第十二章 成分与含量的电测法

第十二章成分与含量的电测法第1页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/2023112.1水分和湿度电测法12.1.1水分和湿度的定义及表示方法气体的湿度1、绝对湿度在一定湿度及压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气量，其单位为。2、相对湿度单位体积混合气体中所含的水蒸气量与同温度下饱和水蒸气量的比值的百分数，一般用符号%RH表示。3、露(霜)点温度当空气的温度下降到某一温度时,空气中的水蒸汽就凝结成露珠（或凝结成霜），这一特定温度称为空气的露点温度（或霜点温度）。已测知空气的露点为Ta，待测空气所处温度为Tw，通过查表求得温度为Ta和Tw时水的饱和水蒸汽压，二者之比即为待测空气的相对湿度。二、固体的湿度固体的湿度也称为含水量(或称水分)，通常以物质中所含水分质量(或重量)与总质量(或总重量)之比的百分数来表示。第2页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20232图12-1-1电阻式测定纸页水分12.1.2固体水分电测法一、红外式用易被水吸收和不被水吸收的两种波长的红外辐射轮流交替地透过被测固体，取其透过被测固体的辐射强度之比值来测定被测固体的水分。二、电阻式图12-1-1利用固体物质的电阻值随含水量的不同而不同的特性，可以测量其湿度。第3页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20233图12-1-2共面式平板电容传感器三、电容式图12-1-2根据物料介电常数与水分的关系，通过测量以物料为电介质的电容器的电容值即可确定物料的水分。第4页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/2023412.1.3气体湿度电测法图12-1-3干湿球湿度计工作原理测温式——干湿球湿度计图12-1-3原理：根据所测得干球温度T1和湿球温度T2之差，确定空气的相对湿度。1、传统方法――用水银温度计测量干湿球温度，查相应的表，确定气体的湿度。2、用两个热电偶或两个热电阻测量干湿球温度差图10-2-10图10-2-11第5页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20235图12-1-4热敏电阻式湿度传感器3、“电子干湿式”湿度传感器图12-1-4第6页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20236二、电阻式通过测量湿敏电阻受湿度影响后的阻值即可测得相应的湿度。(详见4.1.5节)三、电容式高分子湿敏电容的电容值与气体中相对湿度之间成线性关系。四、石英振动式在石英晶片的表面涂敷高分子膜，当膜吸湿时，石英晶片振荡频率发生变化，不同的频率就代表不同程度的湿度。五、多孔Al2O3湿度传感器Al2O3湿敏传感器可等效为电容Cp与电阻Rp的并联。随着相对湿度增大，Cp也增大，但Rp却减小。通过测定Cp、Rp可测定环境的湿度。第7页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20237图12-1-5同步分离法测湿电路同步分离法测湿电路第8页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/2023812.2密度和浓度电测法12.2.1密度电测法图12-2-1链条平衡式密度计1-浮子；2-浮子的软铁心；3-检测线圈4-链条；5-温度检测器一、固体密度的测量(一)经典法(二)射线法二、流体密度的测量（一）振筒式7.4.2节（二）链条平衡式图12-2-1当液体密度增加时，浮力增大，浮子上升。测量浮子位置可测出液体密度。（三）差压法在被测液体液面下方的容器壁上，设置两个垂直距离为定值H的取压孔，用差压传感器测出这两个取压孔的差压，即可测出液体的密度

第9页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/2023912.2.2浓度电测法图12-2-2电导池测量线路原理图K-电导池；1、2-极板若总体积为V的溶液中溶质B的质量为m(B),则溶质B的质量浓度表示为：一、电导式测量低浓度区域和高浓度区域(不能测量中间一段浓度)溶液的电导率，可以得知对应的溶液浓度C。１、电导池测量溶液电导的线路图12-2-2第10页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202310图12-2-3电磁浓度计原理图2、电磁感应式图12-2-3用被测溶液构成一个短路线圈，将两个变压器T1和T2耦合起来。T1为激励变压器，其初级通以交流电压时，通过对i2的测量可以得到溶液的电导，从而得出相应的浓度。二、光电式1、用光电折光仪测量溶液的折射率可间接测量溶液的浓度。2、利用光电自动旋光计测量溶液的旋光度，可求得溶液的浓度。三、石英晶体微量天平待测气体样品与压电振子的表面涂层相接触时，气体浓度越高，被吸收到涂层内的气体分子越多，因此压电振子的振动频率的变化当与待测的气体浓度成正比。第11页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20231112.3气体分析与检测12.3.1气体分析图12-3-1热导式气体分析仪原理一、热导式气体分析仪1、原理：设导热系数为λ1和λ2的两种气体混合，λ1和λ2已知，若测得该混合气体的导热系数λc，则可求得两种气体的百分数含量α1和α2：2、热导池图12-3-1(a)3、热导式气体分析仪图12-3-1(b)第12页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202312二、磁式氧量分析仪原理：是基于对氧的顺磁性的测量。混合气体的体积磁化率式中：k1为氧气的体积磁化率；k2为混合气体中除氧外，各成分气体的体积磁化率平均值；C为氧气含量结论：根据混合气体体积磁化率的大小，就可以确定氧气含量C。2、热磁式对流检测器图12-3-2被分析的气体含氧量越高，磁风就越强，两热丝元件的温差越大，相应阻值变化就越大。电桥输出电压可以用来表示被分析气体中所含氧气的浓度。三、光学吸收式气体分析仪(一)工作原理当物质吸收特征波长的光辐射时，透射光能量与入射光能量之间关系为：

式中W为透射光能量，W0为入射光能量；a为吸收率；b为光程长度；c为试样中吸光物质的浓度。若a、b为已知数值，则通过测量透射光与入射光能量的比值，就可以确定吸光物质的浓度。第13页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202313图12-3-2热磁式检测器示意图热磁式对流检测器图12-3-2第14页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202314图12-3-3CO2红外气体分析仪示意图(二)CO2红外线气体分析仪图12-3-3测量时，被测气体通过样品室，参比室充满没有CO2的大气。经过标定，就可以从输出信号的大小确定CO2的含量。第15页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202315图12-3-4光电比色计原理框图1—光源2—透镜3—滤光片4—参比介质比色皿5—被测介质比色皿6—检测元件7—比较放大器8—显示器（三）光电比色计图12-3-4左半部分为参比介质光路。比色皿盛放的是不含被测成分的某种液体(或气体)，对光束波长没有吸收作用，右半部分为被测介质的测量光路，比色皿中盛放的是被测样品，对光束波长有一定的吸收作用.。两路光学系统检测元件的输出就不一样，通过比较放大后显示出被测介质的含量。第16页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/20231612.3.2家用气体检测器图12-3-5可燃气体报警器第17页，共19页，2023年，2月20日，星期三5/5/202317一、燃气泄漏检测电路的工作原理图12-3-5当可燃性气体达到一定浓度时，气敏传感器QM-N2的A-B端电阻减小，使晶体管VT导通,555第2脚电位低于Vcc/3，（Vcc为12V电源电压），由555等组成的单稳态电路翻转至暂稳态，第3脚输出一高电平，继电器J吸合，触点K-1闭合，蜂鸣器报警。一旦可燃性气体全部排除，QM-N2的A-B端电阻增大，晶体管VT截止，555第2脚回到高电平。再经约10s左右的充电时间，第6脚电位上升到2/3Vcc，555第3脚变为低电平输出，继电器J释放，触点K-1断开，蜂鸣器停止叫声。二、油烟检测电路的工作原理图12-3-6空气污染浓度达到某一数值