工业分析仪表方案课件.ppt
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1、工业分析仪表工业分析仪表概述概述1、工业分析仪表的概念及应用、工业分析仪表的概念及应用1)产品质量监督)产品质量监督2)工艺监督)工艺监督3)安全生产)安全生产4)节约能源)节约能源2、工业分析仪的分类、工业分析仪的分类1)热学式)热学式-热导式、热化学式热导式、热化学式2)磁学式)磁学式-热磁式、磁力机械式热磁式、磁力机械式3)光学式)光学式-红外吸收式、光电比色式红外吸收式、光电比色式4)电化学式)电化学式-氧化锆式、电导式氧化锆式、电导式5)色谱式)色谱式-气相、液相色谱气相、液相色谱 3、工业分析仪表的组成、工业分析仪表的组成 气样气样取样装置取样装置预处理系统预处理系统检测器检测器处
2、理及显示处理及显示含量含量整机控制系统整机控制系统1)取样及预处理系统)取样及预处理系统从被测对象中取出具有代表性的样品并作必要的预处理从被测对象中取出具有代表性的样品并作必要的预处理取样位置必须在待检测重点部位取样位置必须在待检测重点部位工业分析仪表工业分析仪表概述概述2)检测器)检测器把分析物质的成分含量及物理性质转换为电信号。把分析物质的成分含量及物理性质转换为电信号。3)信息处理系统)信息处理系统对检测器输出的微弱电信号做进一步处理,最终变为统对检测器输出的微弱电信号做进一步处理,最终变为统一信号(一信号(420mA)或数字信号等处理工作并将处理后的信号)或数字信号等处理工作并将处理后
3、的信号输入到显示装置。输入到显示装置。4)显示装置)显示装置显示分析获得的结果。一般有模拟信号和数字信号或屏显示分析获得的结果。一般有模拟信号和数字信号或屏幕显示,有的于微机联用并配有打印机。幕显示,有的于微机联用并配有打印机。5)整机自动控制系统)整机自动控制系统控制各部分自动协调工作,如每个分析周期的进行自动控制各部分自动协调工作,如每个分析周期的进行自动调零、校准、采样分析、显示等循环。调零、校准、采样分析、显示等循环。 工业分析仪表工业分析仪表概述概述4、成分分析仪器的主要性能指标、成分分析仪器的主要性能指标灵敏度、精度、重复性、噪音、线性范围、选择性、分灵敏度、精度、重复性、噪音、线
4、性范围、选择性、分辨率、响应时间,除选择性和分辨率外,与其他仪器相似。辨率、响应时间,除选择性和分辨率外,与其他仪器相似。选择性选择性和和分辨率分辨率是表示仪器区分特征相近组分的能力,是表示仪器区分特征相近组分的能力,选择性一般用于单组份仪器,分辨率多用于多组分分析。选择性一般用于单组份仪器,分辨率多用于多组分分析。 工业分析仪表工业分析仪表概述概述 一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器 二、氧分析器二、氧分析器 三、湿度的自动测量三、湿度的自动测量 四、密度的自动测量四、密度的自动测量工业分析仪表工业分析仪表内容内容物理式气体分析器,能分析混合物中某个组分的含物理式气体分析器,能分析混合
5、物中某个组分的含量,如量,如N2、H2、O2、CO2,CO、SO2、H2O气体的含量,气体的含量,原理简单,可作为单独分析器,也可以构成一个组分分原理简单,可作为单独分析器,也可以构成一个组分分析的变送器而形成自动调节系统,实现过程的自动调节。析的变送器而形成自动调节系统,实现过程的自动调节。热导式检测器也被广泛用于色谱分析仪器中。热导式检测器也被广泛用于色谱分析仪器中。 工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器1、分析原理、分析原理同一物体存在温差,同一物体存在温差,或不同流体相接触式存或不同流体相接触式
6、存在温差,就会产生从高在温差,就会产生从高温向低温低温的传热。温向低温低温的传热。不同物质的导热能力不不同物质的导热能力不同,可以定量的表述,同,可以定量的表述,也可将多种物质的混合也可将多种物质的混合导热能力加以数学描述。导热能力加以数学描述。dSdndtdQniiimC1导热计算式导热计算式热导加权平均计算式热导加权平均计算式气体名称气体名称相对导热系数(相对导热系数(00C时)时)温度系数温度系数/0C-1(01000C)空气空气1.0000.00253氢氢7.1300.00261氖氖1.9910.00256氧氧1.0150.00303氮氮0.9980.00264一氧化碳一氧化碳0.96
7、40.00262氨氨0.897-氩氩0.6850.00311氧化亚氮氧化亚氮0.646-二氧化碳二氧化碳0.6140.00495硫化氢硫化氢0.538-二氧化硫二氧化硫0.344-氯氯0.322-甲烷甲烷1.3180.00655乙烷乙烷0.8070.00583乙烯乙烯0.7350.00763二乙醚二乙醚0.5430.00700丙酮丙酮0.4060.00720汽油汽油0.3700.00980二氯甲烷二氯甲烷0.2730.00530水蒸气水蒸气0.973(1000C时)时)0.00455(1000C时)时)2、检测器工作原理、检测器工作原理热导池热导池:将混合气体的热导率用:将混合气体的热导率用电
8、阻值的变化表现出来的检电阻值的变化表现出来的检测元件。测元件。热导池中的电阻丝(铂丝、热导池中的电阻丝(铂丝、热丝)通以恒定电流,产生一定热丝)通以恒定电流,产生一定的温度,气体流过热导池时会带的温度,气体流过热导池时会带走一部分热量(气体自身量很小,走一部分热量(气体自身量很小,吸收热可忽略),当热量通过气吸收热可忽略),当热量通过气体传递到器壁(热导池具有恒温体传递到器壁(热导池具有恒温装置),达到热平衡后,电阻丝装置),达到热平衡后,电阻丝的阻值达到恒。这就完成了导热的阻值达到恒。这就完成了导热性到电流的变化的测定。性到电流的变化的测定。工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热
9、导式气体分析器1-腔体;腔体;2-电阻丝;电阻丝;3-支承架;支承架;4-绝缘;绝缘;5-引线;引线;6-气体出口;气体出口; 7-气体入口气体入口 注意事项:注意事项:1)电阻丝散热方式:气体的热传导、气体的对流散热、电)电阻丝散热方式:气体的热传导、气体的对流散热、电阻丝的热辐射、电阻丝轴向连接体的热传导散热。阻丝的热辐射、电阻丝轴向连接体的热传导散热。2)散热尽量要小,所以气室直径一般)散热尽量要小,所以气室直径一般47mm,有恒流装,有恒流装置,减小测量的波动。置,减小测量的波动。3)为了减小电阻丝轴向连接体的热传导散热,一般热丝长)为了减小电阻丝轴向连接体的热传导散热,一般热丝长径比
10、为径比为20003000。热导池的结构要点:热导池的结构要点:1)热丝的传热尽可能为热传导散热,可保证组分含量和测)热丝的传热尽可能为热传导散热,可保证组分含量和测量信号的线性关系;量信号的线性关系;2)信号滞后要小。)信号滞后要小。工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器结构原理结构原理1)直通式直通式:反应快,滞后小,波动大,常用于仪器:反应快,滞后小,波动大,常用于仪器2)对流式对流式:气体流量影响小,信号滞后较大,生产中应用较少:气体流量影响小,信号滞后较大,生产中应用较少3)扩散式扩散式:反应慢,滞后大,多用于轻质气体,波动小:反应慢,滞后大,多用于轻质气体,
11、波动小4)对流扩散式对流扩散式:反应快,滞后小,波动小:反应快,滞后小,波动小工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器气载式气载式TCD检测器检测器用用He或或H2或或N2等气体将混合气体中分离出的单质气等气体将混合气体中分离出的单质气体带入双热导检测器,对比传热特性从而测定气体含量。体带入双热导检测器,对比传热特性从而测定气体含量。结合化学法与气相色谱分离技术,可用于测定结合化学法与气相色谱分离技术,可用于测定C、H、N、O、S等气体。等气体。工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器试样+O2CO2+H2O+NO+NO2+SO2CO2+H2O+
12、N2+SO2催化剂加热 Cu加热2C + O22CO高温工业分析仪表工业分析仪表一、热导式气体分析器一、热导式气体分析器气相分离氧化还原可用于燃烧、氧化反应的氧比例的分析,调节气量,可用于燃烧、氧化反应的氧比例的分析,调节气量,控制燃烧,节能环保。控制燃烧,节能环保。物理分析法物理分析法磁氧分析器:热磁式、磁力机械式磁氧分析器:热磁式、磁力机械式电化学法电化学法氧化锆分析器氧化锆分析器工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器1、热磁式氧分析器、热磁式氧分析器1)工作原理)工作原理气体的磁化性质气体的磁化性质:任何物质都具有一定的磁性,磁性大的物质易于被:任何物质都具有一定的磁性,磁性大
13、的物质易于被磁场吸引。所以可利用外加磁场对物质进行磁化。磁场吸引。所以可利用外加磁场对物质进行磁化。M=k kHM-磁化强度;磁化强度;k-物质磁化率;物质磁化率;H-外磁场强度外磁场强度磁化率:在外加磁场作用下物质的磁化强度。磁化率:在外加磁场作用下物质的磁化强度。(常见气体的相对磁化率)(常见气体的相对磁化率)工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器炉烟中各成分的容积磁化率炉烟中各成分的容积磁化率(20下)下) 气体名称气体名称氧氧甲烷甲烷水蒸汽水蒸汽氢氢一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳氮氮符号符号O O2 2CHCH4 4H H2 2O OH H2 2COCOCOCO2 2N N
14、2 210109 9(H/cm(H/cm4 4) )+142+142+1+1-0.58-0.58-0.164-0.164-0.44-0.44-0.84-0.84-0.58-0.58相对磁化率相对磁化率% %+100+100+0.68+0.68-0.4-0.4-0.11-0.11-0.31-0.31-0.57-0.57-0.4-0.4顺磁性气体顺磁性气体逆磁性气体逆磁性气体混合气体可按照加权平均法计算混合气体可按照加权平均法计算除过一氧化氮、二氧化氮、空气外,其他气体的磁除过一氧化氮、二氧化氮、空气外,其他气体的磁化率都比较低,所以适合与测量无一氧化氮的含氧混合化率都比较低,所以适合与测量无一氧
15、化氮的含氧混合气体。气体。虽然氧的磁化率很大,但其绝对值很小,难于直接虽然氧的磁化率很大,但其绝对值很小,难于直接测量,所以利用磁化率与其热力学关系进行测量。测量,所以利用磁化率与其热力学关系进行测量。工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器热磁对流热磁对流:顺磁性气体在不均匀磁场中,当有温度波动时,:顺磁性气体在不均匀磁场中,当有温度波动时,会形成磁风,称为热磁对流。当气体的磁化率发生变化会形成磁风,称为热磁对流。当气体的磁化率发生变化时,影响热磁对流。时,影响热磁对流。(磁风形成示意图)(磁风形成示意图)左端的含氧气体流过时,不均匀磁场对氧磁化吸引,左端的含氧气体流过时,不均匀磁场
16、对氧磁化吸引,玻璃管外的电热丝加热氧后磁化率急剧下降,吸引减弱;玻璃管外的电热丝加热氧后磁化率急剧下降,吸引减弱;左端的混合气体中的氧再被吸附,管内的氧会向右流动,左端的混合气体中的氧再被吸附,管内的氧会向右流动,工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器2)热磁式氧分析器的检测器热磁式氧分析器的检测器1、电阻丝同时作为加热源;、电阻丝同时作为加热源;2、左侧冷气体先带走左侧的、左侧冷气体先带走左侧的热量,左侧降温幅度大;热量,左侧降温幅度大;3、测量气室有恒温控制;、测量气室有恒温控制;4、加热丝有恒定电源;、加热丝有恒定电源;5、气体流量和压力稳定;、气体流量和压力稳定;6、检测器水
17、平安装。、检测器水平安装。工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器2、氧化锆氧分析器、氧化锆氧分析器特点特点:直接与烟气接触,简化处理系统,结构简单,稳定:直接与烟气接触,简化处理系统,结构简单,稳定性好,灵敏度高,响应快,多用于燃烧过程热效率控制性好,灵敏度高,响应快,多用于燃烧过程热效率控制系统。系统。原理原理:利用氧化锆固体电解质原理工作,由氧化锆固体电:利用氧化锆固体电解质原理工作,由氧化锆固体电解质做成氧化锆探测器(探头),直接安装在烟道中,解质做成氧化锆探测器(探头),直接安装在烟道中,输出信号为电压信号。输出信号为电压信号。工业分析仪表工业分析仪表二、氧分析器二、氧分析器
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