自动化技术与仪表 第三章检测仪表 第3.6节 气体成分分析仪表

➢ 它对被分析的多组分混合物采取先分离，后检测的方法 进行定性、定量分析。
图7. 11 早期色谱分离
➢ 7.3.4.1 色谱法简介
➢ 色谱柱、固定相、流动相、分析
样品
➢ 7.3.4.2 色谱分析原理
➢ 色谱分析的基本原理是根据不同
物质在固定相和流动相所构成的
体系,即色谱柱中具有不同的分 配系数而进行分离的。
• 电化学式 如电导式、电量式、电位式、电解式、氧化锆、酸度计、离子浓度计 • 热学式 如热导式、热谱式、热化学式等； • 磁学式 如磁式氧分析器、核磁共振分析仪等 • 射线式 如射线分析仪、 射线分析仪、同位素分析仪、微波分析仪等； • 光学式 如红外、紫外等吸收式光学分析仪，光散射、光干涉式光学分析仪等； • 电子光学式和离子光学式 如电子探针、离子探针、质谱仪等； • 色谱式 如气相色谱仪、液相色谱仪等； • 物性测量仪表 如水分计、粘度计、密度计、湿度计、尘量计等；
➢ 干、湿球温度与空气或其他气体中 水蒸汽的分压 之间的关系：
Pw Pws AP(td tw )
pws ：湿球温度下的饱和水汽分压； p ：湿空气或其他湿气体的总压； A ：仪表常数，它与风速和温度传感器 的结构因素有关。 pds ：干球温度下的饱和水汽压；
图7. 23 干湿球测温示意图
pw pws AP(td tw )
7.3.6.1 湿度的表示方法
（3）露点温度
在一定压力下，气体中的水汽含量达到饱和结露时的温度，以℃ 为单位。(露点温度越低，水分含量越少，湿度越小)
（4）百分含量
水蒸汽在混合气体中所占的体积百分数，单位以%表示。
（5）水汽分压
指在湿气体的压力一定时，湿气体中水蒸汽的分压力，单位以毫 米汞柱表示。

检测仪表的品质指标
相对百分误差δ
允许误差δ允
检测仪表的品质指标
精确度等级
仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号
仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允
越小，表示仪表的精确度越高。目前常用的精确度等级有
0.005，0.02，0.05，0.1，0.2， 0.4，0.5，1.0，1.5， 2.5，4.0等。
式中， δ f 为线性度（又称非线性误差）；Δ fmax为校准曲
线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
检测仪表的品质指标
6. 重复性
重复性是表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量 程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标 定的特性曲线一致，重复性就好，重复性误差就小。
检测系统中的常见信号类型
秒基准：以铯原子（133）的原子基态两个超精 细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。
千克基准：以铂铱合金制成、底面直径为39毫 米、高为39毫米的国际千克原器（圆柱体）的 质量。
……….
检测仪表
检测仪表 用来检测生产过程中的各个有关参数的技 术工具。
检测过程 参数检测就是用专门的技术工具，依靠能 量的变换、实验和计算找到被测量的值。
测量过程与测量误差
测量误差按表示方法的不同，分为绝对误差和相对误差
• 绝对误差
xI：仪表指示值， xt ：被测量的真值。
由于真值无法得到
x：被校表的读数值， x0 ：标准表的读数值。
相对误差
检测仪表的品质指标
1. 检测仪表的准确度（或精确度)与允许误差 2. 检测仪表的恒定度与变差 3. 灵敏度 与灵敏限（或分辨率） 4. 反应时间 5. 线性度 （δ f） 6. 重复性 （重复性误差）

对于彼此之间无相互作用的多种组分的混合气体它的导热系数可以近似地认为是各组分导热系数的加权平均值气体名称相对导热系数气体名称相对导热系数空气1000一氧化碳09647130二氧化碳06141015二氧化硫0344591甲烷1318氧化氢0538乙烷080791气体在种组分的体积百分含量
第9章 成分分析仪表
图9-9 氯化锂湿敏传感器
（3）陶瓷湿敏传感器 陶瓷湿敏传感器感湿原理是利用陶瓷烧结体微结晶表 面对水分子吸湿或脱湿，使电极间的电阻值随相对湿度而 变化。
(a)元件结构
(b) 电阻 -相对湿度特性曲线
图9-10烧结式陶瓷湿敏传感器
（4）高分子聚合物湿敏传感器 作为感湿材料的高分子聚合物能随所在环境的性对湿 度的大小成比例地吸附和释放水分子。这类高分子聚合物多 是存种具在材有，料较可可小以制介很成电大电常地容数提式的高湿电聚敏介合传质 物 感（的器介，电测?2r常定～?数其7）（电，容由量于的83?水）变r 分?，化子用，的这即 可得知对应的环境相对湿度。
干湿球湿度计的使用十分广泛，常用于测量空气的相 对湿度。由两支温度计组成，一只用来直接测量空气的温 度，称为干球温度计。另一只在感温部位包有被水浸湿的 棉纱吸水套，并经常保持湿润，称为湿球温度计，如图9-8 所示。
tw td
图9-8 干湿球测温示意图
相对湿度为：
? ? pw ? pws ? A(td ? tw ) （9-6）
9.3 工业常用自动分析仪表
工业用自动分析仪表种类很多，我们仅介绍其中较 常用的热导式气体分析器、红外线气体分析器、氧化锆 氧分析器、气相色谱分析仪、酸度检测仪表和湿度检测 仪表。
9.3.1 热导式气体分析器
热导式气体分析器是一种使用最早的、应用较广的 物理式气体分析器，它是利用不同气体导热特性不同的原 理进行分析的。

通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和 能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显 示仪表所组成。
3.3 流量检测及仪表
1.节流现象与流量基本方程式 （1）节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前 后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现 象。 节流装置包括节流件和取压装置。
环室取压法能得到较好的测量精度，但是加工制造和安装 要求严格，如果由于加工和现场安装条件的限制，达不到 预定的要求时，其测量精度仍难保证。 所以，在现场使用时，为了加工和安装方便，有时不用环 室而用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。
3.3 流量检测及仪表
优点
缺点
标准孔板
流体经过孔板后压力损失 应用广泛，结构简 大，当工艺管道上不允许 单，安装方便，适 有较大的压力损失时，便 用于大流量的测量 不宜采用。
（1）流量变送部分
图3-27 差动变压器结构
3.3 流量检测及ຫໍສະໝຸດ 表若将转子流量计的 转子与差动变压器的铁
转换原理
芯连接起来，使转子随
流量变化的运动带动铁 芯一起运动，那么，就 可以将流量的大小转换 成输出感应电势的大小。
3.3 流量检测及仪表
（2）电动显示部分
可逆电机
凸轮
图3-28 LZD系列电远传转子流量计
3.3 流量检测及仪表
② 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。
a) 取压点应在节流装置的上半部。 b) 引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度 ，以使引压导管中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和 排放阀，如图3-22所示。 ③ 图测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必须解决蒸 3-22 测量气体流量时的连接图 图3-23 测量蒸汽流量的连接图 汽冷凝液的等液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量 1—节流装置；2—引压导管； 1—节流装置；2—凝液罐； 精度的影响。常见的接法见图 3-23 所示。 3—差压变送器；4—贮液罐；