十大工业常用分析仪表超精细讲解！

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1、十大工业常用分析仪表超精细讲解！展开全文在线分析，指对物料的组成成份以及各种 物理化学特性进行分析测量。本文主要讲解十 种常用工业分析仪表，帮助大家学习和了解分 析仪表，并掌握。在石油化生产过程中，通过控制生产过程的压力、流量、物位、 温度等参数来稳定生产，保证产品质量，是一种间接控制方法。因为 这些参数并不能给出生产过程中原料、中间产物及最终产品的质量情 况，现代化工业的发展要求能按生产过程中产品的质量去直接控制生 产过程，实现最优的操作和管理，使生产真正地达到优质、高产、安 全、低耗。这就促进了自动成分分析仪表的迅速发展。常见分析仪表的种类通常自动分析仪表（也称过程分析仪表或在线分析仪表）

2、是与试 样预处理系统组成一个分析测量系统，以保证良好的环境适应性和高 的可靠性，以使分析仪表的示值能代表被检测的成分。分析方法： 定期取样，通过实验室测定的实验室分析方法。 利用自动分析仪表连续测定被测物质的含量或性质。仪表的选择：仪器和仪表是基于多种测量原理，因此，在进行分 析和测量时需根据被测物质的物理和化学性质，来选择适当的手段和 仪表。按照测量原理不同，可以分为以下几类： 电化学式（电导式、电位式、酸度计、离子浓度计） 热学式（热导式、热谱式、热化学式） 磁学式（核磁共振分析仪） 射线式（X射线分析仪、微波分析仪） 光学式（红外、紫外等吸收式光学分析仪、光散射、干涉式光 学分析仪） 电

3、子光学式和离子光学式（电子探针、离子探针） 色谱式（气相和液相色谱仪） 物性测量仪表（水分计、粘度、密度、湿度计） 其他（晶体振荡式分析仪、半导体气敏传感器） 其中只有部分类型可以实现自动分析功能。十种工业常用分析仪表1. 热导式气体分析仪（thermal con ducta nee） 工作原理：不同气体导热特性（导热系数）不同而进行分析。用途：分析混合气体中H2、C02、NH3、S02等组分的百分含 量。 特点：使用最早的物理式气体分析器；结构简单、工作稳定、体 积小，生产中使用较多。导热率的特点：气体的导热率不同一氢和氦最强，C02和S02 较弱；还与气体的温度有关；混合气体的导热率可以近

4、似认为是各组 分导热率的算术平均值，即：如果被测组分的热导率为入1体积百分含量为cl,其余组分为背景 组分，热导率近似为入2,则有：应用这个公式须满足两个条件： 混合气体中除了待测组分外，其余各组分的导热系数应相同或 十分接近； 待测组分的导热系数与其余组分的导热系数要有显著的差别, 差别越大,灵敏度越高,即由于待测组分浓度变化引起的混合气体的入 的变化越大。若不满足这个条件可进行预处理。案例：如分析烟道中的CO2含量，已知其中的组分有C02、N2、 CO、S02、H2、02及水蒸气等，S02和H2的热导率相差太大， 应在预处理时除去。剩下的背景气体热导率相近,并与被测气体 C02 的热导率有

5、显著差别,所以可以用热导法进行测量。2. 红外线(in frared)气体分析仪一光学分析仪表 基本原理：利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的 特性来进行分析的。 特点：测量范围宽；灵敏度高,精度高；反应速度快、选择性好, 通用性好。用途：连续分析混合气体中C02、NH3、CO、CH4等气体的 浓度。气体在红外波段内有其特征的吸收峰。主要是利用225|jm之间 的一段红外光谱。 测量原理：红外光源发出的平行红外线，被测组分选择性的吸收 其特征波长的辐射能，红外线强度将减弱，当入射红外线强度和气室 结构等参数确定后，测量红外线的透过强度，就可以确定被测组分浓 度的大小。红外线通过吸收物

6、质前后强度的变化与被测组分浓度的关系服从 朗伯-贝尔定律：丨一KCL式中K为被测组分吸收系数；C为被测组分浓度；L为光线通过被 测组分的吸收层厚度。当入射红外线强度和气室结构等参数确定后，测量红外线的透过 强度就可以确定被测组分浓度的大小。 分类： 非色散（非分光）型一由红外辐射发出连续的红外光谱，包括 被测气体特征吸收峰波长的红外线在内。被分析气体连续通过测量气 样室，被测组分将选择性的吸收其特征波长红外线的辐射能，使从气 样室透过的红外线的强度减弱。 色散（分光）型一单色光测量方式，利用两个固定波长的红夕卜 线通过气样室，被测组分选择性的吸收一个波长的辐射能而不吸收另 一个，测量两个波长辐

7、射能的透过比，可知被测组分浓度。 组成：红外辐射源、测量气样室、红外探测装置3. 氧化锆（zirc onia）氧分析器一电化学分析方法氧化锆(ZrO2 )是一种陶瓷固体电解质，高温下具有良好的离 子导电特性。 基本工作原理：基于氧浓差电池。在纯氧化锆中掺入低价氧化物 如氧化钙等，在高温培烧后形成稳定的固熔体，作氧浓差电池的两个 电极，两侧气体含氧量不同时，在电极间将产生电势，此电势与两测 气体中的氧浓度有关，称为浓差电势。 特点：适用于高温环境下的氧含量测量，灵敏度高、稳定性好、 响应快，测量范围宽，不需要复杂的采样和预处理系统，它的探头可 以直接插入烟道中连续地分析烟气中的氧含量。氧化锆分析

8、器正常工作的必要条件：P123。 安装方式：直插式和抽吸式两种。4. 气相色谱仪(gas chromatography)物理式分析仪表 基本工作原理：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。被分析的试样由载气带 入色谱柱，色谱柱内有固体吸附剂或固定液，对不同的气体有不同的 吸附能力或溶解能力，但对载气的吸附能力要比样品组分弱得多。由 于样品各组分在固定相上吸附或溶解能力的不同，被载气带出的先后 次序也就不同，从而实现了各组分的分离。先后流出的不同组分经检 测器检测和相关信号处理后得到结果。色谱分析仪器包括分离和分析 两个技术环节。 一种物理式分析仪表

9、，可以一次完成对混合试样中几十种组分的 定性或定量分析。 优点：高效、快速、灵敏。可以一次完成对混合试样中几十种组 分的定性或定量分析。谱柱固定相成分及色谱柱长度、温度、载气流速等条件不变情况下， 对各组分流出时间标定后，可以根据色谱峰出现的不同时间进行定性 分析，色谱峰的高度或面积可以代表相应组分在样品中的含量，用已 知浓度试样进行标定后可以作定量分析。样气J预处理系统拝气y4预 处 理載气吒源/*色谱柱色谱仪的基本流程如上图所示，进人取样装置，再流人色谱柱，分离后的组分经检测器检测，相关信 号经处理后输出。常用的检测器有热导式检测器、氢燃电离检测器。 热导式检测器：属于浓度型检测器，其响应

10、值正比与组分浓度。 氢燃电离检测器：基于物质的电离特性，只能检测有机碳氢化 合物等在火焰中课分离的组分，属于质量型检测器，其响应值正比于 单位时间内进入检测器的组分的质量。5. 半导体气敏传感器 敏感材料：半导体材料 特点：难以消除其他共存气体的影响，线性范围窄，只用于定性 及半定量的检测。灵敏度高、成本低、测量简单，仍应用最普遍、最 有使用价值。 分类：按照半导体的物性变化特点，分为： 电阻型：利用气敏元件在接触被测气体后电阻值的变化来检测气 体的成分或浓度。非电阻型：根据气敏元件对气体的吸附和反应，使其某些相关特 性发生变化，对气体进行直接或间接的检测。按照半导体与气体的相互作用是在其表面

11、或内部，可分为表面控 制型和体控制型。1.电阻型半导体气敏传感器： 原理：气体在半导体表面的氧化或还原反应引起半导体载流子数 量的增加或减少，从而使敏感元件电阻值发生相应的变化。 气体的分类：氧化型气体（如 O2 等具有负离子吸附倾向）和还 原型气体（如H2、CO、碳氢化合物和醇类等具有正离子吸附倾向）， 当还原型气体吸附到 N 型半导体（氧化锡、氧化锌、氧化钛等），氧 化型气体吸附到 P 型半导体（氧化钼、氧化铬等）时载流子增多，敏 感元件电阻值将减小。2.非电阻型半导体气敏传感器利用 MOS 二极管的电容-电压特性变化和 MOS 场效应管的阈值 电压的变化等性质制成。这类器件的特性尚不够稳

12、定，目前只能用作 气体泄漏的检测。6. 工业酸度计 工业酸度计属于电化学分析方法，用来在线测量溶液的酸碱度， 广泛应用于石化、轻纺、食品、制药工业以及水产养殖、水质监测等 方面。 溶液的酸碱度的表示方法：用氢离子的浓度的大小表示，用 PH 值来表示：= lg矿 PH值的检测：采用电位测量法。电位测量法：根据电化学原理，任何一种金属插入导电溶液中， 在金属与溶液之间将产生电极电位，其与金属和溶液的性质及溶液的 浓度、温度有关。 PH测量电池： 结构：由参比电极和测量电极及被测溶液共同组成。参比电极的 电位是一个固定值。测量电极的电极电位则随溶液氢离子浓度而变化， 电池的电动势为参比电极与测量电极

13、之间的电极电位的差值，其大小 代表氢离子浓度。电池的电势E与被测溶液的PH值之间的关系： = 23031g/f+ = -2303PHAK为气体常数R 8314 JKmol K);T热力学温度，區；电极的结构： 参比电极：一般为两种：甘汞电极或银-氯化银电极。a. 甘汞电极：E0=+0.2458Vb. 银-氯化银电极:E0=+0.197V 测量电极：玻璃电极。测量原理：PH值测量中，以玻璃电极作为测量电极，以甘汞电 极作为参比电极的测量系统应用较多。总电势E : 参比电极一般为甘汞电极或银-氯化银电极，测量电极中用的最 广的是玻璃电极。此类测量电池的输出电势在温度恒定时与 PH 值(1-10范围

14、内)成线性关系，曲线的斜率随温度的升高而增大，但 在不同的温度下的特性曲线会相交于一点等电位点。 直接电位法也可用于其他离子浓度的测量。7. 干湿球湿度计(psychrometer) 用途：测量空气的相对湿度。 组成：由两只温度计组成， 干球温度计：用来直接测量空气的温度。 湿球温度计：在感温部位包有被水浸湿的棉纱吸水套，并经常保 持湿润。 工作原理：当棉套上的水分蒸发时，会吸收湿球温度计感温部分 的热量使湿球温度计的温度下降。水分的蒸发速度与空气的湿度有关， 相对湿度越高，蒸发越慢。在一定的环境温度下，干球温度计和湿球 温度计之间的温度差与空气的湿度有关。当空气为静止的或具有一定 流速时，这

15、种关系是单值的。测得干球温度td和湿球温度tw后，就可以计算出相对湿度申。般情况下空气中的水蒸气不饱和，所以tw空气中水蒸气的分压为：相对湿度为：A 4 （十 u 、_ P w _ P wsAp ( d - w )干球和湿球的温度可用铂电阻、热敏电阻或半导体温度传感器测 量。把与温度相对应的饱和水气压力值制表存储于仪表的内存中，根据测得的干球和湿球的温度就可求得相对湿度值，绝对湿度值也可计 算求得。仪表可以显示被测气体的温度、相对湿度和绝对湿度。干球温度传感器湿球温度传感器DA/% 原理：氯化锂湿敏元件吸潮后电阻值变小，在干燥环境又会脱潮 而电阻增大，通过测定电阻值，即可知相对湿度。 湿敏元件的特点：测湿范围宽；可用于高温测量；能用电加热反复清洗，除去吸附在陶瓷上的油污、灰尘或其他污染物，以保持测量 精度；响应速度快；长期稳定性好。9.陶瓷湿敏传感器 原理：利用陶瓷烧结体微结晶表面对水分子进行吸湿或脱湿，使 电极间的电阻值