在線分析儀表.ppt

在線分析儀表,1,在線分析儀表的基礎(chǔ)知識,在線分析儀器(on-lineanalyzers),又稱過程分析儀器(processanalyzers)，或質(zhì)量監(jiān)測儀表（qualitymonitoringinstrument），是指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其它源液體現(xiàn)場。對被測介質(zhì)的組成或物性參數(shù)進行自動連續(xù)測量的儀器。在線分析儀器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實時分析和環(huán)境質(zhì)量及污染排放的連續(xù)監(jiān)測。分析儀表是對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進行分析和測量的儀表。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，必須對生產(chǎn)過程的原料、成品、半成品的化學(xué)成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、電導(dǎo)率、等進行自動檢測并參與自動控制，以達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、降低能源消耗和產(chǎn)品成本，確保安全生產(chǎn)和保護環(huán)境的目的。,2,分析的方法有兩種類型，一種是定期采樣并通過實驗室測定的實驗分析方法（這種方法所用到的儀表稱為實驗室分析儀表或離線分析儀表）。另一種是利用儀表連續(xù)測定被測物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動分析方法（這種方法所用到的儀表稱為過程分析儀表或在線分析儀表）。分析儀表基于多種測量原理，在進行分析測量時，需要根據(jù)被測物質(zhì)的物理或化學(xué)特性來選擇適當(dāng)?shù)臋z測手段和儀表。按照使用場合來分，分析儀表又分為實驗室分析儀表、在線分析儀表（有些書中也叫過程分析儀表、自動分析儀表）。在線分析儀表都采用現(xiàn)場安裝方式，它可以自動采樣、預(yù)處理，自動分析、信號處理以及遠傳，是專門用于生產(chǎn)過程的檢測和控制，在過程控制中起著常規(guī)儀表不可替代的重要作用。,3,在線分析系統(tǒng)的構(gòu)成在線分析儀表(on-lineanalyzers)又稱過程分析儀表(processanalyzers),是指直接安裝在工藝過程中,對物料的組成成分或物性參數(shù)進行自動連續(xù)分析的一類儀表。通常在線分析儀表（一般安裝在分析小屋或?qū)ｉT的保護裝置中）和樣品（有氣體、液體、固體）預(yù)處理裝置（一般安裝在取樣點附近）共同組成一個在線測量系統(tǒng)，以保證良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性，其典型的基本組成圖如下圖所示。,4,5,取樣裝置從生產(chǎn)設(shè)備中自動快速地提取待分析的樣品，前級預(yù)處理裝置對該樣品進行初步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，預(yù)處理裝置對該樣品進行進一步步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，還實現(xiàn)流路切換、樣品分配等功能，為分析儀儀表提供符合技術(shù)要求的樣品。公用系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供蒸汽、冷卻水、儀表空氣電源等。樣品經(jīng)分析儀表分析處理后得到代表樣品信息的電信號通過電纜遠傳到DCS。,6,在線分析儀表的分類在線分析儀表分類方法有很多種，常見的分類主要有：按測定方法分:光學(xué)分析儀器、電化學(xué)分析儀器、色譜分析儀器、物性分析儀器、熱分析儀器等。按被測介質(zhì)的相態(tài)分:氣體分析儀和液體分析儀。其中氣體分析儀表包括紅外線分析儀、熱導(dǎo)式氣體分析儀（氫表、氬表）、氧化鋯、磁力機械氧分析儀、熱磁式氧分析儀、磁壓式氧分析儀、激光煙氣分析儀、折射儀、硫比值分析儀、微量水、微量氧、CEMS煙氣分析儀、烴分析儀、色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、拉曼光譜分析儀等等。,7,液體分析儀表主要是常見的水分析儀表包括PH計、電導(dǎo)儀、COD、DO、TOC、ORP、濁度計、氨氮分析儀、水中油、余氯分析儀等等。以上分類方法不是絕對的，比如電容式微量水分儀既可以測量氣體中的微量水分又可以處理液體中的微量水分。但是習(xí)慣上把它歸在氣體分析儀表中。我公司UIO裝置使用的在線分析儀表主要有PH計、電導(dǎo)儀、COD、DO、ORP、濁度儀、余氯儀、硅表、鈉表、可燃氣體檢測器、有毒氣體檢測器、CO分析儀、氧化鋯、CEMS煙氣檢測等。,8,在線分析儀表常用的濃度單位在線分析中氣體濃度的表示方法有:摩爾分數(shù)、體積分數(shù)、質(zhì)量濃度、質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量濃度等。在線分析儀表中最常用的是體積分數(shù)。摩爾分數(shù)：即待測組分的物質(zhì)的量與混合氣體中各組分物質(zhì)的量的總和之比。常用的單位是%、10-6、10-9，即我們以前常用的%vol(摩爾百分比)、ppmmol、ppbmol。體積分數(shù)：即待測組分的體積與混合氣體中各組分體積的總和之比。常用的單位是%、10-6、10-9，即我們以前常用的%vol(體積百分比)、ppmvol、ppbvol。,9,對于理想氣體來說，摩爾分數(shù)=體積分數(shù)，因為在標(biāo)準狀態(tài)下1mol任何氣體的體積都是22.4升。質(zhì)量濃度：即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或夜體）的體積之比。常用的單位是kg/m3、g/m3、mg/m3、mg/l、g/l。質(zhì)量分數(shù)：即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或液體）中各組分的質(zhì)量總和之比。常用的單位是%、10-6、10-9，即我們以前常用的%wt(質(zhì)量百分比)、ppmwt、ppbwt。氣體分析中，一般不單獨使用質(zhì)量分數(shù)表示方法，僅用于氣體和液體混合物濃度之間的相互換算。,10,11,氣體濃度單位換算表1（20、101.325KPa下，空氣中）,在線分析儀表的主要性能指標(biāo)在線分析儀表的性能指標(biāo)含義廣泛，但大體上可以分成兩類。一類性能指標(biāo)與儀器的工作范圍和工作條件有關(guān)。工作范圍主要是指測量對象、測量范圍等；工作條件包括環(huán)境條件、樣品條件、供電供氣要求，儀表的防爆性能和防護等級等。另一類性能指標(biāo)與儀器的分析信號，即儀器的響應(yīng)值有關(guān)。這類指標(biāo)主要有靈敏度、檢出限、重復(fù)性、準確度、分辨率、穩(wěn)定性、線性范圍、響應(yīng)時間等。,12,PH計,PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一詞的縮寫，用來量度物質(zhì)中氫離子的活性。PH值：在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH的濃度都是107mol/L。如：假如有過量的氫離子H+，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+游離的物質(zhì)。同樣，如果氫離子H+并使OH離子游離，那么溶液就是堿性的。所以，給出H+值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為了免于用此分子濃度負冥指數(shù)進行運算，生物學(xué)家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替，并定義為“pH值”。數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數(shù)負值。,13,即：用氫離子濃度表示的PH值；：氫離子的濃度；：氫離子摩爾濃度（量濃度），mol/L。因此，PH值是離子濃度以10為底的對數(shù)的負數(shù)，而氫離子活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。所以工業(yè)上常用PH計來測量水或水溶液的酸堿度。,14,15,PH值與的對應(yīng)關(guān)系圖,PH計測量原理測量PH值的方法很多，主要有化學(xué)分析法、試紙法、電位法?，F(xiàn)主要介紹電位法。電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF）。此電動勢（EMF）由二個半電池構(gòu)成，其中一個半電池稱作測量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)，如H+；另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是測量溶液相通，并且與測量儀表相連。從以上我們對PH測量的原理進行了分析而得知我們只要用一臺毫伏計即可把PH值顯示出來。,16,PH計的構(gòu)成工業(yè)PH計是以電極電位法為原理的在線PH值測定儀，由檢測器（也叫發(fā)送器）和轉(zhuǎn)換器（也叫變送器）兩部分構(gòu)成。檢測器由指示電極（能指示被測離子活度變化的電極）、參比電極（電極電位恒定且不受待測離子影響的電極）組成。當(dāng)被測溶液流經(jīng)檢測器時，電極和被測溶液就形成一個化學(xué)原電池，兩電極間產(chǎn)生一個原電勢，該電勢的大小與被測溶液的PH值成對數(shù)關(guān)系，它將被測溶液的PH值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。常用的指示電極有玻璃電極、銻電極等。常用的參比電極有甘汞電極、銀氯化銀電極等。轉(zhuǎn)換器由電子部件組成，其作用是將電極檢測到的電勢信號放大，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準信號輸出。,17,18,PH測量原理,19,PH參比極結(jié)構(gòu),因無法單獨測量玻璃電極的電勢，因此還需另一支電極即參比電極。這支電極的電勢必須與被測樣品溶液的性質(zhì)無關(guān)。電極的外殼是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其頂部伸出電極引線，引線的下端浸沒在汞中，汞的下端有糊狀甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有離子才能通過，而汞和甘汞不會漏失，小管和大管之間充滿KCl溶液，末端用多孔陶瓷滲入到溶液中，實現(xiàn)電極引線與溶液間的電導(dǎo)通。E=EO+2.3（RTnF）logaCl-；Cl-很大且穩(wěn)定，因此E就恒定,20,PH測量極結(jié)構(gòu),PH玻璃膜電極：SiO2基質(zhì)中加入Na2O、Li2O和CaO燒結(jié)而成的特殊玻璃膜。內(nèi)充0.1mol/LHCl溶液，敏感膜厚度約為0.10mm。再插入一根AgCl-Ag電極作內(nèi)參比電極。水浸泡后，表面的Na+與水中的H+交換，表面形成水合硅膠層。,21,PH測量原理-復(fù)合電極的組成-兩個半原電池,22,PH測量系統(tǒng),23,電極輸出信號與PH的關(guān)系圖,PH計的安裝PH計的安裝有很多種方式，根據(jù)安裝條件的不同安裝方式也不同，主要有插入式、流通池式、投入式等。,24,插入式安裝,流通池安裝,25,投入式安裝,PH計電極校準測量時應(yīng)按說明書規(guī)定期對儀器進行校準。校準時應(yīng)注意：標(biāo)準緩沖溶液溫度盡量與被測溶液溫度接近。定位標(biāo)準緩沖溶液應(yīng)盡量接近被測溶液的pH值?；騼牲c標(biāo)定時，應(yīng)盡量使被測溶液的pH值在兩個標(biāo)準緩沖溶液的區(qū)間內(nèi)。校準后，應(yīng)將浸入標(biāo)準緩沖溶液的電極用水特別沖洗，因為緩沖溶液的緩沖作用，帶入被測溶液后，造成測量誤差。記錄被測溶液的pH值時應(yīng)同時記錄被測溶液的溫度值，因為離開溫度值，pH值幾乎毫無意義。盡管大多數(shù)pH計都具有溫度補償功能，但僅僅是補償電極的響應(yīng)而已，也就是說只是半補償，而沒有同時對被測溶液進行溫度補償，即全補償。,26,PH計電極維護目前工業(yè)上使用的電極大都是復(fù)合電極，其優(yōu)點是使用方便，不受氧化性或還原性物質(zhì)的影響，且平衡速度較快。復(fù)合電極不用時，可充分浸泡3M氯化鉀溶液中。切忌用洗滌液或其他吸水性試劑浸洗。使用前，檢查玻璃電極前端的球泡。正常情況下，電極應(yīng)該透明而無裂紋；球泡內(nèi)要充滿溶液，不能有氣泡存在。在線測量濃度較大的溶液時，不推薦使用接觸時復(fù)合電極，若非用不可時，也要盡量縮短測量時間，用后仔細清洗，防止被測液粘附在電極上而污染電極。,27,清洗電極后，不要用濾紙擦拭玻璃膜，而應(yīng)用濾紙吸干,避免損壞玻璃薄膜、防止交叉污染，影響測量精度。測量中注意電極的銀氯化銀內(nèi)參比電極應(yīng)浸入到球泡內(nèi)氯化物緩沖溶液中，避免電計顯示部分出現(xiàn)數(shù)字亂跳現(xiàn)象。使用時，注意將電極輕輕甩幾下。電極不能用于強酸、強堿或其他腐蝕性溶液。嚴禁在脫水性介質(zhì)如無水乙醇、重鉻酸鉀等中使用。,28,電導(dǎo)儀,定義電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強，反之越小。電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率，=1/。除非特別指明，電導(dǎo)率的測量溫度是標(biāo)準溫度（25）。在國際單位制中,電導(dǎo)率的單位是西門子/米（S/m），其它單位有：s/cm，s/cm。1S/m=0.01s/cm=10000s/cm。工業(yè)電導(dǎo)儀在生產(chǎn)過程主要用于監(jiān)測鍋爐給水和其他工業(yè)用水的質(zhì)量指標(biāo)；監(jiān)視設(shè)備在運行過程中是否有滲漏現(xiàn)象；還可以用來監(jiān)視熱交換器、蒸汽冷凝器等設(shè)備的滲漏情況。,29,電導(dǎo)儀的測量方法電導(dǎo)率的測量通常是溶液的電導(dǎo)率測量。固體導(dǎo)體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測量。電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的測量一般采用交流信號作用于電導(dǎo)池的兩電極板，由測量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電極板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率。電導(dǎo)率測量中最早采用的是交流電橋法，它直接測量到的是電導(dǎo)值。最常用的儀器設(shè)置有常數(shù)調(diào)節(jié)器、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)器和自動溫度補償器，在一次儀表部分由電導(dǎo)池和溫度傳感器組成，可以直接測量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。,30,電導(dǎo)儀的測量原理電導(dǎo)率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板（或圓柱電極），放到被測溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢（為了避免溶液電解，通常為正弦波電壓，頻率13kHz）。然后通過電導(dǎo)儀測量極板間電導(dǎo)。,31,AC,鹽:,酸:,堿:,32,電導(dǎo)率的傳感器常數(shù)K。傳感器由本身的幾何形狀所決定。傳感器常數(shù)K接近于傳感器之間的距離I和傳感器的表面面積A的關(guān)系：,特定的電導(dǎo)率公式:,電導(dǎo)儀的構(gòu)成,33,傳感器,信號電纜,變送器,變送器,信號電纜,傳感器,電導(dǎo)率探頭的種類,34,測量高電阻率（或低電導(dǎo)率）介質(zhì)，如超純水,35,測量中高電導(dǎo)率介質(zhì)，例如相分離過程,36,測量高電導(dǎo)率介質(zhì)，例如濃度檢測,電感式電導(dǎo)探頭,電極探頭的結(jié)構(gòu),37,電纜,O型圈,線圈盒,流通孔,電導(dǎo)儀的安裝電導(dǎo)儀的安裝跟PH計類似，也分為插入式、流通池式、投入式等幾種安裝方式。,38,39,電導(dǎo)儀的維護和一般故障處理維護：當(dāng)電導(dǎo)池安裝在新的管道系統(tǒng)時，建議運行幾天后就進行第一次檢查。觀察電極和池室上有無油污、鐵銹、沉淀等物。如有，則應(yīng)清洗。若被測溶液的電導(dǎo)率大大超過儀表測量范圍的上限，應(yīng)立即切斷電源，并查看電導(dǎo)池是否損壞。若儀表出現(xiàn)不明原因的不正?，F(xiàn)象，如靈敏度下降、死區(qū)增大、儀表指示不穩(wěn)和平衡困難等，這往往表明電極表面有損壞，應(yīng)卸下電導(dǎo)池進行檢查、清洗或更換。,40,常見故障及處理：儀表指示為零故障原因及處理方法：電源沒有接好；檢查供電電路、保險絲；電極回路斷線；檢查電極回路連線。儀表指示最大故障原因及處理方法：檢測器電極連線短路；檢查電極連線；溶液電導(dǎo)率已超過儀表滿刻度；將表內(nèi)溶液排空，如儀表指示能降下來，說明表正常。儀表指示偏高故障原因及處理方法：原因：檢測器兩電極端子間受潮；處理方法：用洗耳球吸去端子間容液，再用過濾紙擦干。,41,溶解氧,概念空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中成為溶解氧，溶解氧是指溶解在水里氧的量，通常記作DO，用每升水里氧氣的毫克數(shù)表示。水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個指標(biāo)。它跟空氣里氧的分壓、大氣壓、水溫和水質(zhì)有密切的關(guān)系。清潔地面水中溶解氧一般接近飽和，20清潔水中飽和溶解氧含量約為9mg/L。水體受有機、無機還原性物質(zhì)污染，會使溶解氧降低。當(dāng)水中溶解氧低于2mg/L時，水體即產(chǎn)生惡臭。,42,溶解氧測量應(yīng)用,43,食品制藥業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測發(fā)酵罐,電廠鍋爐循環(huán)水,水/污水處理污水處理廠自來水廠河流湖泊養(yǎng)漁塘,測量原理目前，常用的DO連續(xù)測定方法是隔膜電極法。其隔膜采用聚四氟乙烯纖維、聚乙烯等組成，用鉑、金作正電極，鋁、鉛作負電極，兩金屬電極浸沒在電解質(zhì)溶液中，電解液用氯化鉀等溶液，電極和電解質(zhì)溶液裝在有氧半透膜的小室內(nèi)。當(dāng)把這種電極浸入測定水中，連通電流測定回路，水中的分子氧透過隔膜擴散到電極表面上，發(fā)生電極反應(yīng)。陽極發(fā)生氧的還原反應(yīng)，陰極進行氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生擴散電流。,44,45,工作電極,絕緣體,絕緣體,e-,e-,O2,O2,O2,H2O,H2O,H2O,OH-,OH-,OH-,e-,e-,O2,工作電極,反電極,極化電壓,測量電流,工作電極的電化學(xué)反應(yīng):O2+2H2O+4e-4OH-,反電極的電化學(xué)反應(yīng)：Ag+Br-AgBr(標(biāo)準)Ag+Cl-AgCl(HD型號),溶解氧探頭的結(jié)構(gòu)隔膜電極式溶解氧分析儀分為原電池型和電解池型兩種。前者的電極反應(yīng)是自發(fā)進行的，后者需要外加電壓，使電極極化。儀器由傳感器（一次儀表）和轉(zhuǎn)換器（二次儀表）兩部分組成，傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示：,46,溶解氧分析儀使用注意事項一些氣體和蒸汽，像氯、二氧化硫、硫化氫、胺、氨、二氧化碳、溴和碘能擴散并通過隔膜，如上述物質(zhì)存在，會影響被測電流而產(chǎn)生干擾。水樣中的溶劑、油類、硫化物、碳酸鹽和藻類會引起隔膜阻塞、隔膜損壞或電極被腐蝕而干擾測定。被測水樣溫度較高時，應(yīng)采取降溫措施，使之符合儀器要求。如在鍋爐給水測量中，一般應(yīng)先用水冷器將問。應(yīng)保證被測水樣有足夠的流速，如流速過慢，薄膜附近電解液中的氫氧根離子可能還原成氧和水，而使儀器讀數(shù)偏低。對儀表進行定期校準。,47,溶解氧分析儀的校準溶解氧分析儀表開機與標(biāo)定開機需等待約20分鐘以便探頭適應(yīng)環(huán)境溫度注意：探頭千萬不可直接受日曬當(dāng)變送器顯示的測量讀數(shù)穩(wěn)定后.按照操作手冊步驟進行標(biāo)定在完成自動標(biāo)定工作后.將探頭浸入測量介質(zhì)中校準方法：用校正液校準用電解配氧法校準在空氣中校準,48,余氯分析儀,概念在自來水和污水處理廠的出水階段，廣泛采用加氯消毒工藝，以殺滅水中的細菌和病毒。在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中，也采用加氯殺菌除藻工藝，因為冷卻水在循環(huán)過程中，由于部分水蒸發(fā)，水中的營養(yǎng)物質(zhì)被濃縮了，細菌等微生物就會大量繁殖，易于形成黏泥污垢，過多的黏泥污垢會導(dǎo)致管道堵塞和腐蝕。加氯消毒一般是指向水中通入氯氣殺死細菌等微生物，通常是采用瓶裝氯氣(Cl2)或者次氯酸鈉(NaClO)。,49,游離氯：氯氣在水中生成HClO和ClO-,HClO和ClO-之和稱為“游離氯”。其中HClO對細菌等微生物有很強的滅殺作用，是游離氯中的有效殺毒成分，所以也將HClO稱為“有效游離氯”。余氯量：是指為抑制水中殘余細菌再度繁殖而余留在水中的氯量，稱為余氯或殘余氯。有人把游離氯稱為余氯，這是不確切的，殺滅細菌后剩余的游離氯才是余氯。為了維持殺滅細菌的效果，出水中始終要保持余氯量在0.51mg/L,在供水管網(wǎng)末端也要保持0.050.1mg/L的余氯。測量出水中剩余游離氯含量的儀器稱為余氯分析儀。,50,51,需要測量的氯應(yīng)該是真正起作用的HClO（次氯酸分子），但是，因HClO是個不穩(wěn)定的分子，會發(fā)生如下反應(yīng)：HClOClO-+H+因此，需測量HClO與ClO-兩個值。HClO：直接由探頭直接測得ClO-：與pH相關(guān)，由已知或測量所得pH值換算，換算由變送器的CPU自動完成。,52,水中的游離氯HClO（自由活性氯）在不同pH條件下會電離弱電解質(zhì)的可逆電離）為ClO-和H+。在pH值9.5條件下，氯以無消毒活性作用的ClO-形式存在。另外，氯的游離性還與溫度關(guān),HClO,ClO-,CIO-與PH值得關(guān)系,余氯分析儀的應(yīng)用場合在線余氯分析儀主要在下列場合使用：自來水廠出水中余氯含量的在線監(jiān)測；污水處理廠出水中余氯含量的在線監(jiān)測；循環(huán)冷卻水中余氯含量的在線監(jiān)測；鍋爐給水處理中余氯含量的在線監(jiān)測。當(dāng)采用經(jīng)過消毒處理的自來水作鍋爐給水進行脫鹽處理時，必須除去自來水中的余氯。因為余氯的存在會破壞離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)，使其強度變差，容易破碎。目前常用的除氯方法有活性炭脫氯法和添加化學(xué)藥劑除氯法。,53,余氯分析儀的探頭結(jié)構(gòu)及工作原理探頭結(jié)構(gòu)在線測量余氯的方法通常采用的是極譜法，也就是電解池法。其傳感器探頭有敞開式傳感器和隔膜式傳感器兩種型式。敞開式傳感器：可測量游離氯和化合氯兩項，但電極與被測介質(zhì)直接接觸，容易受到污染，必須連續(xù)不斷地活化，極化時間長達24小時。隔膜式傳感器：只能測量游離氯，隔膜將傳感器密封，里面有永久性的電解質(zhì)，對于游離氯的測量，它是最好的選擇。,54,隔膜式傳感器的特點由于采用隔膜密封措施，隔膜式傳感器還具有以下優(yōu)點。鐵和硫的化合物等干擾組分不能通過隔膜，從而消除了交叉干擾。通過樣品池的流量30L/h(流速0.3cm/s時，測量值不受被測流量波動影響。測量值不受被測液體電導(dǎo)波動的影響。測量元件被隔膜密封，不會受到污染，因而其維護量小。傳感器極化時間短，一般只需3060min。目前，在線余氯分析儀大多采用隔膜式傳感器。,55,隔膜式傳感器的結(jié)構(gòu)及原理隔膜電極式余氯傳感器是由金制的測量電極和銀制的反電極組成，電極浸入含有氯化物離子的電解質(zhì)溶液中，電極和電解液由隔膜與被測介質(zhì)隔離，然而允許氣體擴散穿過。測量時，電極之間加一個固定的極化電壓，電極和電解液便構(gòu)成了一個電解池。隔膜傳感器具有選擇性，唯一能擴散通過隔膜的化合物是游離氯，能在電極上請反應(yīng)的是次氯酸（HClO），即有效游離氯。,56,反電極（陽極）的電化學(xué)反應(yīng)：2Ag+2Cl-2AgCl+2e-工作電極（陰極）的電化學(xué)反應(yīng)：HClO+2e-Cl-+OH-,57,匹配棒,pH補償電極,流量接近開關(guān),余氯探頭,進水口,出水口,流量指示,30l/h刻度,針閥,端蓋及標(biāo)定口,隔膜式傳感器余氯分析儀的使用注意事項由于受最低流量限制，隔膜電極傳感器只能安裝在流通式樣品池中，而不能安裝在明渠上直接測量。應(yīng)保證通過樣品池的流量30L/h(流速0.3cm/s)，并注意被測水樣的溫度、壓力和pH值不應(yīng)超過儀表允許范圍。被測水樣中不應(yīng)有能在傳感器隔膜上形成淀積物的任何懸浮固體，否則應(yīng)采取過濾措施。定期補充電解液和對傳感器進行校準（零點標(biāo)準液必須經(jīng)活性炭過濾除氯，量程標(biāo)準液可按儀表說明書配置制）,58,濁度儀,概念濁度是用以表示水的渾濁程度的單位。按照國際標(biāo)準化組織ISO的定義，濁度是由于不溶性物質(zhì)的存在而引起液體的透明度降低的一種量度。不溶性物質(zhì)是指懸浮于水中的固體顆粒物（泥沙、腐殖質(zhì)子、浮游藻類等）和膠體顆粒物。水的濁度表征水的光學(xué)性質(zhì)，表示水中懸浮物和膠體物對光線透過時所產(chǎn)生的阻礙程度。濁度的大小不僅與水中懸浮物和膠體物的含量有關(guān)，而且與這些物質(zhì)的顆粒大小、形狀和表面對光的反射、散射等性能有關(guān)。因此，濁度與水中懸浮物和膠體物質(zhì)的濃度并不存在對應(yīng)的關(guān)系。,59,60,當(dāng)一束光線穿過一種液體媒介時,其中的一部分會在其中不溶解的顆粒表面產(chǎn)生折射,這種現(xiàn)象產(chǎn)生濁度的定義.,濁度的單位濁度計的常用單位;FTU：Formazine濁度單位；NTU：散射濁度單位；mg/L：總懸浮固體物質(zhì)濁度單位；EBC：歐洲釀造業(yè)濁度單位。上述單位中，現(xiàn)在普遍采用的是NTU單位，NTU與FTU在數(shù)值上相同，即1NTU=1FTU。mg/L目前用的較少，應(yīng)當(dāng)注意，作為濁度單位的mg/L和作為濃度單位的mg/L是兩個完全不同的概念。,61,濁度儀,濁度的測量方法及濁度計的分類濁度計是測量水的渾濁程度的儀器，各種類型的濁度計都是利用光學(xué)方法進行測量的。按測量方法分，濁度計主要有以下幾種：投射式濁度計測量投射光的強度，即透過被測水樣的光強。散射式濁度計測量散射光的強度，按測量方位的不同，又可分為前散射式、垂直散射式和后散射式三種。散射光和投射光比率式濁度計交替或同時測量散射和投射光的強度，依據(jù)其比值得出濁度。表面散射式濁度計測定照射到水樣表面的散射光的強度。,62,63,幾種濁度計的比較,濁度計的安裝,64,不能安裝的地方:氣體聚集容易產(chǎn)生泡沫可能沉淀懸浮固體顆粒,硅酸根分析儀,概述硅酸根分析儀是分析水中可溶性二氧化硅和硅酸鹽含量的儀器，目前普遍采用鉬藍法測量水中微量硅的含量。由于鉬藍法是先將水中的硅化物轉(zhuǎn)變成可溶性正硅酸（H4SiO4）,通過分析水中硅酸根含量進行測量的，所以將其稱為硅酸根分析儀。水中微量硅的含量，通常換算成每立升水中所含二氧化硅（SiO2）的微克數(shù)來表示，所以也將其稱為二氧化硅分析儀，簡稱硅表。,65,硅酸鹽分析的目的水中硅化物的存在是造成水垢的原因之一。水垢由于其熱導(dǎo)率遠比金屬小，致使影響過濾傳熱，造成熱量損失和燃料浪費，同時也會使鍋爐產(chǎn)生局部過熱而損壞。水垢還會引起沉積物下面金屬的腐蝕，危機鍋爐的安全運行。此外，硅化物由于能溶解在高壓蒸汽中，而被攜帶到汽輪機內(nèi)，在汽輪機的噴嘴和葉片上形成二氧化硅（SiO2）沉積物，危機汽輪機的安全運行。硅表可用來監(jiān)測除硅過程中的除硅質(zhì)量，檢測鍋爐給水中的微量硅含量。,66,鉬藍法硅酸根離子分析儀的測量原理在酸性溶液中，水中硅會與顯色劑鉬酸鹽產(chǎn)生顯色反應(yīng)，生成硅鉬黃，再與還原劑生成硅鉬藍，使溶液呈藍色。藍色的深淺程度又與試劑水中的硅的含量有關(guān)，從而可通過光電比色或分光光度法測定吸光度而求得待測試樣水中的硅含量。硅鉬藍法的分析過程一般可分為三個階段，即顯色、加掩蔽劑和還原。顯色在加有硫酸的酸性溶液中，使水中硅轉(zhuǎn)變成可溶性正硅酸鹽H4SiO4，然后與鉬酸鹽在微酸性溶液中進行顯色反應(yīng)，生成黃色硅鉬雜多酸，稱為硅鉬黃，其分子式為H4SiMo12O40。,67,加掩蔽劑由于水中的鐵、磷和申均能與鉬酸鹽起顯色反應(yīng)，也生成黃色絡(luò)合物，當(dāng)加入還原劑時，又會與硅鉬黃一起被還原成鉬藍，因而會干擾硅的測定。為此，在對硅鉬黃進行還原之前，先加入掩蔽劑（例如酒石酸、草酸），使得干擾離子與掩蔽劑生成無色穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而達到防止干擾分析的目的。還原硅鉬黃在還原劑的作用下，會被還原成藍色的硅鉬雜多酸，稱為硅鉬藍，其分子式為,68,硅分析儀的結(jié)構(gòu)和一般工作過程硅分析儀一般由采樣及預(yù)處理、鉬藍法比色測定和操作-控制三部分組成，待測的工業(yè)用水經(jīng)采用及預(yù)處理后，成為合乎硅表所要求的試樣水，這一段屬于采樣及預(yù)處理部分；對試樣水進行顯色及比色測定到顯示輸出，為比色測定部分；操作控制整個系統(tǒng)的開關(guān)和電磁閥順序動作的為操作控制部分。,69,硅分析儀的一般構(gòu)成框圖,70,水樣泵,試劑泵,清洗液,標(biāo)準溶液,試劑1,試劑2,試劑3,光度計,電磁閥,廢液排放,硅分析儀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部管路,通常硅表的工作過程可分為五個階段：試樣水的準備零點調(diào)整顯色反應(yīng)測定及記錄顯色槽及測量室的洗凈及洗液的排放經(jīng)過上述五個過程便完成了一次硅含量的測定。由于儀表的品牌和型號的不同，整個過程可能用時十到十五分鐘。,71,硅分析儀的安裝維護在線硅硅分析儀的安裝必須認真遵循以下幾點：儀表應(yīng)盡量靠近取樣點。環(huán)境要求清潔，無腐蝕性氣體，濕度低，溫度變化小。安裝地點不應(yīng)有強烈振動。硅表的供電電源應(yīng)穩(wěn)定，周圍不應(yīng)有強電磁場，以免影響儀表示值。安裝地點應(yīng)有排水溝，一供硅表工作過程中排放下水之用。,72,硅分析儀的維護可以從以下幾個方面考慮：樣品水方面試劑方面儀表組件方面環(huán)境方面其中儀表組件方面，主要由以下內(nèi)容：過濾器的檢查及更換；測量槽窗板的清洗；校對濾光片、干涉濾光片及透鏡的清掃；光源燈的更換；試劑計量泵的檢修；電磁閥隔膜的更換。,73,鈉離子分析儀,概述在線鈉表用于測量凝結(jié)水和飽和蒸汽，與氫電導(dǎo)率測量相比，具有相應(yīng)速度快，信號反應(yīng)靈敏的優(yōu)點（氫交換柱有一定的稀釋和延緩作用）?？梢约皶r發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏、經(jīng)處理系統(tǒng)漏鈉和蒸汽品質(zhì)惡化的情況，對減少水汽系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢和蒸汽系統(tǒng)積鹽有重要意義。,74,鈉離子分析儀的測量原理鈉離子分析儀是采用鈉離子選擇性玻璃電極進行測量的。鈉電極對水樣中的鈉離子有敏感性選擇作用，鈉離子在玻璃電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成電壓，變送器根據(jù)能斯特方程將電壓信號轉(zhuǎn)換成鈉離子的濃度.E=EO+2.3（RTnF）Log（CCIso）E:點擊對測得的電位，（mV）EO：鈉濃度為CIso的電位，（mV）R：理想氣體常數(shù)T：水樣的絕對溫度值，Kn：被測離子的價態(tài)（鈉離子為+1價）F：法拉第常數(shù)C：鈉離子的有效濃度（即離子活度）CIso：電極對的電位差測定與溫度無關(guān)時的水樣的鈉離子濃度（活度）,75,上面的方程說明，測量的電位值與溫度和被測離子的濃度有關(guān)，為了消除溫度波動所引起的測量誤差，鈉表不斷從溫度電極獲得的數(shù)據(jù)修正溫度補償；為消除銨離子和氫離子對鈉離子的影響，需要將樣水的pH值調(diào)高?？刹捎孟驑铀屑蛹兊亩惐氛羝姆椒ㄕ{(diào)節(jié)pH值，采用此方法可使pH值恒定且不會產(chǎn)生干擾離子。,76,77,鈉離子分析儀的結(jié)構(gòu),78,COD分析儀,概述COD即化學(xué)需氧量(ChemicalOxygenDemand)是指在規(guī)定的條件下，用氧化劑處理水樣時，在水中溶解性或懸浮性物質(zhì)消耗的該氧化劑的量。計算時折合為氧的質(zhì)量濃度，以mgL表示。還原性物質(zhì)主要是有機物，組成有機化合物的碳、氮、硫、磷等元素往往處于較低的化合價態(tài)。有機化合物在生物降解過程中不斷消耗水中的溶解氧而造成氧的損失，空氣中的氧氣無法及時補充水中的氧氣，從而破壞水環(huán)境和生物群落的生態(tài)平衡，并帶來不良影響。,79,反映水體有機物污染的指標(biāo)還有BOD、TOC等。BOD：生物耗氧量，是指在特定條件下，水中的有機物和無機物進行生物氧化時所消耗溶解氧的質(zhì)量濃度。以mg/L表示。TOC：總有機碳，是指水中溶解性和懸浮性有機物中存在的全部碳含量。COD測量較為方便快速，是目前最普遍的監(jiān)測指標(biāo)，國家規(guī)定的強制排放標(biāo)準。,80,有機物,厭氧缺氧,水體污染,COD的測量方法COD的測量方法根據(jù)氧化劑種類的不同，可分為：1、重鉻酸鉀法在酸性介質(zhì)下以重鉻酸鉀為氧化劑測定化學(xué)需氧量的方法記作CODCr2、高錳酸鉀法測定COD的另一分支，稱為高錳酸鹽指數(shù)(Im)。可分為酸性和堿性的兩種，在氯離子含量較少時，使用前者，在氯離子含量較高（如海水、鹽湖水等）時，使用后者。另外還有紫外光法，有機物對紫外光有一定的吸收作用。測量254nm紫外光消光度得出有機碳的含量。,81,重鉻酸鉀法重鉻酸鉀法測定COD分為2個過程：消解過程水樣中加入一定量的重鉻酸鉀，在強酸性溶液中，加熱迥流2小時，與水中的有機物相互作用。測定過程：（1）滴定法；（2）比色法：,82,水樣、重鉻酸鉀、硫酸銀溶液（催化劑）和濃硫酸的混合液在消解池中被加熱到175，在此期間鉻離子作為氧化劑從價被還原成價而改變了顏色，顏色的改變度與樣品中有機化合物的含量成對應(yīng)關(guān)系，儀器通過比色換算直接將樣品的COD顯示出來。其它無機物如：亞硝酸鹽、硫化物和亞鐵離子將使測試結(jié)果增大，將其需氧量作為水樣COD值的一部分是可以接受的；抗干擾：主要干擾物為氯化物，加入硫酸汞形成絡(luò)合物去除；分析儀能夠自動檢測出消解完畢的時間。,83,84,重鉻酸鉀法所用的試劑,85,消解過程,86,測定過程,COD分析儀的構(gòu)成1.活塞泵2.計量試管3.閥單元4.下液位測量光度計5.上液位測量光度計6.光度計7.消解單元,87,分析處理單元,88,1.托盤2.試劑3.安全面板4.進樣管5.廢液排放管6.電源線7.屏蔽電纜口8.儀器外殼9.RS232界面10.液晶顯示屏11.操作鍵盤12.儀器門,外部成套單元,COD分析儀的安裝,89,1.潛水泵2.手動閥3.溢流杯4.電源插座5.在線COD分析儀6.廢液管7.廢液容器,COD分析儀的安裝位置要求環(huán)境要求：室內(nèi)安裝環(huán)境溫度：540范圍內(nèi)（41104）干燥、通風(fēng)，易于進行溫度控制的地方緊鄰樣品源，減少取樣管路和減少分析滯后易于廢液排放干燥環(huán)境，避免陽光直射；安裝方式：壁掛安裝或獨立支架安裝,90,可燃氣體及有毒氣體檢測器,概述可燃氣體檢測儀就是氣體泄漏檢測報警儀器。當(dāng)工業(yè)環(huán)境中可燃氣體泄露時，當(dāng)氣體報警器檢測到氣體濃度達到報警器設(shè)置的臨界點時，可燃氣體報警器就會發(fā)出報警信號，以提醒工作人員采取安全措施，從而保障安全生產(chǎn)?？扇細怏w檢測儀，主要用于檢測空氣中的可燃氣體，常見的如氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。,91,爆炸極限的概念“LEL”是指爆炸下限?？扇細怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限簡稱%LEL。英文：LowerExplosionLimited。爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃氣體在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發(fā)生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會發(fā)生爆炸。因此，在進行爆炸測量時，報警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的25%LEL以下。,92,可燃氣體檢測器的分類一、按自身形態(tài)可分為：固定式氣體檢測儀便攜式氣體檢測儀二、按照檢測采樣方式：擴散式氣體檢測儀泵吸式氣體檢測儀,93,固定式氣體檢測儀,便攜式氣體檢測儀,便攜式氣體檢測儀便攜式可燃氣體檢測儀為手持式，工作人員可隨身攜帶，檢測不同地點的可燃氣體濃度，便攜式氣體檢測儀集控制器，探測器于一體，小巧靈活、操作簡便、開機就能檢測，可以對動火前的可燃氣體濃度檢測，各種燃氣管道燃氣設(shè)備的檢漏。,94,固定式氣體檢測儀固定式可燃氣體檢測儀由報警控制器和探測器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點進行控制，探測器安裝于可燃氣體最易泄露的地點，其核心部件為內(nèi)置的可燃氣體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)娇刂破?，氣體濃度越高，電信號越強，當(dāng)氣體濃度達到或超過報警控制器設(shè)置的報警點時，報警器發(fā)出報警信號。,95,泵吸式與擴散式氣檢儀泵吸式氣體檢測儀是儀器配置了一個小型氣泵，其工作方式是電源帶動氣泵對待測區(qū)域的氣體進行抽氣采樣，然后將樣氣送入儀表進行檢測。泵吸式氣體檢測儀的特點是檢測速度快，對現(xiàn)對危險的區(qū)域可進行遠距離測量，維護人員安全。擴散式氣體檢測儀是被檢測區(qū)域的氣體隨著空氣的自由流動緩慢的將樣氣流入儀表進行檢測。這種方式受檢測環(huán)境的影響，如環(huán)境溫度、風(fēng)速等。擴散式氣體檢測儀特點是成本低。,96,97,可燃氣體檢測器的結(jié)構(gòu),98,99,有毒氣體檢測器的結(jié)構(gòu),可燃氣體報警控制器,100,紅外線氣體分析儀,概述紅外線是一種看不見的光，其波長范圍為0.781000微米。它在紅光界限以外，所以得名紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.751.5m之間；中紅外線，波長為1.506.0m之間；遠紅外線，波長為6.0l000m之間。,101,紅外線分氣體析儀的工作原理其工作原理是基于某些氣體對紅外線的選擇性吸收。紅外線分析儀常用的紅外線波長為212m。簡單說就是將待測氣體連續(xù)不斷的通過一定長度和容積的容器，從容器可以透光的兩個端面的中的一個端面一側(cè)入射一束紅外光，然后在另一個端面測定紅外線的輻射強度，然后依據(jù)紅外線的吸收與吸光物質(zhì)的濃度成正比就可知道被測氣體的濃度。朗伯比爾定律指的是當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時,其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這就是紅外線氣體分析儀的測量依據(jù)。,102,紅外線氣體分析儀的特點1、能測量多種氣體除了單原子的惰性氣體和具有對稱結(jié)構(gòu)無極性的雙原子分子氣體外，CO、CO2、NO、NO2、NH3等無機物、CH4、C2H4等烷烴、烯烴和其他烴類及有機物都可用紅外分析器進行測量；2、測量范圍寬可分析氣體的上限達100%，下限達幾個ppm的濃度。進行精細化處理后，還可以進行痕量分析；3、靈敏度高具有很高的監(jiān)測靈敏度，氣體濃度有微小變化都能分辨出來；4、測量精度高一般都在+/-2%FS,不少產(chǎn)品達到+/-1%FS。與其他分析手段相比，它的精度較高且穩(wěn)定性好；5、反應(yīng)快響應(yīng)時間一般在10S以內(nèi)6、有良好的選擇性紅外分析器有很高的選擇性系數(shù)，因此它特別適合于對多組分混合氣體中某一待分析組分的測量，而且當(dāng)混合氣體中一種或幾種組分的濃度發(fā)生變化時，并不影響對待分析組分的測量。,103,紅外分析儀基本結(jié)構(gòu)及主要部件紅外線氣體分析儀一般由氣路和電路兩部分組成，它的氣路和電路的聯(lián)系部件也是核心部分是發(fā)送器，發(fā)送器是紅外分析儀的“心臟”部分，它將被測組分濃度的變化轉(zhuǎn)為某種電參數(shù)的變化，并通過相應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。發(fā)送器由光學(xué)系統(tǒng)和檢測器兩部分組成，主要構(gòu)成部件有如下一些，紅外輻射光源、氣室和濾光元件、檢測器。,104,105,常見紅外線氣體發(fā)送器示意圖,一個是測量室，一個是參比室。兩室通過切光板以一定周期同時或交替開閉光路。在測量室中導(dǎo)入被測氣體后，具有被測氣體特有波長的光被吸收，從而使透過測量室這一光路而進入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進入到紅外線接收氣室的光通量就越少；而透過參比室的光通量是一定的，進入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測氣體濃度越高，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。這個光通量差值是以一定周期振動的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內(nèi)封有濃度較大的被測組分氣體，在吸收波長范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動的光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓?，再可根?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來檢測，經(jīng)過放大處理后指示出被測氣體濃度。,106,紅外線氣體分析儀調(diào)校的主要內(nèi)容和要求相位平衡調(diào)整調(diào)整切光片軸心位置，使其處在兩束紅外光的對稱點上。要求切光片同時遮擋或同時漏出兩個光源，即所謂同步，使兩個光路作用在檢測器室兩側(cè)窗口上的光面積相等。光路平衡的調(diào)整調(diào)整參比光路上的偏心遮光片，改變參比光路的光通量，使測量、參比兩光路的光能量相等。零點和量程校準分別通零點氣和量程氣，反復(fù)校準儀表零點和量程。,107,常見故障及處理紅外線氣體分析儀種類很多，故障和處理方法也不盡相同，下表列出了一些常見的故障及其處理方法。,108,109,氧分析儀,概述在很多化工生產(chǎn)過程中，都會有氧氣參與化學(xué)反應(yīng)，需要將氧含量控制在一定的范圍內(nèi)，比如一些反應(yīng)釜內(nèi)如果其內(nèi)部氧含量過高可能會引起爆炸的危險，如果氧含量過低，則可能其反應(yīng)不完全；再比如鍋爐的燃燒控制，其風(fēng)量和燃煤量、油量或燃氣量也要有一定的比例，使煤、油或燃氣能夠充分的燃燒，又不至于風(fēng)量過大，造成能源浪費，如果燃燒不夠充分，則會產(chǎn)生大量的CO及粉塵，既造成了環(huán)境的污染，又浪費了大量的能源，所以這就要求我們?nèi)z測鍋爐尾氣中的氧氣含量。,110,氧分析儀的分類測量氧氣含量的分析儀有很多種，主要有以下幾種：順磁式氧分析儀順磁式氧分析儀也可叫做磁效應(yīng)式氧分析儀、或磁式氧分析儀，它一般分為磁機械式、磁壓力式和氧熱磁對流式分析儀三種。微量氧分析儀微量氧分析儀是燃料電池式分析儀，既可以測量微量氧，也可以測量常量氧。氧化鋯分析儀氧化鋯是屬于電化學(xué)法氧分析儀，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，反應(yīng)迅速，測量范圍廣等特點。,111,順磁式氧分析儀順磁式氧分析儀是根據(jù)氧氣的體積磁化率比一般氣體高得多，在磁場中具有極高的順磁特性的原理制成的一種測量氣體中含氧量的分析儀器。任何物質(zhì)，在外界磁場的作用下，都會被磁化，呈現(xiàn)出一定的磁特性。物質(zhì)在外磁場中被磁化，其本身會產(chǎn)生一個附加磁場，附加磁場與外磁場方向相同，該物質(zhì)被吸引，表現(xiàn)為順磁性；方向相反，該物質(zhì)被排斥，表現(xiàn)為逆磁性。氣體介質(zhì)處于磁場也會被磁化，而且根據(jù)氣體的不同也分別表現(xiàn)出順磁性或逆磁性。,112,測量原理,113,磁力機械式氧分析儀光學(xué)測量系統(tǒng)原理圖,測量原理在一個封閉的氣室中，裝有兩對不均勻的磁極，它們的磁場強度梯度正好相反。兩個空心球（俗稱啞鈴）置于兩對磁極的間隙中，用彈性金屬帶固定在殼體上，這樣，啞鈴只能以金屬帶為軸轉(zhuǎn)到而不能上下移動。在啞鈴與金屬帶交點處裝一平面反射鏡。被測樣氣由入口進入氣室后，它就充滿了氣室。兩個空心球被樣氣所包圍，被測樣氣的氧含量不同其體積磁化率k值也不同，球體所受到的作用力就不同。如果啞鈴了的兩個空心球體積相同，體積磁化值相等，兩個球體受到的力大小相等、方向相反，對于中心支撐點金屬帶而言，它受到的是一個力偶的作用，這個力偶促使啞鈴以金屬帶為軸心偏轉(zhuǎn)，在啞鈴做角位移的同時，金屬帶會產(chǎn)生一個抵抗啞鈴偏轉(zhuǎn)的復(fù)位力矩，與轉(zhuǎn)動力矩相平衡，被測樣氣中的氧含量不同，旋轉(zhuǎn)力矩和恢復(fù)力矩的平衡位置不同，也就是啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度不同，這樣，啞鈴偏轉(zhuǎn)角度的大小，就反映了被測氣體中氧含量的多少。,114,微量氧分析儀微量氧分析儀屬于燃料電池式分析儀。燃料電池是指原電池中的一種類型。原電池式氧分析儀中的電化學(xué)反應(yīng)可以自發(fā)地進行，不需要外部供電，其綜合反應(yīng)是氣樣中的氧和陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果生成陽極氧化物，這種反應(yīng)類似于氧的燃料反應(yīng)，所以這類原電池也稱為“燃料電池”，以便與其他類型的原電池相區(qū)別，安裝有這類原電池的分析儀，我們稱之為燃料電池分析儀。由于陽極在反應(yīng)中不斷消耗，因而電池需要定期更換。,115,常見的化學(xué)燃料電池結(jié)構(gòu)圖,116,1FEP制成的氧擴散膜；2電解液（乙酸）；3用于溫度補償?shù)臒崦綦娮韬拓撦d電阻；4外電路信號輸出；5石墨陽極；6金陽極,酸性液體燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖,堿性液體燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖,氧化鋯分析儀在許多生產(chǎn)過程中，特別是燃燒過程和氧化反應(yīng)過程中，測量和控制混合氣體中的氧含量是非常重要的。電化學(xué)法（氧化鋯屬電化學(xué)類）是目前工業(yè)上分析氧含量的一種方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，反應(yīng)迅速，測量范圍廣等特點。氧化鋯氧量計是電化學(xué)分析器的一種，可以連續(xù)分析各種工業(yè)鍋爐和爐窯內(nèi)的燃燒情況，通過控制送風(fēng)來調(diào)整過?？諝庀禂?shù)值，以保證最佳的空氣燃料比，達到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。這里以氧化鋯氧量計為例介紹氧含量的檢測原理。,117,測量原理在一個高致密的氧化鋯固體電解質(zhì)的兩側(cè)，用燒結(jié)的方法制成幾微米到幾十微米厚的多孔鉑層作為電極，再在電極上焊上鉑絲作為引線，就構(gòu)成了氧濃差電池，如果電池左側(cè)通入?yún)⒈葰怏w（空氣），其氧分壓為p0；電池右側(cè)通入被測氣體，其氧分壓為p1（未知）。設(shè)p0p1，在高溫下（650850），氧就會從分壓大的p0一側(cè)向分壓小的p1側(cè)擴散，這種擴散，不是氧分子透過氧化鋯從P0側(cè)到P1側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過氧化鋯的過程。在750左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，在電池的P0側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個氧分子從鉑電極取得4個電子，變成兩個氧離子（O2-）進入電解質(zhì)，即：O2（P0）+4e2O2-,118,119,氧濃差電池原理圖,P0側(cè)鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽極。這些氧離子進入電解質(zhì)后，通過晶體中的空穴向前運動到達右側(cè)的鉑電極，在電池的P1側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即：2O2-4eO2（P1）P1側(cè)鉑電極由于大量得到電子而帶負電，成為氧濃差電池的負極或陰極。這樣在兩個電極上，由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電動勢。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個電極連成電路時，負極上的電子就會通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過。氧濃差電動勢的大小，與氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)氣體中的氧濃度有關(guān)。據(jù)此我們就可以知道被測氣體中的氧含量。在特定的溫度下氧的體積分數(shù)%O2與氧濃差電勢（mV）存在特定的對應(yīng)關(guān)系。與熱電偶的分度值相類似。,120,氧化鋯的分類根據(jù)氧化鋯探頭的結(jié)構(gòu)形式和安裝方式的不同，我們可把氧化鋯分析儀分為四類直插式氧化鋯分析儀抽吸式氧化鋯分析儀自然滲透式氧化鋯分析儀色譜用檢測器氧化鋯分析儀目前大量使用的是直插式氧化鋯分析儀。,121,直插式氧化鋯分析儀直插式氧化鋯探頭式檢測器，主要用于煙道氣分析，它主要分為以下幾種類型：中、低溫直插式氧化鋯探頭這種探頭適用于煙氣溫度0650（最佳煙氣溫度350550）的場合，探頭中自帶加熱爐。主要用于火電廠鍋爐、620t/h工業(yè)爐等，這是目前使用量最大的一種探頭。帶導(dǎo)流管的直插式氧化鋯探頭這也是一種中低溫直插式氧化鋯探頭，但探頭較短（400600mm），帶有一根長的導(dǎo)流管，先用導(dǎo)流管將煙氣引導(dǎo)到爐壁附近，再用探頭進行測量。這主要用于大型、爐壁比較厚的加熱爐。燃煤爐宜選帶過濾器的直插式探頭，不宜選導(dǎo)流式探頭，其原因是容易形成灰堵，而燃油爐，這兩種都可以用。高溫直插式氧化鋯探頭這種探頭本身不帶加熱爐，靠高溫?zé)煔饧訜幔m用于700900的煙氣測量，主要用于電廠、石化廠等高溫?zé)煔夥治霏h(huán)境。,122,直插式氧化鋯分析儀的結(jié)構(gòu),123,氧化鋯分析儀的校準氧化鋯分析儀在使用過程中存在許多干擾因素，如鋯管的老化、積灰、SO2和SO3對電極的腐蝕等。運行一段時間后，儀器的性能會逐漸變化，給測量帶來誤差，因此必須定期對儀器進行校準，校準周期通常為13個月，這要看儀器的使用環(huán)境和使用情況而定。校準時，不能使用純N2作為零點氣，通常零點氣應(yīng)為滿量程的10%；量程氣是滿量程的90%；現(xiàn)場采用的是干燥空氣作為量程氣；零點氣則采用100ppmO2，這是因為到，零點在100ppm以下，標(biāo)氣誤差對儀器的影響太大且校驗吹掃時間太長，又不易吹到位；測量值采用測量線性的下延線。實踐證明，這種方法是明確而有效的。,124,125,直插式氧化鋯分析儀,