建筑环境测试技术 第10章 其他参数的测量

第10章:其他参数的测量,授课课时：2学时主要内容：水中含盐量的测定，水中含盐量、含氧量的测定，大气中氡气的测量。各类参数的测量方法，测量仪表的结构及工作原理。重点和难点:其他各类参数测量仪表测量原理，测量方法及选型。其他各类参数测量仪表的测量原理，,主要章节,10.1过剩空气系数测量10.2水中含盐量测量10.3水中含氧量测量10.4交流电电量测量,10.1过剩空气系数测量,1.热磁法在具有温度梯度和磁场梯度的环境中，但顺磁性气体存在时，由于气体局部温度升高，而使这些气体的磁化率下降，这种磁化率与温度间的关系测定气体中的某种成分含量的方法称为热磁法。热磁式氧分析仪就利用在均匀磁场中，含氧混合气体受热后的体积磁化率变化而产生的热磁对流进行间接测量。,图10.1.1外对流式热磁氧传感器1-敏感元件2-元件支持器3-密封垫圈4-螺母5-垫圈6-分析室座7-分析室盖8-密封垫圈9-极靴10-磁钢11-分路器,热敏元件的温度与含氧量之间的关系分析烟气的热磁式氧分析测量系统采用双电桥测量电路，如下图所示：,图10.1.2交流双电桥工作原理图,热磁式氧分析仪用于烟气分析时，由于烟道气处于负压，温度较高，又有大量灰尘，因此需要有包含抽气、过滤和冷却的取样系统。,图10.1.3用于烟气分析的热磁式氧分析仪1-热磁氧传感器2-检查过滤器3-水流抽气泵,2.氧化锆氧量计,原理：氧化锆与少量的氧化钙或氧化钇组成的氧化物传感器中会形成一个氧离子空穴，在600800温度时，传感器成为良好的氧离子导体，具有导电特性。当传感器两测气体含氧量不同时，则会在传感器上形成浓差电势。氧化锆氧量计就是把被测气体与含氧量已知的气体分别置于氧化锆传感器两侧，比较由此形成的浓差电势，从而换算出被测气体含氧量。,氧化锆氧量计,结构：传感器一般做成圆管状。在管的内、外壁表面各烧结一层长约20mm的多孔铂金属作电极，并用的铂丝作内外电极引线。,使用：系统安装方式分为直插式和抽吸式抽吸式测量系统带有抽气和净化装置，结构复杂，延迟较大，但测量准确度较高。直插式则特点相反。工作温度对测量影响很大可采用定温式和补偿式。,氧化锆传感器,抽吸式,直插式,测头过滤器,图10.1.4掺杂有氧化钙的氧化锆材料产生氧离子空穴的示意,图10.1.5氧浓差电池原理（a）氧化锆管结构（b）氧浓差电池原理1-掺杂有氧化钙的氧化锆材料2、3-铂电极4-引线5-氧离子,图10.1.6直插补偿式测量系统图,10.2水中含盐量的测量,电导率是表征水中含盐量的一个综合性指标，水中含盐量可采用电导仪来测定。当当水中含有盐类物质时，水的电导能力增加，电导率增大。测出了溶液的电导，便可知道其浓度。溶液的电导G：浓度与电导之间的关系式：,电导仪由电导池系统和测量仪器组成。电导池式盛放或发送被测溶液的容器。在电导池中装有电导电极和感温元件等。根据测量电导的原理不同，电导仪可分为平衡电桥式电导仪、电阻分压式电导仪、电磁感应式电导仪、电流测量式电导仪等。电导仪使用前，需测定电极常数。电导仪的电极常数常选用已知电导率的标准KCL溶液测定。,图10.2.1平衡电桥式电导仪的原理示意图,图10.2.2电阻分压式电导仪的原理示意图,1.平衡电桥式电导仪,图中RA、RB为固定电阻，R为可变电阻，它们组成电桥的三个臂；另一个臂为Rx,即被测溶液的电阻，E为电源。当电极插入待测溶液后，调节RC，使电桥平衡，即接于电桥一对角线上的电流表的读数等于零。此时，便有如下关系：,2.电阻分压式电导仪图10-10为电阻分压式电导仪的原理图。图中E为高频电源，Ei为输出信号，为被测溶液的电阻。与R串联，当接通外加电源后，构成闭合回路，则R上的分压Ei可根据分压原理得到,10.3水中含氧量测量,氧在水中的溶液度与空气中氧的分压、大气压力、水温、水中含盐量等有关，常用的测定溶解氧的仪表是隔膜电极式溶解氧测定仪。隔膜电极式溶解氧测定仪由电极和电计两部分组成，电计是一个普通的放大器，如图10.3.1所示。极根据其工作原理，可分为原电池型和极谱型。,图10.3.1溶解氧测定仪结构图A-放大器E-电极系统Rt-热敏电阻Rv-校正用电位器R1、R2-电阻,原电池型如图10-13（a）所示。它是由两支电极和溶液组成的全电池，阴极常用金、银、铂等贵重金属，阳极用铅、铝等金属。将两支电极装在一个圆筒内，筒内灌有电解液（KOH、KCI），端部包有一层易透过氧的薄膜，测定时，水中溶解氧透过薄膜进入电极，发生如下反应：阴极O2+2H2O+4e4OH-阳极Pb+4OH-PbO2-2+2H2O+2e这个电极系统产生的扩散电流为(Pm/L),（a）原电池法（b）极谱法图10.3.2隔膜式电极法结构示意图,当电极选定后，n、A、L、Pm都为定值，扩散电流is只与溶解氧的浓度Cs有关，测出了is的大小。极谱型如图10.3.2（b）所示，其结构与原电池法的基本相同，区别仅在于电极间外加固定电压，一般为0.50.8V。隔膜电极式溶解氧测定仪的反应速度、透过系数等与温度有关，可用下式表示：,结论：由上式可知，随着温度的升高，透过系数呈指数增长，扩散电流将呈比例地增加，因而严重地影响了测量结果，故在仪器中采用热敏电阻进行温度补偿，以抵消温度对测量的影响。此外，被测水的压力、流速等对溶解氧的测定也有影响，故在测试过程中，必须采取措施，使之恒定。零点校正用标准液常用饱和硫酸钠溶液。,10.4交流电量测量,功率:用电设备其所消耗的电能对时间的变化率。有功功率：瞬时功率在一个周期内的平均值。有功功率是为保持用电设备正常运行所需的电功率，它将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)。无功功率：不消耗能量，只与电源进行能量交换的功率。无功功率是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。视在功率S：有功功率和无功功率的幅值（电压有效值与电流有效值的乘积）。,图10.4.1交流电压、电流和相位角,有功功率电能1.电能估算如果用电设备在使用时间内功率不变或电源电压及电流稳定，可由下式估算系统所消耗的电能。,有功功率1.电能估算1）通过分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率,1）通过分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率电流测量用电设备的交流电采用电流表（指针式或数字式）来测量时，需要与电流互感器配套使用。当采用电流互感器时，电流值采用下式计算：电流,图10.4.2交流钳形电流表1-手柄2-电流表3-互感器铁芯,电压测量用电设备电压可以采用指针式或数字式电压表测量。当测量高压电动机的电压时，应配备高压电压互感器。当采用电压互感器时，电压值采用下式计算：电压功率因数测量采用下图所示的功率因数表测量。,图10.4.3功率因数表工作原理（a）结构原理图(b)电路原理图,图10.4.4单相功率因数表的接线方法电流线圈的“*”端接电源，电压线圈“*”端也接电源，电流线圈的“*”端接电源，电压线圈“*”端接负载，以下各图相同,三相交流电路的功率测量对称电路的三相交流电有功功率2）采用功率表测量有功功率功率表也称为瓦特表。功率表有机械式和电子式两种。,图10.4.5功率表工作原理,对于不对称的三线四线制电路，三相负载的总功率：,图10.4.6用一个功率表测量对称三相负载的总功率,两表法测量三相总功率,图10.4.8用两功率表测量三相三线制电器的功率,3）三相无功率测量在对称的三相四线制电路中，可以按照下图所示方法利用无功功率表进行测量，然后将测量结果乘以，就可以得到三相电路的总无功功率，即,图10.4.9测量对称三相无功功率接线法,对称的三相四相制电路，三相电路的总无功功率：,2.采用电能表测量电能在交流电路中，测量电能的最方便的方法是利用电能表（电度表）进行测量，可以精确地测量用电设备所消耗的功率。,图10.4.10机械式电度表原理1-电压部件2-电流部件3-旋转铝盘4-永久磁铁,电能安装电能表时，要使电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。,图10.4.11单相电度表接线原理图,图10.4.12三相电度表接线原理图,图10.4.13三相四