图2 吸收能量与气体浓度的关系
•上式表明，气体浓度较小时， 当直接或间接测得△E时， 便可知气体浓度C，这就是 红外光吸收的能量△E将与气体 红外气体分析仪的理论基础 浓度有对应的线性关系（图2）。 之一。
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检测仪表与控制装置
第九章 成分参数检测
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。。
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RD型热导式气体分析器
第九章 成分参数检测
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。
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第九章 成分参数检测
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 红外线气体分析仪结构原理图
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第九章 成分参数检测
2.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。
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第九章 成分参数检测
1.红外线辐射源 光源要求：
①辐射的光谱成分要稳定； ②辐射的能量大部分集中在待测气体特征吸收波段； ③辐射光最好能平行于气室中心入射； ④光源寿命长，热稳定性好，抗氧化性好，金属蒸发 物要少； ⑤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600～800℃之间发 出暗红色光，发射出0.7～7μm的连续波长的红外光。
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第九章 成分参数检测
3.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。
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第九章 成分参数检测
检测原理
平衡电桥，右图。 不同的气体有不同的热导系数。 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· 2=R测· 1 R R 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· 2≠R测· 1 R R
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第九章 成分参数检测
4.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
参比 测量
窗口
• 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， 待测 从而达到检测辐射的强度。 气体
2 C1 1 2
1C1 2 C2 C3 Cn 1C1 2 1 C1 2 1 2 C1
即有：
1 , 2 为已知， 为测定的总的热导率。
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第九章 成分参数检测
取样及预处理系统
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2. 红外式气体分析仪—光学式气体分析仪器
红外线是什么？一种电磁波，波长介于可见光和无线电波之间。 红 外 线 分 类 ： 用1~25 um的一段光谱。 红外线为什么能够进行成分分析？ 红外线能够对所有气体都进行成分分析吗？ 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。
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甲烷传感器
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成分分析方法的分类
第九章 成分参数检测
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） 按测量原理，成分分析仪表可以分为： 化学式： 物理式： 工业酸度计 如热导式、热磁式
（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
λ2=（0.998+0.964+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λ，再由公式
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•光束通过气体层后被吸收的能 量△E则为 •△E＝E0-E＝E0(1-e-KCl)……(2) •当KCl的数值很小时
第九章 成分参数检测
•∵E-KCl≈1-KCl
•∴△E ＝ E0-E＝E0 (1-e-KCl) • ≈E0 [1-(1-KCl)] • ＝ E0KCl………………(3)
7.130 1.318 1.013
0.0235 0.0219 0.0150 0.0161
0.964 0.897 0.614 0.658
氨气
二氧化碳
1
氮气
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0.0244
0.998
二氧化硫
0.0084
0.344
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第九章 成分参数检测
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
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第九章 成分参数检测
工业用成分分析仪表
1、热导式气体分析仪--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。
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第九章 成分参数检测
家庭用煤气报警器
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第九章 成分参数检测
家庭用液化气报警器
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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 检测仪表与控制装置 第九章 成分参数检测 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。
解：大致步骤如下：
0.0244 二氧化碳 而增大。所以需要保持恒定的温度。 空气 1 0.0161
0.0084
0.658
0.344
0.0244 氮气 t 0 (1 t )
0.998
二氧化硫
为在某一温度范围内气 体的导热系数的温度系 数
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第九章 成分参数检测
Attention：
0℃时导热 0℃时对空 0℃时导热系数 0℃时对空 气体 气体 气导热系数 系数 气导热系数 1）混合气体中除待测组分外，其余各组分的λ应相同或相近，
0.1741 氢气 否则要进行预处理； 7.130
一氧化碳
0.0235
0.964
2）待测组分的λ与其余各组分的λ要有明显差别，差别越大， 0.0322 1.318 0.0219 0.897 一氧化氮 甲烷 灵敏度越高； 0.0247 1.013 0.0150 0.614 氧气 氨气 3）同一种气体在不同温度下，其λ是变化的，随温度的升高
混合气体热导率： 1C1 2 C2 n Cn 其中 1 , 2 , n — 混合气体中各组分的热导率，
C1 , C2 , Cn — 混合气体中各组分的体积百分含量。
若被测组分的热导率为 1 ，其余组分为背景组分，热导率 近似为
2 （差别大时需要在预处理时去掉），则
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检测仪表与控制装置 某些气体在0℃时导热系数（0 ） 0 和相对导热系数（ ）