仪器仪表的常识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,仪器仪表工程师必备知识,河南省日立信股份有限公司,主讲人,日期,引言,你想成为一个合格的仪器仪表工程师吗？你想成为一个优秀的仪器仪表工程师吗？那就用你的能力与知识来证明你，证明你的称职与身份。根据我的认识与经验，根据我们公司的产品线设置及服务行业。整理总结出了以下基础知识，与之交流。助你成功！,在市场经济时代，各种商品琳琅满目，让使用者看花了眼。在残酷的市场竞争情况下，使用各种手段、策略，让客户了解你，了解你的产品，希望能战胜对手，拿下订单。但是什么才是决定成交的关键因素呢？不用怀疑，那是谁能满足客户需求，谁能赢得客户的信任，才是最关键的。因为这是市场规律，是市场行为的根本所在。只有我们深入了解客户需求，深入了解我们的产品，从技术及得到客户的认可，得到客户的信任，才能促成交易，同时赢得客户的尊重。,我认为，只有这，才是永恒的，不变的。是自然的规律。,一、常用仪表的测量原理,1,、热导原理,由传热学可知，同一物体存在温差或不物体相接触存,在温差时，产生热量传递，热量由高温物体向低温物体传,导。不同物体（固体、液体、气体）都有导热能力，但导,热能力有差异，一般而言，固体导热能力最强，液体次,之，气体最弱。物体的导热能力即反映其热传导率的大,小，通常用导热系数,来表示，物体传热的关系式可用傅,立叶定律描述，即单位时间内传导的热量和温度梯度以及,垂直于热流方向的截面积成正比。,即：,式中,单位时间内传导的热量；,介质导热系数；,A,垂直于温度梯度方向的传热面积；,组分导热系数,，与温度有关：,t=0(1+bt),，,b,为一定范围的温度系数。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。多组分气体导热系数近似表示为：,=Cii,，,Ci,为,i,组分。,检测条件：,1,混合气体中，非待测组分导热系数相同或近似相等；,2,待测组分和非待测组分导热系数差别较大；,其中检测灵敏度取决于导热系数差别。,基于以上条件，多组分气体导热系数为：,=C11+(1-C1)2,；,可得待测组分浓度：,C1=(-2)/(1-2),。,由此可知：,1,、,测量对象必须是已知的两元气体。如：,H2,在,N2,中。,2,、混合气体中，非待测组分导热系数相同或近似相等。,3,、待测组分和非待测组分导热系数差别较大；其中检测灵敏度取决于导热系数差别。,典型热导式气体分析,以双桥路为例，图中为双臂测量桥路，,其中,R2,、,R4,为密闭固定气体参比桥臂,气室（一般冲空气），,R1,、,R3,是工作,桥臂气室，由相同稳定待测气体流过，,若待测分析气体不含被分析组分时，如,同样流过空气，桥路平衡，输出为零。,常用气体相对热导率：,组分,热导率,组分,热导率,空气,O2,NH3,CH4,He,H2,SF6,1.000,1.028,1.040,1.450,5.530,6.803,0.66,Cl2,SO2,H2S,Ar,CO2,H2O,CO,N2,0.342,0.350,0.540,0.665,0.704,0.771,0.958,0.989,对应于我们公司的产品有：,RS,301ON,，,7866,，,RA601HP,等。,2,、,电化学原理,这类传感器以电化学半电池为基础，由一对贵金属电极组成的电极系统，充以特定的电解液（与被测气体有关）并经全密封封装组成。传感器中另一个重要部件是半通透膜，它可选择性地让被测气体分子通过扩散方式进入传感器电解液，将大部分干扰物质的分子阻隔掉，因而有效减少干扰。透过的气体在工作电极上，在水分子上参与下，发生氧化还原反应，引起电子转移而形成与被测气体浓度有关的电极电流或电势。常见气体的电化学反应如下：,氧气：,O2+2H2O+4e+,4OH-,一氧化碳：,CO+H2O,CO2+2H+2e+,甲醛：,HCHO+H2O,CO2+4H+4e+,被测气体,参考电极,工作电极,膜,电子子至,传感器工作的稳定性取决于参考电极电位的稳定性。为保证参考电极电位的稳定，可引入第三电极，称平衡电极。在该电极上施加适当的偏压，该偏压与在与参考电极上形成的电位相反，以保证总参考电位为零。,电化学传感器可用于绝大多数游离态小分子的检测。一般说，凡是能,与某种特定电解质溶液发生氧化还原法反应的分子都可通过电测法进行,定量分析，如表,3,所示。,表,1,：可使用电化学传感器检测的气体,可测气体,最大可测范围,最高分辨率,可测气体,最大可测范围,最高分辨率,O2,0,100%,0.1%,H2S,0,2,000 ppm,0.01 ppm,O3,0,200 ppm,0.01 ppm,H2,0,10,000 ppm,10 ppm,CO,0,40,000 ppm,0.1 ppm,HCN,0,2,000 ppm,0.01 ppm,SO2,0,4,000 ppm,0.01 ppm,HCL,0,2,000 ppm,0.01 ppm,NO,0,4,000 ppm,0.01 ppm,PH3,0,5 ppm,0.1 ppm,NO2,0,2,000 ppm,0.01 ppm,CxHy,0,100%LEL,1%LEL,Cl2,0,250 ppm,0.01 ppm,C2H4O,0,100 ppm,0.1 ppm,NH3,0,200 ppm,0.01 ppm,HCHO,0,200 ppm,0.01 ppm,传感器的最大测量范围和它最高可达到的分辨率是互相排斥的，一般不能同,时满足。大部分气体传感器的技术指标已能满足对室内环境污染的检测要求。,电化学传感器的结构比较简单，成本比较低，高质量的产品性能稳定，测量,范围和分辨率基本能达到室内环境检测的要求。但缺点是只适用于对大部分无,机气体和小部分有机小分子气体的检测，且由于电解质与被测气体发生不可逆,化学反应而被消耗，故其工作寿命一般比较短，约为,2-3,年。,3,、,红外光谱吸收,当一束光线照射到物质表面时，它与物质的原子和分子相互作用。光线可,能透过物质，可能部分被吸收，可能发生放射，散射和衍射，也可能发出荧光。,因此光学检测器的形式有多种多样，常用的有基于光的吸收，散射和衍射；荧,光，光电离和光声转换。能用光学检测器测量的物质种类很广泛，几乎涵盖有,机，无机和生化物质的所有形态：固态，液态和气态。本文仅将对用于室内环,境污染检测的光学检测器作简单介绍。,3.1,光能吸收式检测器,该检测器工作原理基于,Beer-Lambert,定律，如图,2,：,P0 P,T=log(P,0,/P),=e,-,b c,式中,：,T,透光率,；,P,0,入射光能量,；,P,透射光能量,被测物吸收常数；,b,被测物厚度；,c-,被测物浓度,图,3,所示为一个红外光吸收式检测器,7,，它可以同时检测,CO,CO2,和烷烃类可燃性气体。该检,测器包括一个非分光式红外发生器，红外光线被导入一个封闭的金属腔内，腔内充有被测气体，特,定波长的红外光将被气体吸收后,专门测定该特定波长的红外检测管将吸收后的能量测出，用以表示,被测气体度,。,光的吸收特性（波长）与被测气体的分子结构密切相关，即每种气体都有它自己的特征吸收峰。,大多数的光吸收式检测器采用红外光或激光光源，以减少杂散光的干扰。该检测器 分辨率和测量精度较高，理论上使用寿命比电化学传感器要长得多，价格比较贵。基于红外光吸收式检测器的便携式二氧化碳测试仪已被国家标准列入推荐方法之一。,我们有以下产品是采用本原理,:,LM061,便携式定量红外检漏仪、,NA1000FD SF6,红外检漏仪、,GLW2810,型硅酸要离子分析仪和,GLW2820,型磷酸根离子分析仪。,4.,催化燃烧原理,可燃性气体与空气中的氧接触,发生氧化反应,产生反应热,使得作为敏感材料的铂丝温度升高,具有正,的温度系数的金属铂的电阻值相应增加,并且在温度不太高时,电阻率与温度的关系具有良好的线性关,系。,测量电路如下图示：,F1,是气敏元件，,F2,是补偿元件，当,F1,与气体接触时，产生氧化作用，释放热量，使气敏元件温度上升，电阻增大，电桥不再平衡，,A,、,B,间产生电位差,E,。,5.,半导体,6.PID,（光离子检测）,该检测器适用于定量测定有机挥发气体的总量（,Total Volatile Organic,Compounds,），而一般说来不能区分具体某种,VOC,成分。有机挥发气体成,分很复杂，日常可辨别的有三百多种。有机挥发气体的分子比较大，在一定能,量作用下，会分裂。,PID,的工作原理,9,如图,6,所示，,PID,的关键部件是一个能发出特定波长,的紫外光光源（用特殊材料制作的灯泡），将该紫外光束射入一个测试腔，,当被测有机挥发性气体由泵抽入该测试腔时，受到紫外光的轰击而发生电离，,分裂成带正负电性的二个基团。在测试腔的出口处，装有一对施加了适当工作,电压的电极，受到电极电压的吸引，带电基团分别趋向相应电极而形成正比于,VOC,浓度的电流。通过测量该电流大小，确定,VOC,浓度。分裂的基团经过电,极后又重新复合，被抽出测试腔。,图,6,图,6,：,PID,工作原理,PID,技术对于,VOC,的检测已经比较成熟。对,TVOC,测量的分辨率最高可达,1ppb,（,0.0024mg/m3,以异丁烯标定），完全符合中国标准规定的测试精度要求。通过使用不同能量,（用电子伏特,eV,来表示）的紫外光源，使测量某些特定有机气体成为可能。比如苯乙烯（,8.4eV),，,苯蒸汽（,9.8eV,），氯乙稀（,9.99eV),，乙稀（,10.5eV),，丙酮酸（,10.66eV),和亚甲基氯,（,11.7eV,）。紫外光能量取决于灯泡内混和气体的性质以及灯泡窗口所用的晶体材料。,随着计算机技术的发展，将各种,VOC,成分的修正因子储存在仪器的数据库中，当测试某种已知,的,VOC,成分时，则可通过调用该修正因子直接读出该,VOC,成分的浓度水平。,7.,负电晕原理,8.ECD,（电子捕获）,9.,阻容法测量湿度,利 用 湿 敏元件的电阻值、电容值随环境湿度的变化而按一定规律变化的特性进行湿度测量。,10.,镜面法测量湿度,使被测气体在恒定压力下，以一定的流量流经露点仪测定室中的抛光金属镜面，该镜面的温度可人为地降低并可精确地测量。当气体中的水蒸气随着镜面温度的逐渐降低而达到饱和时，镜面上开始出现霜，此时所测量的镜面温度即为露点。（由露点和气体中水分含量的换算式或查表，即可得到气体中微量水分含量。）,二,.,专业术语,2.1,水蒸气,water vapour,亦称水汽水的气态由水气化或冰升华而成,JJG1012 87,中,1,2.2,湿度,humidity,气体中水蒸气的含量,JJG1012 87,中,2,2.3,干气,dry gas,不含水蒸气的气体,JJG1012 87,中,4,注：绝对不含水蒸气的干气是不存在的所谓干,气仅仅是相对的,2.4,湿气,wet gas,干气和水蒸气组成的混合物,JJG1012 87,中,5,2.5,混合比,mixing ratio,湿气中水蒸气的质量与干气的质量之比,JJG1012 87,中,6,2.6,水蒸气压力,water vapour pressure,湿气,(,体积为,V,温度为,T),中的水蒸气于相同,V T,条件下单独存在时的压力亦称为水,蒸气分压力,JJG1012 87,中,9,2.7,饱和水蒸气压,saturation water vapour pressure,水蒸气与水,(,或冰,),面共处于相平衡时的水蒸气压,JJG1012 87,中,10,2.8,露点温度,dew point temperature,压力为,p,温度为,T,混合比为,r,的湿气其热力学露点温度,Td,是指在此给定压力下,该湿气为水面所饱和时的温度,JJG1012 87,中,11,2.9,霜点温度,frost point temperature,压力为,p,温度为,T,混合比为,r,的湿气其热力学霜点温度,Tf,是指在此给定压力下,该湿气为冰面所饱和时的温度,JJG1012 87,中,12,习惯上也可统称为露点温度,2.10,校准,calibration,在规定条件下为确定计量器具示值误差的一组操作,JJG1001 91,中,191,2.11,量的真值,true value of a quantity,当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时通过测量所得到的量值,JJG1001 91,中,7,注,1,当对某量的测量不完善时通常就不能获得真值,2,从测量的角度讲真值不可能确切获知一个量的真值是在被观测时本身所具,有的真实大小它是一个理想的概念,2.12,测量不确定度,uncertainty of measurement,表征被测量的真值所处量值范围的评定,JJG1001 91,中,135,注：由于不确定度是测量结果中无法修正的部分它反映了被测量值的真值不能肯定的,误差范围的一种评定,2.13,响应时间,response time,激励受到规定的突变瞬间与响应达到其规定最终稳定值的,90%,瞬间的时间间隔,2.14,氢气湿度计,hydrogen humidity meter,能用来测定氢气中湿度的湿度计,三,.,常用国标标准,GB/T 12022,2006,工业六氟化硫,GB/T 8905,1996,六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则,GB/T 11605,2005,湿度测量方法,DL/T 506,2007,六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法,DL/T 920,2005,六氟化硫中空气、四氟化碳的气相色谱测定法,