第6节 成分检测仪表与系统

由于氧浓差电势与被测氧含量成对数关系，所以放大电路中一般要有反对数放大电路，以保证输出信号与成线性关系。另外，测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比气体，可用于氧含量比空气中的要小或大的气体测量。目前氧化锆氧量分析仪用得最多的是烟道气中氧含量的测量。

氧化锆氧量分析仪与热磁式氧量分析仪相比具有灵敏度高，反应速度快等优点。

2．热导式气体分析仪

热导式气体分析仪是利用混合气体的总热导率随被测组分的含量而变化的原理制成的自动连续气体分析仪。当被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的有较大差别，并且其他组分的热导率相近时，待测组分浓度与混合气体的热导率之间有如下关系

式中，λ₁和λ₂分别为待测组分和其他组分的热导率。

热导率采用热导池来检测，其结构如图6.2所示。热导池的作用是将热导率转换成热导池中热电丝的电阻变化，最后用电桥转换成电压（如图6.3所示）。电桥中、称为测量气室，通以被测气体；、称为参比气室，内部充满了被测气体的下限含量气体。当待测组分为下限含量时电桥处于平衡，输出为零；当待测组分含量增加时，电桥的输出也相应增大。

热导式气体分析仪主要用于测量H₂、CO₂、SO₂等气体的含量。在色谱仪中也常用热导池作为检测器。

　 3．红外式气体分析仪

红外线气体分析仪主要利用了不同气体对红外线的波长有选择的可吸收性和热效应两个特点。混合气体中某一组分的存在将使在透射的红外线光谱中一定的波长段的能量被部分吸收，吸收的程度随该组分的含量的增加而增加。图6.4给出了典型气体CO₂的红外吸收光谱图。红外线气体分析仪有多种结构形式，图6.5是一种常见的直读式结构的工作原理图。图中采用了两束红外线，其中一束经过滤波气室和测量室后到检测器的一边；另一束经过同样的滤波气室和参比气室后到检测器的另一边，这样可以补偿光源波动等因素的影响。滤波气室的作用是消除混合气体中某些组分对红外线的吸收光谱与待测组分的相同或相近引起的干扰，保证测量结果不受其他组分的存在而改变。检测器常用薄膜电容器结构，它能把接收到的红外线强度转换成电容的大小，并进一步变为电信号的输出。

基于色谱法原理构成的分析仪称为色谱仪。色谱法的关键是混合物的分离，这是一种物理化学过程，由色谱柱来完成。如图6.6所示，需分离的样品有载气或载液携带着沿色谱柱连续流过。色谱柱中放有固体颗粒或是涂在担体上的液体，他们对样品中的各组分具有不同的吸收或溶解能力，从而使各组分在沿色谱柱的流动中得到分离，并按照先后顺序流出色谱柱。检测器检测到某个组分流入时，将输出一个对应于该组分浓度大小的电信号，形成如图6.6右边所示的由不同峰值组成的曲线图，称该图为色谱图。然后根据各组分在色谱图中出现的时间以及峰值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。

色谱仪能鉴定气体或液体样品中是有哪些组分组成，并能测出样品中各组分的含量。

工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能改变各种组分的分离效果。因此更换色谱柱或调整工作温度可以满足各种样品的成分分析。

为了分析各种物质，一台色谱仪都配有多个检测器，常用的有热导式检测器、氢火焰电离检测器和电子俘获式检测器。

5．工业酸度计

工业酸度计属于化学分析方法，用来在线测量溶液酸碱度的一类仪表。酸度计主要由参比电极、测量电极及电子线路组成。参比电极的电极电位是一个固定常数；测量电极的电极电位随溶液氢离子浓度而变化。将参比电极和工作电极插入被测溶液中，构成pH测量电池，电池的电势E与被测溶液的pH值（pHx）之间的关系为

式中，R为理想气体常数；T为被测溶液的温度；F是法拉第常数。

    在工业酸度计中，参比电极一般用甘汞电极和银-氯化银电极。测量电极常用玻璃电极。

6．工业电导仪

工业电导仪是以测量溶液浓度的电化学性质为基础，通过测量溶液的电导而间接得知溶液的浓度。它既可用来分析一般的电解质溶液，如酸、碱、盐等溶液的浓度，又可用来分析气体的浓度。

电解质的电导G为电阻R的倒数，其定义为：

式中，为溶液的电导率；为电极的面积；为电极间的距离。

溶液的电导的测量采用交流电源供电，常用的测量方法有分压法和电桥测量法。由于溶液的电导容易受温度的影响，因此在测量装置中要采取相应的补偿措施。