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成分检测仪表

km ko2qo2 ks 1 qo2
由于氧气的 ko2远高于混合气体中其他气体的 ks 所以: km ko2qo2
磁风的形成
二 磁风的形成
另一方面,顺磁性物质的磁化率 k 与绝对温度的平
方T 2成反比:
k /T2
在外磁场作用下顺磁性气体能被磁场吸引,而逆磁性
气体能被磁场排斥。吸引或排斥的力与磁化率成正比。
含氧量 磁风 两侧温差 电桥信号
氧化锆氧量计
一、气体扩散与浓差电池
O2 30% N2 70% H2 20% O280%
N2

H2
O2
气体扩散
气体扩散的强度与气体的温度T、压力P以及浓度差 有关,当T、P恒定时则只与浓度差有关。
氧化锆氧量计
要根据扩散原理测量氧含量就需要一种对氧有选择性的材料, 它只能透过氧,而且可将氧的扩散强度转化为电信号。
过程控制与自动化仪表
主讲教师:赵 跃
第六节化学成分检测仪表
一 红外式气体成分检测仪表 二 氧量分析仪表 三 气相色谱分析仪
化学成分检测仪表的种类
检测方法 热学方法 磁力方法 光学方法
射线方法
电化学方法
色谱分离方法 质谱分析方法 波谱分析方法 其它方法
仪表名称
热导式分析仪,热化学式分析仪,差热式分析仪等
热磁式分析仪,热力机械式分析仪等
光电比色分析仪,红外吸收分析仪,紫外吸收分析仪,光干 涉分析仪,光散射式分析仪,分光光度分析仪,激光分析仪 等
X射线分析仪,电子光学式分析仪,核辐射式分析仪,微波 式分析仪等
电导式分析仪,电量式分析仪,电位式分析仪,电解式分析 仪,氧化锆氧量分析仪,溶解氧检测仪等
气相色谱仪,液相色谱仪等
甲烷
3.3,7.7
乙炔
13.7
乙烯
10.5
硫化氢
7.6
水气
2.6~10
红外式气体成分检测仪表
根据气体对红外线的强吸收特性,利用 传感元件测量红外辐射能以测量气体成份。 Bell定律: I0 Ii exp (kcl)
近似式: I 0 I i (1 kcl)
I 0 为透射后的光强度 I i 为入射光强度
在正极一个氧分子从多孔铂电
极上获取4个电子成为2个负氧离
P1
P2
子并在扩散效应的驱动下进入氧
O2
O 2
O2
化锆。
O2 ( p2 ) 4e 2O2
O2
O 2
在负极负氧离子在扩散效应的
O2
驱动下离开氧化锆,离开时2个 负氧离子失去4个电子并结合成
ZrO 2
一个氧分子进入P1侧。
铂电极
2O2 4e O2 ( p1)
由氧化锆和氧化钙以及氧化铱 混合成的固态电解质具有传导氧 离子的特性。
当温度在600~850度之间时氧 O2 化锆可以通过氧离子,温度超过 850度会烧坏氧化锆传感器。
在氧化锆两侧烧结一层多孔的 O2 铂电极就可以制成所谓的氧浓差 电池。
O 2
O2
O 2 O2
ZrO 2
铂电极
氧化锆氧量计
氧浓差电池的工作原理如下:
氧离子在扩散力驱动下对电子的搬运作用在铂电极上形成浓差电 势,当电极电场对负离子的阻碍作用与扩散作用平衡时电势稳定。
氧化锆氧量计
氧浓差电势E的大小可以用能斯特方程描述
E RT ln p2 其中R和F为常数,T为绝对温度, nF p1 n ( 4 氧携电子数), p1 p2为氧分压
若电极两侧的压力均为 p则Leabharlann :B 0 (H H )
而H 和H成正比
H kH
B 0 (1 k )H B H
0为真空中介质的磁导率, 为介质的绝对磁导
率。磁化率 k 0 者称为顺磁性物质,否则者 k 0
称为逆磁性物质。而在所有气体物质中氧是顺磁性最 强的物质。
常见气体磁化率表
设有 n 种气体混合,总磁化率为 km ,总体积 qm 1 则:
氧量分析仪表
氧量分析仪表
在现代生产过程中,尤其是在燃烧和氧化反应过程 中,以及在空气分离、安全保护和粮食果品储存等方 面,准确测量和严格控制混合气体中的含氧量对工业 生产有着十分重要的意义。
一 热磁性氧气分析仪表
二 氧化锆氧量计
热磁性氧气分析仪表
一 气体的磁化原理:
在外磁场作用下任何物质均可被感应磁化,并在 其内部产生附加磁场。此时物质中的磁感应强度 B正 比于外磁场强度H和附加磁场强度 H之和。
N
N 加热线圈
O2
O2 O2
O2 磁风
S
S 热磁对流
测量仪表的结构
三 测量仪表的结构与工作原理:
仪表的工作过程
磁风的大小将改变中间通道中的散热条件,磁风越 大则散热量越大,环形管中的温度越低。温度的变化 将直接导致管壁上铂电阻加热丝的阻值发生变化,
由于冷风先经过R1因此R1的温度低于R2的。R1和R2 的电阻将发生变化,电桥的平衡被破坏。因此电桥的 不平衡信号可以反应被测气体中的含氧量。
红外式检测满足的条件: 1)存在吸收峰;2)与其他气体无化学反应;3)去除 干扰气体;4)c较大时,l 应较小
红外式气体成分检测仪表
光源→平行光束→切光片→光脉冲 →滤波气室→吸收干扰组分→两室 能量差→监测室→压差→电容变化 →正比于被测组分的含量。
不足:1)不能保证线性;2)不 能检测双原子分子(如氧气、氯气) 和单原子分子(如氩气)气体;3) 一台仪表只能测一种被测气体。
(%) (mV)
1.00
73.20
1.10
70.91
1.20
68.79
1.30
66.85
1.40
65.06
1.50
63.39
1.60
61.82
1.70
60.36
1.80
58.97
1.90
57.67
静态质谱仪,动态质谱仪等
核磁共振波谱仪,电子顺磁共振波谱仪 共振波谱仪等 晶体振荡分析仪,气敏式分析仪,化学变色分析仪等
常用气体的红外线强吸收波长
气体名称 二氧化碳
分子式 强吸收波长 2.7,4.26,14.5
一氧化碳
4.65
二氧化硫
7.35
二氧化氮
6.2
氨气
10.4
一氧化氮
5.2
气体名称 分子式 强吸收波长
p1 / p V1 /V 1 p2 / p V2 /V 2
E RT ln p2 / P RT ln 2 nF p1 / P nF 1
当以空气作为参比时电势E为:
E RT ln 20.8 0.49615 10 4T lg 20.8
nF 1
1
氧浓差电势与氧含量的关系
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