。 b .铜电阻 铜电阻具有电阻温度系数大，易加工，线性好等 优点。但易被氧化， 测量范围一般为 -50150 。 热敏电阻 热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热 敏元件。 种类： 负温度系数（ NTC ）热敏电阻、 正温度系数 ( P TC ）热敏电阻、 临界温度（ CTR ）热敏电阻三种。 热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学 稳定性好， 测温范围在 -100300 之间。 （3） 电容式检测元件 电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将 被测量的变化转换为电容量的变化。 变极距式电容器 变面积式电容器 变介电常数式电容器 l利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参 数。 l在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响 ，并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准 确度。 （4） 热电式检测元件 热电偶检测元件 热电偶的热电势主要由接触电势产生，所以闭合 回路的总电势可表示为 热电偶基本定律， 均质导体定律 热电势与导体的几何尺寸、接点以 外处的温度无 关。 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两 端温度相同，则该导体的接入不会改变原热电偶 回路的总电势。 中间温度定律 设在热电偶两接点 A 、 B 间有一点 C ，则存在 l热电偶回路电势同时与两点温度 T,T0 有关，所 以在使用时 T0 必须保持恒定或进行补偿，使得 热电势只与被测温度有关。 晶体管温度检测元件 晶体二极管的 PN 结正向电压 Ud 和晶体三极管 的基极、发射极间的电压 Ube 与温度 T 有关，利 用这个原理可制成晶体管温度检测元件。 (5)压电式检测元件 l某些材料在沿一定方向受外力作用时，在特定两 个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现 象称为正压电效应。电荷量与所受作用力成正比 。压电式检测元件就是基于压电效应利用压电材 料作为敏感元件来实现参数测量的。 (6)光电式检测元件 光电效应分为外光电效应和内光电效应。 l外光电效应 在光线作用下，使其内部电子逸出物体表面的现象。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。 l内光电效应 物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，从而导 致物体的电阻率发生变化或产生电动势的现象称为内 光电效应。 基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二 极管、光敏三极管等。 （7）霍尔检测元件 霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件， 它可将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转 换成霍尔电压。 （8）核辐射式检测元件 核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收 、散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工 作的，当射线通过物质时，因能量被吸收其强度 逐渐减弱，通过厚度为 x 的物质后的辐射强度 I 可表示： 2.2 检测仪表的信号变换 （1）常见信号变换方式 信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变换、差动 式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。 简单直接式变换 简单直接式的特点 简单直接式变换仪表是一种开环式仪表，结构简单，工作可 靠，但仪表的准确度较低，信息能量传递效率较低。 差动式变换 差动式变换是采用两个转换元件同 时感受敏感元件的输出量，并把它转 换成两个性质相同，但沿反方向变化 的物理量（一般为电学量），如右上 图 所示。通过转换电路进行差动放大 。右下图 是两个典型的应用实例。 差动式变换特点： l有效输出信号提高一倍，信噪比得 到改善； l非线性误差减小； l易于实现初始状态（“零”输人）的 零输出； l能消除部分环境因素的影响。 参比式变换 l参比式变换中采用两个性能 完全相同的检测元件，它们 同时感受环境条件量，但只 有一个感受被测量。 l采用参比式变换可以较好地 消除干扰来源明确的环境条 件量的影响。 平衡（反馈）式变换 l 变换环节的信号输人、输出关系可近似为反馈系 数的倒数。当反馈系数比较稳定时，整个变换环 节就可以达到比较高的准确度。 l 根据平衡时比较器的输入信号 xi 和 xf 之间是否 有差值，有无差随动式变换和有差随动式变换之 分。 （2） 检测仪表中常见的信号变换方法 位移与电信号的变换 常用的转换元件如下。 .霍尔元件: 将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为 线性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相 连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元 件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍 尔电势。 .电容器: 电容器由固定极板和动极板组成，当动极 板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之 而变，从而把位移转换成电容量。 .差动变压器: 将敏感元件自由端与位于差动变压器 骨架中间的铁芯相连，敏感元件自由端（也就是铁 芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器 副边线圈的感应电动势发生变化。 电阻与电压的变换 l电阻是一种很常见的敏 感元件，电阻与电压的 变换较多地采用电桥. l根据初始状态下各桥臂的 阻值是否相等，不平衡电 桥分等臂电桥和不等臂电 桥。根据桥臂的工作方式 则有单臂工作、双臂工作 和四臂工作方式。 电容与电压的变换电容与电压的变换 把电容量转换成电压信号把电容量转换成电压信号 主要有四种方式。主要有四种方式。 . .桥式电路桥式电路 . . 脉宽调制电路脉宽调制电路 . . 运算放大器电路运算放大器电路 . .谐振电路谐振电路 电压一电流的变换电压一电流的变换 第三章 参数检测仪表 1 1温度检测仪表温度检测仪表 1.11.1知识要点知识要点 l l 温标温标 l l 热电偶热电偶 8 8种热电偶（主要：种热电偶（主要：K K、E E、S S） 测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、 l l 热电阻热电阻 金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 测温范围、接线方式、温度系数测温范围、接线方式、温度系数 1.21.2例题分析例题分析 习题习题1 1 如图如图 所示的热电偶回路，只将电极所示的热电偶回路，只将电极B B 一根一根 丝插入冷筒中作为冷端，丝插入冷筒中作为冷端， t t 为待测温度，问为待测温度，问 C C 这段导线应采用哪种导线（是这段导线应采用哪种导线（是 AA、 B B还是铜线）还是铜线） ？说明原因。对？说明原因。对 t t 1 1 和和 t t 2 2 有什么要求？为什么？有什么要求？为什么？ 解答： 这段导线应用 A 导线代替，并且要求t1 = t2 因为这相当于由A 和 B 两种材料组成的热电回路， t 为 热端， 0 是冷端，加入第三根导线是铜线，在接点处温度 t1 = t2时测量回路电势不变，仍为 EAB ( t , 0 ）。这就是热电 偶的中间导体定律。 题2 用分度号为 K 的镍铬一镍硅热电偶测量温度，在 没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示 值为 500 ，而这时冷端温度为 60 。试问实 际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷 端温度保持在 20 ，此时显示仪表的指示值应 为多少？ 解 显示仪表指示值为 500 时，查表可得此时显示 仪表的实际输入电势为 20 .644mV , 由于这个电 势是由热电偶产生的，即 同样，查表可得同样，查表可得 则 2. 压力检测仪表 2.1知识要点 l弹性式压力检测仪表 常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压 力表、膜盒（片）压力表等，其中弹簧管压力表 是最常用的一种指示式压力检测仪表。 l电容式差压变送器 l应变式压力传感器、压阻式压力传感器（将所感 受的应力转换成电阻的变化） 基于应变效应 l压电式压力传感器（压电元件为敏感元件，将所 感受的作用力转换成压电元件的表面电荷） 基于压电效应 压力检测仪表的使用压力检测仪表的使用 （1 1）压力检测仪表的选用）压力检测仪表的选用 l l 其中在量程选择时，一般应使工作压力在仪表满量其中在量程选择时，一般应使工作压力在仪表满量 程的程的 1/32/3 1/32/3 范围内；范围内； l l 在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于 实际被测压力允许的最大绝对误差。实际被测压力允许的最大绝对误差。 （2 2）压力检测仪表的应用）压力检测仪表的应用 l l 在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取；在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取； 引压管路的设计和敷设。引压管路的设计和敷设。 l l 对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵 介质和两相流介质）还需采取特殊的方式以保证压介质和两相流介质）还需采取特殊的方式以保证压 力的传递和压力的准确测量。力的传递和压力的准确测量。 l l 当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考 虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压 力，并进行相应的修正。力，并进行相应的修正。 2.2 2.2 例题分析例题分析 若被测压力变化范围为若被测压力变化范围为 0.51.4MPa 0.51.4MPa ，要求测量误差不，要求测量误差不 大于压力示值的士大于压力示值的士 5 5 。可供选择的压力表规格有量程。可供选择的压力表规格有量程 为为01.6MPa 01.6MPa 、02.5MPa 02.5MPa 、 00 4MPa 4MPa ，精度等级为，精度等级为 1.0 1.0 级、级、1.5 1.5 级、级、2.5 2.5 级三种。试选择合适量程和精度的级三种。试选择合适量程和精度的 压力表。压力表。 解解: : l l 考虑选择量程为考虑选择量程为02.5MPa 02.5MPa 的压力表的压力表 l l 根据要求：根据要求： 所以选测量范围为所以选测量范围为02.5MP02.5MP，精度为，精度为1.01.0级级 3. 3.物位物位检测仪检测仪检测仪检测仪 表表 3.1 3.1 知知识识识识要点要点 l l 物位包括液位（液体介物位包括液位（液体介质质质质液面的高低）、界面（液面的高低）、界面（ 两种液体介两种液体介质质质质的分界面）和料位（的分界面）和料位（块块块块状、状、颗颗颗颗粒状粒状 物物质质质质的堆的堆积积积积高度）三高度）三类类类类，相，相应应应应的的检测仪检测仪检测仪检测仪 表称表称为为为为 液位液位计计计计、界面、界面计计计计和料位和料位计计计计，统统统统称称为为为为物位物位计计计计。 l l 物位物位测测测测量有量有连续测连续测连续测连续测 量和定点量和定点测测测测量两种，前者能量两种，前者能连连连连 续测续测续测续测 出物位的任何高度，后者只能出物位的任何高度，后者只能给给给给出物位是否出物位是否 到达某一个高度。到达某一个高度。 (1)静压压式液位计计 l差压计压计 是液位计计的重要组组成部分，根据流体静力 学原理，差压计压计 所感受的差压压与液位高度 有如下 关系，即 特别别注意： 如果差压计压计 的安装位置不在液位零面水平线线上应应考虑应虑应 用零点迁移。 迁移量：当 H=0 时时，差压计压计 感受的差压值压值 。 迁移方向：根据 H=0 时时差压计压计 所感受差压值压值 的正负负，迁 移有正迁移和负负迁移。 (2)浮力式液位计计 浮力式液位计计有恒浮力式和变变浮力式两种： l恒浮力式液位计计采用漂浮于液面上的浮子，由浮子带带 动动其他显显示装置指示液面的高低； l变变浮力式液位计计利用沉浸在被测测液体中的浮筒所受的 浮力与液面的位置有关检测检测 液位。 特点： 变浮式液位计能测量液位、界位，测量精度较高。 测量值易受介质密度的影响； 由于浮筒不可能做得很长，液位测量范围比较有限； 这种液位计的维护比较麻烦。 (3)电电容式物位计计 物位变变化改变变平均介电电常数从而改变电变电 容量。 通过对电过对电 容量的测测量获获取物位信息。 l能测测量液位、界位和料位。 l注意对对于导电导电 解质质物位测测量的问题问题 。 (4)(4)超声波物位超声波物位计计计计 l l 利用超声波在物位界面的反射特性，通利用超声波在物位界面的反射特性，通过测过测过测过测 出超声出超声 探探头头头头从从发发发发出声波到接收到反射声波出声波到接收到反射声波 t t 时间时间时间时间 求得物位求得物位 。 l l 超声波物位超声波物位计计计计可以可以测测测测量液位，也可以量液位，也可以测测测测量料位。量料位。 l l 超声波超声波传传传传播速度般与介播速度般与介质质质质和温度有关，所以在和温度有关，所以在测测测测 量量时时时时必必须对须对须对须对 声速声速变变变变化的影响化的影响进进进进行行补偿补偿补偿补偿 。 补偿补偿补偿补偿 方法。方法。 温度温度补偿补偿补偿补偿 法法测测测测出被出被测测测测介介质质质质的温度，根据已知的声的温度，根据已知的声 速与温度之速与温度之间间间间的关系自的关系自动补偿动补偿动补偿动补偿 。 设设设设置校正具法先通置校正具法先通过过过过安装在介安装在介质质质质内固定距离的一内固定距离的一 组组组组探探头测头测头测头测 出声波在介出声波在介质质质质中的速度，中的速度，进进进进而用而用测测测测量探量探 头头头头得到物位。得到物位。 (5)(5)射射线线线线式物位式物位计计计计 l l 射射线线线线穿穿过过过过厚度厚度为为为为 H H 的介的介质质质质，由于部分能量被吸，由于部分能量被吸 收，所穿透的射收，所穿透的射线线线线强强度随着所通度随着所通过过过过的介的介质质质质厚度的厚度的 增加而减弱，增加而减弱， l l 射射线线线线式物位式物位计计计计可以可以实现实现实现实现 非接触式非接触式测测测测量，特量，特别别别别是用是用 于极低温、高温、高于极低温、高温、高压压压压容器的高粘度、高腐容器的高粘度、高腐蚀蚀蚀蚀性性 、易燃、易爆等特殊、易燃、易爆等特殊测测测测量量对对对对象（介象（介质质质质）的物位）的物位检检检检 测测测测。 例题分析例题分析 根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采 用哪些物位检测仪表用哪些物位检测仪表 普通容器的液位测量；普通容器的液位测量； 粘性大、易结晶介质的液位测量；粘性大、易结晶介质的液位测量； 粉末状固体颗粒的料位测量；粉末状固体颗粒的料位测量； 强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。 4.流量仪仪表 4.1 知识识要点 l流量是指单单位时间时间 内流体流经经管道某一截面的数 量，也称瞬时时流量。 l在某一段时间时间 内流过过的流体总总和称为为累积积流量。 流体流过过的量用体积积表示的称为为体积积流量， l用质质量表示的称为质为质 量流量。 (1)(1)节节节节流式流量流式流量计计计计 节节节节流式流量流式流量计计计计由由节节节节流装置（流装置（节节节节流元件及取流元件及取压压压压装置装置 ）、差）、差压变压变压变压变 送器和送器和显显显显示示仪仪仪仪表表组组组组成。成。 常常见见见见的的节节节节流元件有孔板、文丘里管和流元件有孔板、文丘里管和喷喷喷喷嘴等嘴等 检测检测检测检测 原理原理 由流体力学原理可知，流体流由流体力学原理可知，流体流过节过节过节过节 流元件流元件时时时时，在，在 节节节节流元件前后要流元件前后要产产产产生一定的差生一定的差压压压压，差，差压压压压的大小与的大小与 取取压压压压方式（位置）、方式（位置）、节节节节流件的形式和流量的大小流件的形式和流量的大小 等因素有关。等因素有关。对对对对于孔板，流于孔板，流过节过节过节过节 流元件的流量流元件的流量 与与 节节节节流元件前后的差流元件前后的差压压压压 有如下关系，即有如下关系，即 l 节流式流量计是目前应用最广泛的一种流量计 ，可测气体、液体和蒸汽等各种流体的流量。 l 主要缺点是阻力损失较大， 可测的最大流量与最小流量之比（量程比）较小 ，一般只有3:1 l 密度标定 (2) (2) 转转转转子流量子流量计计计计 常用的常用的转转转转子流量子流量计计计计是利用在下窄上是利用在下窄上宽宽宽宽的的锥锥锥锥形管中形管中 的浮子所受的力平衡原理工作的。的浮子所受的力平衡原理工作的。 转转转转子流量子流量计计计计属于恒属于恒压压压压差、差、变节变节变节变节 流面流面积积积积式流量式流量计计计计。 被被测测测测流量流量 与浮子的高度与浮子的高度 之之间间间间有如下关系有如下关系 l l 换算公式为换算公式为 l l 改变量程改变量程 改变转子材料（密度）。改变转子材料（密度）。 转子流量计主要用于中小管径流量的测量，可以是直 读式，也可以是电远传式 （3 3）涡涡涡涡街流量街流量计计计计 l l 工作原理是，流体流工作原理是，流体流经经经经一非流一非流线线线线型的物体型的物体时时时时，在，在 它的下游两它的下游两侧侧侧侧就会交替出就会交替出现现现现旋旋涡涡涡涡，旋，旋涡涡涡涡的的频频频频率率 f f 与柱体附近的流体流速与柱体附近的流体流速 v v 成正比，即成正比，即 测出旋涡的频率就可以得到流体的流速，从而测 得体积流量。 涡街流量计可以测量气体、液体及蒸汽的流量， 适用范围较广，量程比也较宽。 （4 4）电电电电磁流量磁流量计计计计 l l 根据法拉第根据法拉第电电电电磁感磁感应应应应定律定律进进进进行流量行流量测测测测量的量的 l l Ex = BDvEx = BDv 感感应电动势应电动势应电动势应电动势 的大小直接反映了流量的大小。的大小直接反映了流量的大小。 电电电电磁流量磁流量计计计计无可无可动动动动或侵入部件，或侵入部件，对对对对流体几乎无流体几乎无压压压压 力力损损损损失，被失，被测测测测流体可以是含有流体可以是含有颗颗颗颗粒、粒、悬悬悬悬浮物等，浮物等， 量程比量程比较宽较宽较宽较宽 。 但是，但是，电电电电磁流量磁流量计计计计不能用于气体、蒸汽及非不能用于气体、蒸汽及非导电导电导电导电 的液体介的液体介质质质质的流量的流量侧侧侧侧量。量。 （5 5）容）容积积积积式流量式流量计计计计 l l 是一种直接式流量是一种直接式流量测测测测量方法，它是量方法，它是让让让让被被测测测测流体充流体充 满满满满具有一定容具有一定容积积积积的空的空间间间间，然后再把，然后再把这这这这部分流体从部分流体从 出口排出，根据出口排出，根据单单单单位位时间时间时间时间 或一定或一定时间时间时间时间 内排出的流内排出的流 体体体体积积积积得到相得到相应应应应的瞬的瞬时时时时流量和累流量和累计计计计流量。流量。 l l 容容积积积积式流量式流量计计计计的的测测测测量准确度一般量准确度一般较较较较高，但在高，但在测测测测小小 流量流量时时时时因泄漏而使因泄漏而使测测测测量量误误误误差差较较较较大，大流量大，大流量时则时则时则时则 压压压压力力损损损损失失较较较较大，并随流体粘度的增加而加大。大，并随流体粘度的增加而加大。 代表流量代表流量计计计计 椭圆齿轮椭圆齿轮椭圆齿轮椭圆齿轮 流量流量计计计计 测测测测量高粘度清量高粘度清洁洁洁洁流体。流体。 动动动动能来自流体。能来自流体。 （6 6）质质质质量流量量流量计计计计 有有间间间间接法和直接法两种：接法和直接法两种： l l 间间间间接法是通接法是通过过过过体体积积积积流量与流体的密度的流量与流体的密度的组组组组合合测测测测得到得到 的；的； l l 直接法中有基于科氏力直接法中有基于科氏力质质质质量流量量流量计计计计和和热热热热式式质质质质量流量量流量 计计计计等。等。 l l 科氏力科氏力质质质质量流量量流量计计计计的的测测测测量准确度量准确度较较较较高，主要用于粘高，主要用于粘 度和密度相度和密度相对较对较对较对较 大的流体的流量大的流体的流量测测测测量。量。 5 5成分分析成分分析仪仪仪仪表表 5.1 5.1 氧化氧化锆锆锆锆氧量分析氧量分析仪仪仪仪 l l 知知识识识识要点要点 氧化氧化锆测锆测锆测锆测 氧遵循的是固体氧遵循的是固体电电电电解解质浓质浓质浓质浓 差差电电电电池的原理池的原理 ， 高温下，氧化高温下，氧化锆锆锆锆材料成可使氧离子材料成可使氧离子顺顺顺顺利通利通过过过过 的固体的固体电电电电解解质质质质。 如果如果电电电电极两极两侧侧侧侧气体的氧含量（分气体的氧含量（分压压压压）不一）不一样样样样，则则则则 会会产产产产生生电动势电动势电动势电动势 E E称称为为为为氧氧浓浓浓浓差差电动势电动势电动势电动势 。电动势电动势电动势电动势 的的 大小由下式大小由下式 确定。确定。 l l 测量条件测量条件 恒定高温，恒定高温，600850600850 测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比 气体。气体。 测量时保证测量侧与参比侧总压相等测量时保证测量侧与参比侧总压相等 且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。 l l 当参比气体用空气时，由于空气中的氧含量约为当参比气体用空气时，由于空气中的氧含量约为 20.920.9，根据道尔顿分压定律有，根据道尔顿分压定律有 由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探 头所处的温度有关。头所处的温度有关。 5.2 5.2 热导热导热导热导 式气体分析式气体分析仪仪仪仪 l l 测量原理：利用混合气体的总热导率随被测组分的含测量原理：利用混合气体的总热导率随被测组分的含 量而变化的特性量而变化的特性 l l 样品条件：样品条件： 被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导 率有较大差别，率有较大差别， 其他组分的热导率近似相等，其他组分的热导率近似相等， l l 关系式关系式 l l 特点：简单、稳定、使用方便特点：简单、稳定、使用方便 l l 主要用于测量主要用于测量 H H 2 2 ，SOSO 2 2 ，COCO 2 2 等气体的含量。等气体的含量。 5.35.3 红红红红外式气体分析外式气体分析仪仪仪仪 l l 测测测测量原理：量原理： 主要利用了不同气体主要利用了不同气体对红对红对红对红 外外线线线线的波的波长长长长有有选择选择选择选择 的可的可 吸收性和吸收性和热热热热效效应应应应两个特点。两个特点。 l l 主要包括：主要包括：测测测测量气室及参比气室和量气室及参比气室和滤滤滤滤波气室，波气室，检测检测检测检测 器器 l l 其中参比气室主要作用其中参比气室主要作用为补偿为补偿为补偿为补偿 光源波光源波动动动动等等环环环环境因素境因素 的影响。的影响。 l l 滤滤滤滤波气室的作用是消除混合气体中某些波气室的作用是消除混合气体中某些组组组组分分对红对红对红对红 外外 线线线线的吸收光的吸收光谱谱谱谱与待与待测组测组测组测组 分的相同或相近引起的干分的相同或相近引起的干扰扰扰扰 ，保，保证测证测证测证测 量量结结结结果不因其他果不因其他组组组组分的存在而改分的存在而改变变变变。 l l 检测检测检测检测 器采用薄膜器采用薄膜电电电电容器容器结结结结构，它能把接收到的构，它能把接收到的红红红红外外 线线线线强强度度转换转换转换转换 成成电电电电容的大小，并容的大小，并进进进进一步一步转变为电转变为电转变为电转变为电 信信 号号输输输输出。出。 l特点：灵敏度和准确度都较高，反应速度较快 ，主要用于测量 CO，CO2，CH4，C2H2，C2H4 ，C2H6等气体的含量。 5.4 5.4 色色谱仪谱仪谱仪谱仪 l l 特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪些组特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪些组 分组成，并能测出样品中各组分的含量。分组成，并能测出样品中各组分的含量。 l l 色色谱谱谱谱法的关法的关键键键键是混合物的分离，是混合物的分离，这这这这是一种物理化学是一种物理化学 过过过过程，由色程，由色谱谱谱谱柱来完成。柱来完成。 色色谱谱谱谱柱中的固定相柱中的固定相对样对样对样对样 品中的各品中的各组组组组分具有不同的吸分具有不同的吸 收或溶解能力，从而使各收或溶解能力，从而使各组组组组分在沿色分在沿色谱谱谱谱柱的流柱的流动动动动中中 得到分离，并按照先后得到分离，并按照先后顺顺顺顺序流出色序流出色谱谱谱谱柱。柱。 l l 检测检测检测检测 器器( (热导仪热导仪热导仪热导仪 、氢氢氢氢火焰）火焰）检测检测检测检测 到某个到某个组组组组分流入分流入时时时时 ，将，将输输输输出一个出一个对应对应对应对应 于于该组该组该组该组 分分浓浓浓浓度（度（质质质质量）大小的量）大小的 电电电电信号，形成色信号，形成色谱图谱图谱图谱图 。 l l 色色谱图谱图谱图谱图 分辨力分辨力 l l 根据各根据各组组组组分在色分在色谱图谱图谱图谱图 中出中出现现现现的的时间时间时间时间 及峰及峰值值值值的大小的大小 可确定混合物的可确定混合物的组组组组成及各成及各组组组组分的分的浓浓浓浓度。度。 定性分析方法：定性分析方法： 滞留时间法，加入纯物质法。滞留时间法，加入纯物质法。 定量分析：定量分析： 定量进样法定量进样法 面积归一化法面积归一化法 l l 工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实 现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能 改变各种组分的分离效果。改变各种组分的分离效果。 6. 6. 显显显显示示仪仪仪仪表表 l l 在科学研究和生在科学研究和生产过产过产过产过 程中，程中，为为为为了使人了使人们对们对们对们对 所研究所研究 的的对对对对象有所了解，必象有所了解，必须对过须对过须对过须对过 程程进进进进行行检测检测检测检测 并将信并将信 息息显显显显示出来，示出来，显显显显示示仪仪仪仪表就起到了人机表就起到了人机联联联联系的系的桥桥桥桥梁梁 作用。作用。 l l 从从显显显显示方式上看，可以分示方式上看，可以分为为为为模模拟拟拟拟式式显显显显示、数字式示、数字式 显显显显示、示、图图图图形形显显显显示以及声、光示以及声、光报报报报警等。警等。 6.16.1 模模拟拟拟拟式式显显显显示示仪仪仪仪表表 以指以指针针针针或或记录记录记录记录 笔的偏笔的偏转转转转角或位移量来角或位移量来显显显显示被示被测测测测参参 数的数的连续变连续变连续变连续变 化的。化的。这类仪这类仪这类仪这类仪 表表简单简单简单简单 可靠、价格可靠、价格较较较较 低，能反映低，能反映测测测测量量值值值值的的变变变变化化趋势趋势趋势趋势 。 类类类类型：直接式，平衡式型：直接式，平衡式 l l 自自动动动动平衡平衡电电电电子子电电电电位差位差计计计计 输入信号：电势信号。输入信号：电势信号。 一次元件：热电偶一次元件：热电偶 要点：要点： 各电阻的作用各电阻的作用 工作过程分析工作过程分析 热电偶冷端补偿原理分析热电偶冷端补偿原理分析 l l 自动平衡电桥自动平衡电桥 测量信号：电阻信号测量信号：电阻信号 一次元件：热电组一次元件：热电组 要点：要点： 各电阻的作用各电阻的作用 平衡分析平衡分析 工作过程分析工作过程分析 6.2 6.2 数字数字显显显显示示仪仪仪仪表表 l l 数字数字显显显显示示仪仪仪仪表原理框表原理框图图图图如如图图图图 所示，它包括前置放所示，它包括前