第7章分析儀j

1、測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章概概 述述成分分析成分分析2、作用、作用1)1)工藝監(jiān)督；工藝監(jiān)督；2)2)安全生產(chǎn)；安全生產(chǎn)；3 )3 )節(jié)約能源；節(jié)約能源；4)4)污染檢測(cè)污染檢測(cè)1、成分分析的內(nèi)容、成分分析的內(nèi)容A.檢測(cè)物質(zhì)的組成成份及含量。如天然氣組分、原油含水率檢測(cè)物質(zhì)的組成成份及含量。如天然氣組分、原油含水率B.檢測(cè)物質(zhì)的物理特性。如原油密度測(cè)量檢測(cè)物質(zhì)的物理特性。如原油密度測(cè)量3、一般組成、一般組成自動(dòng)取樣裝置預(yù)處理系統(tǒng)傳感器檢測(cè)信息處理系統(tǒng)顯示儀表整機(jī)控制系統(tǒng)第七章第七章 成份分析儀表成份分析儀表測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章第一節(jié)第一節(jié) （氧化鋯）含氧量分析儀（氧化鋯）含氧量分析儀

2、一、工作原理一、工作原理p氧化鋯氧化鋯ZrOZrO2 2 ：陶瓷性固體電解質(zhì)。：陶瓷性固體電解質(zhì)。p摻入摻入CaOCaO，CaCa2+2+置換置換ZrZr+4+4后，形成氧離子空穴。后，形成氧離子空穴。p在在600600800800高溫下，對(duì)氧離子有良好的傳導(dǎo)作用。高溫下，對(duì)氧離子有良好的傳導(dǎo)作用。 p兩側(cè)鉑電極上兩側(cè)鉑電極上+/-+/-電荷積累電荷積累，產(chǎn)生產(chǎn)生電動(dòng)電動(dòng)勢(shì)（氧濃差電勢(shì)）勢(shì)（氧濃差電勢(shì)）高氧側(cè)高氧側(cè) O O2 2+4e +4e 2O 2O2-2- （ 還原反應(yīng)）鉑電極失電子，帶正電鉑電極失電子，帶正電低氧側(cè)低氧側(cè) 2O2O2- 2- O O2 2+4e+4e （氧化反應(yīng)）鉑電極

3、得電子，帶負(fù)電鉑電極得電子，帶負(fù)電O O2-2-通過空穴形成的通道向低濃度側(cè)擴(kuò)散通過空穴形成的通道向低濃度側(cè)擴(kuò)散1n8 .20ln4FRT ER理想氣體常數(shù)；理想氣體常數(shù)；F法拉第常數(shù)；法拉第常數(shù)；T絕對(duì)溫度；絕對(duì)溫度；nc煙氣體積含氧量。煙氣體積含氧量。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章二、分析儀的構(gòu)成及類型二、分析儀的構(gòu)成及類型p 將氧含量轉(zhuǎn)化為氧濃差電勢(shì)將氧含量轉(zhuǎn)化為氧濃差電勢(shì)p氧濃差電勢(shì)放大、溫度補(bǔ)償、顯示、氧濃差電勢(shì)放大、溫度補(bǔ)償、顯示、輸出輸出420mA420mA電流。電流。p探頭溫度控制探頭溫度控制氧化鋯探頭氧化鋯探頭變送器變送器探頭核心元件探頭核心元件氧化鋯管。氧化鋯管。1 1、直插

4、定溫式氧化鋯探頭、直插定溫式氧化鋯探頭p特點(diǎn)：特點(diǎn)： 恒溫加熱恒溫加熱, , 精度高、無須補(bǔ)精度高、無須補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命短。償，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命短。碳化硅陶瓷過濾器氧化鋯管熱電偶恒溫加熱器導(dǎo)管接線盒測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章2 2、直插補(bǔ)償氧化鋯探頭、直插補(bǔ)償氧化鋯探頭p特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無加熱器，無加熱器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，須溫度補(bǔ)償。單，須溫度補(bǔ)償。TE正正比比于于1n8 .20ln4FRT 2 2）部分補(bǔ)償式測(cè)溫系統(tǒng)）部分補(bǔ)償式測(cè)溫系統(tǒng)p K K型熱電偶的型熱電偶的T-EtT-Et特性與氧化鋯特性與氧化鋯C C1 1-E-E基本相等基本相等( (均差均差20mV)20mV)p 熱電勢(shì)與溫差

5、電勢(shì)反向串聯(lián)相減，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。誤差較大。熱電勢(shì)與溫差電勢(shì)反向串聯(lián)相減，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。誤差較大。+毫伏變送器顯示儀+-1）完全補(bǔ)償式測(cè)溫系統(tǒng)）完全補(bǔ)償式測(cè)溫系統(tǒng)p 同時(shí)測(cè)量含氧量、煙氣溫度，并將轉(zhuǎn)換信號(hào)相除，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。同時(shí)測(cè)量含氧量、煙氣溫度，并將轉(zhuǎn)換信號(hào)相除，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章p含水率：含水率：第二節(jié)第二節(jié) 含水分析儀含水分析儀一、電容式原油含水分析儀 1 1電容式在線含水分析儀電容式在線含水分析儀 1).1).基本測(cè)量原理基本測(cè)量原理 02kHCrR ln充滿含水原油p電容量電容量C隨含水率變化。隨含水率變化。p原油性質(zhì)、溫度影響原油性質(zhì)、溫度影響，造成測(cè)量誤差

6、。，造成測(cè)量誤差。p同軸電容充含水原油時(shí)：同軸電容充含水原油時(shí)：%100VVw 油油水水水水p測(cè)量意義：集輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)，凈油量結(jié)算依據(jù)。測(cè)量意義：集輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)，凈油量結(jié)算依據(jù)。p類型：類型：1.1.在線測(cè)量型（連續(xù)）；在線測(cè)量型（連續(xù)）；2. 2. 取樣分析型（斷續(xù)）。取樣分析型（斷續(xù)）。p介電常數(shù)：水介電常數(shù)：水w= 80= 80，原油，原油o o=1.8=1.82.32.3。p含水原油：含水原油：= 280 隨含水率隨含水率w 變化。變化。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章2 2）結(jié)構(gòu)及類型）結(jié)構(gòu)及類型p特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無可動(dòng)元件，維護(hù)方特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無可動(dòng)元件，維護(hù)方便，在線連續(xù)測(cè)量，

7、精度較高。便，在線連續(xù)測(cè)量，精度較高。p缺點(diǎn)缺點(diǎn): :需個(gè)別標(biāo)定。在油品組分、密度變需個(gè)別標(biāo)定。在油品組分、密度變化時(shí)，需重新校正?；瘯r(shí)，需重新校正。含水原油外電極設(shè)備內(nèi)電極A A 流通式流通式B B 插入式插入式p 組成：電容變送器組成：電容變送器+ +顯示儀顯示儀p 變送器：同軸電容內(nèi)、外電極，電容檢測(cè)電路。變送器：同軸電容內(nèi)、外電極，電容檢測(cè)電路。p 顯示儀：通過微處理器進(jìn)行溫度補(bǔ)償、油品性質(zhì)校正。顯示儀：通過微處理器進(jìn)行溫度補(bǔ)償、油品性質(zhì)校正。p 類型：插入式、流通式。類型：插入式、流通式。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章液壓自封管過濾器電磁發(fā)訊器污油泵取樣泵泵體加熱器變速箱泵體溫控元件蒸

8、發(fā)室蒸發(fā)室溫控元件冷凝器閥閥電容變送器測(cè)量電容電磁閥電機(jī)加熱器原油 原油 2 2蒸餾電容式低含水分析儀蒸餾電容式低含水分析儀 1 1）測(cè)量原理）測(cè)量原理: : 蒸餾電容法蒸餾電容法p 原油原油240240蒸餾蒸餾- -冷凝后，水及輕油注入同軸電容。由于冷凝后，水及輕油注入同軸電容。由于輕油輕油常數(shù)。常數(shù)。 可以消除原油性質(zhì)的影響?？梢韵托再|(zhì)的影響。2 2）儀表組成原理：）儀表組成原理：測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章1.1.取樣泵取樣泵定量油樣定量油樣蒸發(fā)室蒸發(fā)室240 240 蒸餾蒸餾輕輕餾分餾分+ +水水蒸發(fā)蒸發(fā)2.2.冷凝器冷凝冷凝器冷凝測(cè)量電容測(cè)量電容C C 變送器變送器顯示儀顯示儀

9、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理顯示含水率顯示含水率3.3.測(cè)量完成測(cè)量完成打開電磁閥打開電磁閥放掉電容器中輕油、水放掉電容器中輕油、水準(zhǔn)備下一次計(jì)量。準(zhǔn)備下一次計(jì)量。p 采樣采樣蒸發(fā)蒸發(fā)測(cè)量測(cè)量排水排水排污排污.均由同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)訊器，按程序完成。均由同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)訊器，按程序完成。過濾器電磁發(fā)訊器污油泵取樣泵變速箱蒸發(fā)室冷凝器電容變送器測(cè)量電容電磁閥電機(jī)加熱器原油 原油 4.4.蒸發(fā)室蒸發(fā)室無水原油無水原油污油泵污油泵輸油管道中。輸油管道中。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章hkC11 )hH(kC 22CChkkHkCCC 021221)(%)(%1001000210 VkkACVAhwoop 測(cè)量電容中，水

10、層、輕油層所形成的電容分別為測(cè)量電容中，水層、輕油層所形成的電容分別為：P147P147關(guān)于測(cè)量電極的處理關(guān)于測(cè)量電極的處理含水率為：含水率為：式中式中 w 油樣含水率，；油樣含水率，； A0測(cè)量電容環(huán)形截面積；測(cè)量電容環(huán)形截面積； V0油樣取樣體積。油樣取樣體積。環(huán)形面積A。p 電容量電容量CC與含水率與含水率W W成線性正比關(guān)系。成線性正比關(guān)系。3 3）特點(diǎn)及應(yīng)用）特點(diǎn)及應(yīng)用 1 1）測(cè)量精度高（可達(dá)）測(cè)量精度高（可達(dá) 0.1%0.1%）、穩(wěn)定性好、適用范圍廣）、穩(wěn)定性好、適用范圍廣 2 2）可用于各種原油含水率的測(cè)量，一般無須進(jìn)行個(gè)別校正。）可用于各種原油含水率的測(cè)量，一般無須進(jìn)行個(gè)別校

11、正。 3 3）電機(jī)、齒輪泵、電磁閥等部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差、不便于維護(hù)。）電機(jī)、齒輪泵、電磁閥等部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差、不便于維護(hù)。 4 4）不能連續(xù)測(cè)量，測(cè)量周期長(zhǎng)（）不能連續(xù)測(cè)量，測(cè)量周期長(zhǎng)（4 48 8分鐘）。分鐘）。 測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章 / Z2121ZZZZ 1 1基本測(cè)量原理（衰減法）基本測(cè)量原理（衰減法）p 原油與水分對(duì)微波的吸收原油與水分對(duì)微波的吸收/ /反射不同。與反射不同。與 “ “波阻抗波阻抗Z”Z”有關(guān)。有關(guān)。p 當(dāng)微波垂直傳播時(shí)，當(dāng)微波垂直傳播時(shí)， 功率反射系數(shù)（反射波功率功率反射系數(shù)（反射波功率/ /入射波功率）為：入射波功率）為：功率反射系數(shù)；Z1入

12、射介質(zhì)的波阻抗；Z2出射介質(zhì)的波阻抗。二、微波式原油含水分析儀介質(zhì)磁導(dǎo)率；介質(zhì)介電常數(shù)；p原油原油Z=266Z=266；水；水Z=47Z=47。微波遇到水滴時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。微波遇到水滴時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。p原油中含水量越高，對(duì)微波的反射越強(qiáng)。原油中含水量越高，對(duì)微波的反射越強(qiáng)。p測(cè)量原油中反射微波的強(qiáng)弱，便可測(cè)定原油中的含水量。測(cè)量原油中反射微波的強(qiáng)弱，便可測(cè)定原油中的含水量。含水含水% %0.00.01010202030304040505060607070808090901001002.002.002.602.602 22.3382.3384.2594.2595.4445.4447.

13、0277.0279.2479.24712.58512.58518.17418.17429.4429.443 364.064.00 0266.0266.0233.233.7 7206.3206.3182.7182.7161.6161.6142.2142.2124.0124.0106.3106.388.4388.4369.4869.4847.147.13 30.1730.1730.230.235 50.2930.2930.3470.3470.4000.4000.4520.4520.5050.5050.5600.5600.6200.6200.6890.6890.770.778 8p 波阻抗：反映介質(zhì)

14、中電磁波電場(chǎng)波阻抗：反映介質(zhì)中電磁波電場(chǎng)/ /磁場(chǎng)強(qiáng)度比值。磁場(chǎng)強(qiáng)度比值。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章2 2組成及結(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)p由變送器、顯示器組成。由變送器、顯示器組成。各部分的作用：各部分的作用：p微波源：產(chǎn)生一定功率微波。微波源：產(chǎn)生一定功率微波。p環(huán)形器：微波導(dǎo)向。使入射微波與反射微波各行環(huán)形器：微波導(dǎo)向。使入射微波與反射微波各行其道，互不影響。其道，互不影響。p調(diào)配器：阻抗變換。調(diào)配器：阻抗變換。p檢波器：檢測(cè)反射波，變換為直流電壓信號(hào)。檢波器：檢測(cè)反射波，變換為直流電壓信號(hào)。p隔離器：微波單向隔離。吸收檢波器泄漏微波。隔離器：微波單向隔離。吸收檢波器泄漏微波。p換向開關(guān)：微波換向

15、。換向開關(guān)：微波換向。p監(jiān)視臂：阻抗可調(diào)監(jiān)視臂：阻抗可調(diào), ,產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)油樣反射波，校正產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)油樣反射波，校正儀表顯示。儀表顯示。p補(bǔ)償電極：用來檢測(cè)原油（油包水、水包油）電補(bǔ)償電極：用來檢測(cè)原油（油包水、水包油）電阻率，時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。阻率，時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。p顯示器：將檢波輸出電壓放大，指示含水值；并顯示器：將檢波輸出電壓放大，指示含水值；并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。檢波器隔離器環(huán)形器微波源體效應(yīng)管調(diào)諧棒監(jiān)視臂活塞換向開關(guān)調(diào)配器天線吸收筒吸收片量油筒檢波管測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章3 3安裝與應(yīng)用安裝與應(yīng)用p 安裝在兩相計(jì)量分離器出口管線旁通管路上。安裝在兩相計(jì)量分離器出口管

16、線旁通管路上。p 避免原油含氣體避免原油含氣體p 變送器出口安裝取樣閥，便于取樣化驗(yàn)對(duì)比。變送器出口安裝取樣閥，便于取樣化驗(yàn)對(duì)比。p特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，無可動(dòng)元件，特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，無可動(dòng)元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可連續(xù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可連續(xù)測(cè)量，測(cè)量范圍寬。范圍寬。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章xII e0 x1 1工作原理工作原理p當(dāng)能量為當(dāng)能量為I0 的的射線穿過厚度射線穿過厚度X X 的介質(zhì)時(shí)，其透射強(qiáng)度的介質(zhì)時(shí)，其透射強(qiáng)度 Ix ：吸收系數(shù)，與介質(zhì)密度有關(guān)。p 當(dāng)射線穿過油、水混合液時(shí)：當(dāng)射線穿過油、水混合液時(shí)： x)-(10 x2eII 11原油對(duì)射線的吸收系數(shù)；2水對(duì)射線的吸收系數(shù)； 原油含水

17、率（體積比）。p 油、氣、水混合介質(zhì)，油、氣、水混合介質(zhì)，方向散射強(qiáng)度：方向散射強(qiáng)度： xfkII e0 x 32111 p 根據(jù)油水氣的密度根據(jù)油水氣的密度1 12 23 3 解上述方程即可求出含氣率解上述方程即可求出含氣率和含水率和含水率。p 方程中的常數(shù)，只需標(biāo)定一次即可得到。方程中的常數(shù)，只需標(biāo)定一次即可得到。三、輻射式原油含水分析儀測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章2 2結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成p 由測(cè)量管道、傳感器和微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。由測(cè)量管道、傳感器和微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。p儀表結(jié)構(gòu)對(duì)輻射有嚴(yán)密的輻射屏蔽，以消除泄漏儀表結(jié)構(gòu)對(duì)輻射有嚴(yán)密的輻射屏蔽，以消除泄漏p輻射源在使用過

18、程中必須嚴(yán)格保護(hù)，防止拆卸和丟失。輻射源在使用過程中必須嚴(yán)格保護(hù)，防止拆卸和丟失。測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章p 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高、可在線連續(xù)測(cè)量、數(shù)字信號(hào)輸出等。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高、可在線連續(xù)測(cè)量、數(shù)字信號(hào)輸出等。第四節(jié)第四節(jié) 密度計(jì)密度計(jì)1 1、基本測(cè)量原理、基本測(cè)量原理p 當(dāng)被測(cè)液體隨管子當(dāng)被測(cè)液體隨管子自由自由振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率取決于總質(zhì)量振動(dòng)頻率取決于總質(zhì)量M.p 流體密度流體密度質(zhì)量質(zhì)量M 振動(dòng)頻率振動(dòng)頻率。 1dD220其中：其中：x被測(cè)液體密度； 管材密度； Tx介質(zhì)密度為x時(shí)的振動(dòng)頻率； T0 x=0時(shí)振動(dòng)管內(nèi)的振動(dòng)頻率； 1220 x0 xff 1202

19、0TTxx 即：即：一、振動(dòng)式密度計(jì)測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化 - 第6章二、類型與結(jié)構(gòu) 1 1雙管振動(dòng)式密度計(jì)雙管振動(dòng)式密度計(jì)p由振動(dòng)管、檢測(cè)線圈、激振線圈、維持放大器等組成。由振動(dòng)管、檢測(cè)線圈、激振線圈、維持放大器等組成。p振動(dòng)管用振動(dòng)管用3J483J48恒彈性合金鋼制成。兩邊連接不銹鋼波紋軟恒彈性合金鋼制成。兩邊連接不銹鋼波紋軟管。兩管相同、振動(dòng)方向相反。管。兩管相同、振動(dòng)方向相反。p交流信號(hào)交流信號(hào)經(jīng)經(jīng)放大器放大放大器放大，送，送激振線圈激振線圈，吸引振動(dòng)管按其自振頻率振動(dòng)。吸引振動(dòng)管按其自振頻率振動(dòng)。p組成：變送器組成：變送器+ +顯示儀顯示儀p檢測(cè)線圈中通一直流電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)。檢測(cè)線圈中通一直流電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)。p振動(dòng)管振動(dòng)，改變了與檢測(cè)線圈鐵芯間的間隙，引起磁通變化，振動(dòng)管振動(dòng)，改變了與檢測(cè)線圈鐵芯間的間隙，引起磁通變化，在檢測(cè)線圈中感應(yīng)出同頻率的交流信號(hào)。在檢測(cè)線圈中感應(yīng)出同頻率的交流信號(hào)。1).1).振動(dòng)密度變送器振動(dòng)密度