第13章 成分检测技术 课件(共109张PPT)- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2023）

(课件网) 第13章 成分检测技术 成分分析内容： 一是定性分析，确定物质的化学组成 二是定量分析，确定物质中各种成分的相对含量 成分分析仪器 指专门用来测定物质化学组成和性质的一类仪器的总称 成分分析仪器分类： 实验室分析仪器和过程分析仪器两大类 第13章 背景 13.1 热导式气体分析仪器 13.2 红外式成分检测 13.3 水及大气环境质量检测 第13章 13.1 热导式气体分析仪器 13.1.1 基本原理 13.1.2 热导池（检测器） 13.1.3 热导式气体分析仪的应用 热导式气体分析仪工作原理： 利用混合气体的导热系数λ随组分气体的体积百分含量不同而变化这一物理特征来进行分析的。 物体的导热能力通常用导热系数λ来表示，物体的热传导现象可用傅立叶定律来描述，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： (13-1) 13.1.1 基本原理 在相同的温度梯度情况下，通过单位介质微元等温面传导的热量dQ与介质的导热系数λ成正比。 导热系数与温度的关系： (13-2) 常见气体的相对导热系数及其温度系数见表13-1。气体的相对导热系数是指气体导热系数与相同条件下空气导热系数的比值。 13.1.1 基本原理 13.1.1 基本原理 多组分混合气体的导热系数： (13-3) 对多组分的混合气体，设待测组分含量为Cl，背景组分含量为C2，C3，…，这些量都是未知数，仅利用式(13-3)来求待测组分C1的含量是不可能的，必须应保证混合气体的导热系数仅与待测组分含量成单值函数关系，为此，需满足下列条件： 13.1.1 基本原理 (1) 混合气体中除待测组分Cl外，各背景气体组分的导热系数必须相同或十分接近，如待测组分为i＝1，则应满足： 因为C1+C2+…+Cn＝1则式(13-3)可改写为： (13-4) 或 (13-5) 只要测出混合气体的导热系数λm，就可以根据组分的导热系数（λ1和λ2）求得待测组分的含量。 (2) 待测组分与背景组分的导热系数要有明显差异，差异越大，越有利于测量。对式(13-4)微分，可得： (13-6) 13.1.1 基本原理 两组分导热系数相差越大，仪器的灵敏度就越高。 例如： 测量烟气中CO2气体的含量，已知大多数烟气中含有CO2，SO2，N2，O2及H2O (水蒸气)等成分。 由表13-1可知SO2的存在将严重影响测量结果，所以它是测量CO2含量的干扰组分，在混合气体进入分析仪器之前就应当通过预处理系统去除。 这样，烟气中的待测组分二氧化碳和其余组分的导热系数有一定差异，同时满足了上述两个条件。 13.1.1 基本原理 13.1 热导式气体分析仪器 13.1.1 基本原理 13.1.2 热导池（检测器） 13.1.3 热导式气体分析仪的应用 1．热导池的工作原理 13.1.2 热导池（检测器） 热导式气体分析仪将导热系数的测量转换成为电阻的测量。实现将混合气体导热系数的变化转换成电阻值变化的部件，称为热导池或检测器，它是热导式气体分析仪的核心组成部件。 热导池的特性方程 (13-14) 随着科技发展，热导池不断地升级换代，图13-2是硅传感器热导池的示意图。 13.1.2 热导池（检测器） 2. 影响热导池特性的因素 为了提高热导池的工作性能，在设计时应主要考虑以下几方面内容 1) 热导池内壁半径rc的选取 2) 腔壁温度的影响 3) 电阻丝的参数 4) 工作电流 13.1.2 热导池（检测器） 3. 热导池的结构 1) 结构类型 图13-3(a)~(d)分别表示了热导池的四种结构：直通式、对流式、扩散式和对流扩散式。 13.1.2 热导池（检测器） 直通式 气室与主气路并列，两者之间有节流孔，样气大部分从主气路通过，少部分从装有电阻丝的气室中通过 对流式 气室与主气路下端连通，并不分流，气室与循环管形成一热对流回路 扩散式 气体靠扩散方式进入气室，进入气室的气体与主气路气体进行热交换后再经主气路排出 对流扩散式 它是在扩 ... ...