儀表維修工培訓(xùn)教材

彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件,在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下,使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。如圖2—9所示，彈性元件分別為彈簧管（a）(b)，膜片(c)，膜盒(d)，波紋管（e）。圖2—9常用彈性元件彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理如圖2—10所示。彈簧管l是壓力表的測(cè)量元件。圖中所示為單圈彈簧管,它是一根彎成270o圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉,管子的另一端固定在接頭9上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后,橢圓形截面在壓力p的作用下,將趨于圓形,彈簧管也隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形。使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比,所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量,就能反映壓力p的大小,這就是彈簧管壓力表的基本測(cè)量原理。圖2—10壓力表的結(jié)構(gòu)彈簧管自由端B的位移量一般很小,必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。放大過(guò)程如下:彈簧管自由端B的位移通過(guò)拉桿2(見(jiàn)圖2—10)使扇形齒輪3作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn),于是指針5通過(guò)同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏轉(zhuǎn),在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端的位移與被測(cè)壓力之間具有正比關(guān)系,因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7用來(lái)克服因扇形齒輪和中心齒輪間的傳動(dòng)間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)整螺釘8的位置(即改變機(jī)械傳動(dòng)的放大系數(shù)),可以實(shí)現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。（二）霍爾式遠(yuǎn)傳壓力表1．霍爾效應(yīng)在霍爾片的Z軸方向加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定磁場(chǎng),在Y軸方向加一外電場(chǎng)(接入直流穩(wěn)壓電源),便有恒定電流沿Y軸方向通過(guò)。電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)時(shí),由于受電磁力的作用,而使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移,造成霍爾片的一個(gè)端面上有電子積累,另一個(gè)端面上正電荷過(guò)剩,于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差,這一電位差稱(chēng)為霍爾電勢(shì),這樣一種物理現(xiàn)象就稱(chēng)為“霍爾效應(yīng)”。如圖2—11所示，霍爾片為一半導(dǎo)體(如鍺)材料制成的薄片。在霍爾片的長(zhǎng)度方向通入控制電流I，在平面法線方向外加磁場(chǎng)B，于是電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力，而向?qū)挾确较蚱?，因此在霍爾片兩?cè)分別積累正負(fù)電荷并沿寬度方向產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。這一電場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)生的力阻止電子偏移。當(dāng)電場(chǎng)力fE與洛倫茲力fL相平衡時(shí)，霍爾輸出端電荷積累達(dá)到平衡，這就是霍爾效應(yīng)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向與霍爾片平面法線夾角為θ時(shí)，霍爾電壓V=KIBcosθ，其中K為霍爾元件靈敏度。當(dāng)載流子為空穴時(shí)，它與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，而洛倫茲力方向相同，所以產(chǎn)生的霍爾電壓極性相反?；魻栐饕糜诖艌?chǎng)、轉(zhuǎn)速、微小位移、加速度等的測(cè)量，是放音磁頭、磁接近開(kāi)關(guān)、同步傳動(dòng)裝置、無(wú)刷直流電機(jī)、函數(shù)發(fā)生器、運(yùn)算器、功率計(jì)、調(diào)制器、解調(diào)器、頻譜分析、回轉(zhuǎn)器、隔離器中的重要器件。圖2—11霍爾效應(yīng)原理2．霍爾壓力傳感器如圖2—12所示，它將霍爾元件固定于彈性敏感元件上，在壓力的作用下霍爾元件隨彈性敏感元件的變形而在磁場(chǎng)中產(chǎn)生位移，從而輸出與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。保持霍爾元件的激勵(lì)電流不變，而使它在一個(gè)均勻梯度的磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，它輸出的霍爾電勢(shì)大小就取決于它在磁場(chǎng)中的位移量(如圖所示)。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度就越高；梯度變化越均勻，霍爾電勢(shì)與位移的關(guān)系就越接近于線性。霍爾元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形小體輕、無(wú)觸點(diǎn)、頻帶寬、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長(zhǎng)，而且已經(jīng)商品化?；魻栐糜趬毫鞲衅鳎凑諒椥悦舾性牟煌卸喾N結(jié)構(gòu)形式。圖a、b中的壓力傳感器分別采用膜盒和彈簧管作為彈性敏感元件，并由兩塊半環(huán)形五類(lèi)磁鐵產(chǎn)生梯度均勻的磁場(chǎng)。圖2—12霍爾壓力傳感器（三）應(yīng)變片式壓力傳感器電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片(金屬絲或金屬箔)和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類(lèi)。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)變時(shí)，其阻值減小或增加。應(yīng)變片阻值的變化，再通過(guò)橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。1．應(yīng)變式壓力傳感器金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—13所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。圖2—13應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)圖金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：R=ρ×L/S式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω·cm/m）

S——導(dǎo)體的截面積（cm2）

L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。如圖2—14所示為應(yīng)變式壓力傳感器。采用金屬導(dǎo)體應(yīng)變片。圖2—14應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)原理2．壓阻式壓力傳感器通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖2—16所示的是壓阻變式壓力傳感器。圖2—15半導(dǎo)體應(yīng)變片圖2—16壓阻式壓力傳感器2—半導(dǎo)體敏感條；2—基底；3—引線；4—引線連接片；5—內(nèi)引線壓阻式傳感器是采用集成電路制造技術(shù)在半導(dǎo)體基片上直接生成擴(kuò)散電阻并組成電橋半導(dǎo)體材料通常為硅材料所以壓阻式傳感器又常稱(chēng)為擴(kuò)散硅壓力傳感器。（四）壓電壓力傳感器1．壓電效應(yīng)對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，電介質(zhì)會(huì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場(chǎng)去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。圖2—17石英晶體的壓電效應(yīng)如圖2—21所示的石英晶體的壓電效應(yīng)，（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒(méi)有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。圖2—18壓電壓力傳感器的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復(fù)性好、固有頻率高、動(dòng)態(tài)特性好、工作溫度高達(dá)550℃（壓電系數(shù)不隨溫度而改變）、工作濕度高達(dá)100%、穩(wěn)定性好。2．瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度大于2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國(guó)家有全面替代其它類(lèi)型傳感器的趨勢(shì)，在中國(guó)也越來(lái)越多的用戶(hù)使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。3．藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000OC以?xún)?nèi)），因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)漂移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最?lèi)毫拥墓ぷ鳁l件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性?xún)r(jià)比高。第三節(jié)．流量測(cè)量及儀表測(cè)量流體流量的儀表統(tǒng)稱(chēng)為流量計(jì)或流量表．流量計(jì)是工業(yè)測(cè)量中重要的儀表之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)流量測(cè)量的準(zhǔn)確度和范圍的要求越來(lái)越高，流量測(cè)量技術(shù)日新月異．為了適應(yīng)各種用途，各種類(lèi)型的流量計(jì)相繼問(wèn)世。目前已投入使用的流量計(jì)已超過(guò)100種。從不同的角度出發(fā)，流量計(jì)有不同的分類(lèi)方法。常用的分類(lèi)方法有兩種，一是按流量計(jì)采用的測(cè)量原理進(jìn)行歸納分類(lèi)：二是按流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分類(lèi)。按測(cè)量原理分類(lèi)：(1)力學(xué)原理：屬于此類(lèi)原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。(2)電學(xué)原理：用于此類(lèi)原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。(3)聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測(cè)量的有超聲波式．聲學(xué)式(沖擊波式)等。(4)熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測(cè)量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。(5)光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類(lèi)原理的儀表。(6)原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是屬于此類(lèi)原理的儀表．(7)其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。按流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理分類(lèi)：

按當(dāng)前流量計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類(lèi)型：（一）容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對(duì)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計(jì)的原理比較簡(jiǎn)單，適于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測(cè)量液體流量的橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì))、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計(jì)；適于測(cè)量氣體流量的伺服式容積流量計(jì)、皮膜式和轉(zhuǎn)簡(jiǎn)流量計(jì)等。圖2—19橢圓齒輪流量計(jì)由圖2—19可見(jiàn)，該流量計(jì)由兩橢圓齒輪相互嚙合進(jìn)行工作，其工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下：圖中P1表示流量計(jì)進(jìn)口流體壓力；表示出口流體壓力，顯然壓力P1大于P2．在圖2—19(a)中，下面轉(zhuǎn)子雖然受到流體的壓差作用，但不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，而上面齒輪在兩例差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)．由于兩個(gè)齒輪互相嚙合，故各自以O(shè)1，O2為軸心按箭頭方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)齒輪O1將半月形計(jì)量空間的流體排向出口．在圖2—19(a)狀態(tài)時(shí)，上齒輪為主動(dòng)輪，下齒輪為從動(dòng)輪．在圖1－19(b)位置時(shí)，兩個(gè)齒輪均在流體差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，并在該力矩作用下沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變到圖2—19(c)所示的位置．這時(shí)齒輪位置與圖2—19(a)相反，下齒輪為主動(dòng)輪，上齒輪為從動(dòng)輪．下齒輪在進(jìn)出口流體差壓作用下旋轉(zhuǎn)，又一次將它與殼體之間的半月型“計(jì)量空間”中的流體排出．如此連續(xù)不斷運(yùn)動(dòng)，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周，就排出四份“計(jì)量空間”流體體積．因此，只要讀出齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，就可以計(jì)算出排出的液體量。可計(jì)算出排出的流體總量為：

V＝4nv＝2πn（R2－ab）δ

（2－4）式中

n——齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)；

a，b——橢圓齒輪的長(zhǎng)半袖，短半鈾；δ——橢圓齒輪的厚度．（二）渦輪式流量計(jì)渦輪流量計(jì)的原理示意圖如圖2—20所示。在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過(guò)管道的流體流量。圖2—20渦輪流量計(jì)的原理示意圖渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)裝在機(jī)殼外的傳感線圈來(lái)檢測(cè)。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。（三）差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì))差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成。一次裝置稱(chēng)流量測(cè)量元件，它安裝在被測(cè)流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成開(kāi)放關(guān)系的壓力差（如圖2—21所示），供二次裝置進(jìn)行流量顯示和信號(hào)的遠(yuǎn)傳。二次裝置稱(chēng)變送單元。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其開(kāi)方并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示和遠(yuǎn)傳。差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)定裝置如2—22圖所示(孔板、噴嘴、文丘里管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表。差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開(kāi)平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國(guó)一般都用在比較重要的場(chǎng)合，約占各種流量測(cè)量方式的70％。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。圖2—21差壓式流量計(jì)的測(cè)量原理圖2—22常用節(jié)流裝置（四）變面積式流量計(jì)(等壓降式流量計(jì))如圖2—23，放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動(dòng)的流體的作用力而移動(dòng)。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時(shí)，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計(jì)的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)上下部分的壓力差相等，因此該型流量計(jì)稱(chēng)變面積式流量計(jì)或等壓降式流量計(jì)。該式流量計(jì)的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)。平衡條件：圖2—23轉(zhuǎn)子流量計(jì)V（ρt-ρf）g＝（P1-P2）AΔP=（P1-P2）＝V（ρt-ρf）g/A在ΔP一定的情況下，流過(guò)流量計(jì)的流量與環(huán)隙面積F0有關(guān)。即與轉(zhuǎn)子浮起的高度有關(guān)?？捎孟率奖磉_(dá)：由上式可知：流量Q(M)與轉(zhuǎn)子的高度h成正比。（五）動(dòng)量式流量計(jì)利用測(cè)量流體的動(dòng)量來(lái)反映流量大小的流量計(jì)稱(chēng)動(dòng)量式流量計(jì)．由于流動(dòng)流體的動(dòng)量P與流體的密度ρ及流速v的平方成正比，即p∝ρv2，當(dāng)通流截面確定時(shí)，v與容積流量Q成正比，故p∝ρQ2。設(shè)比例系數(shù)為A，則因此，測(cè)得P，即可反映流量Q．這種型式的流量計(jì)，大多利用檢測(cè)元件把動(dòng)量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測(cè)量流量。這種流量計(jì)的典型儀表是靶式（如圖2—24所示）和轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式流量計(jì)。圖2—24靶式流量計(jì)（六）沖量式流量計(jì)利用沖量定理測(cè)量流量的流量計(jì)稱(chēng)沖量式流量計(jì)，多用于測(cè)量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來(lái)測(cè)泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測(cè)量范圍從每小時(shí)幾公斤到近萬(wàn)噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計(jì)，其測(cè)量原理是當(dāng)被測(cè)介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角θ的檢測(cè)板上產(chǎn)生一個(gè)沖力，沖力的水平分力與質(zhì)量流量成正比，故測(cè)量這個(gè)水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(hào)的檢測(cè)方式，該型流量計(jì)分位移檢測(cè)型和直接測(cè)力型。（七）電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比，通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)來(lái)反映管道流量的原理而制成的。其測(cè)量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量。可測(cè)最大管徑達(dá)2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。圖2—25電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖電磁流量計(jì)造價(jià)較高，且信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾，影響了在工業(yè)管流測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新，向微機(jī)化發(fā)展。（八）超聲波流量計(jì)超聲波多普勒流量計(jì)的測(cè)量原別是以物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比。在超聲波多普勒流量測(cè)量方法中，超聲波發(fā)射器為一固定聲源，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的固體顆粒起了與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的“觀察者”的作用，當(dāng)然它僅僅是把入射到固體顆粒上的超聲波反射回接收據(jù)。發(fā)射聲波與接收聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)少的聲波多普勒頻移。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以測(cè)量頻差可以求得流速。進(jìn)而可以得到流體的流量。因此，超聲波多普勒流量測(cè)量的一個(gè)必要的條件是：被測(cè)流體介質(zhì)應(yīng)是含有一定數(shù)量能反射聲波的固體粒子或氣泡等的兩相介質(zhì)。這個(gè)工作條件實(shí)際上也是它的一大優(yōu)點(diǎn)，即這種流量測(cè)量方法適宜于對(duì)兩相流的測(cè)量，這是其它流量計(jì)難以解決的問(wèn)題．因此，作為一種極有前途的兩相流測(cè)量方法和流量計(jì)，超聲波多普勒流量測(cè)量方法目前正日益得到應(yīng)用。（1）超聲波物位計(jì)超聲波物位計(jì)的工作原理是由換能器（探頭）發(fā)出高頻超聲波脈沖遇到被測(cè)介質(zhì)表面被反射回來(lái)，部分反射回波被同一換能器接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時(shí)間間隔與換能器到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。此距離值S與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=CT/2由于發(fā)射的超聲波脈沖有一定的寬度，使得距離換能器較近的小段區(qū)域內(nèi)的反射波與發(fā)射波重迭，無(wú)法識(shí)別，不能測(cè)量其距離值。這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為測(cè)量盲區(qū)。盲區(qū)的大小與超聲波物位計(jì)的型號(hào)有關(guān)。圖2—26超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖（2）超聲（波）流量計(jì)在管道上的縱向距離為l的兩處安裝兩組超聲波發(fā)生器和接收器（圖2—26）中的T1、R1和T2、R2）。當(dāng)流體靜止時(shí)，聲速為c。當(dāng)流體速度為v時(shí)，順流的聲速為c+v，傳播時(shí)間為t1；逆流的聲速為c-v，傳播時(shí)間為t2。通過(guò)測(cè)量時(shí)間差來(lái)測(cè)量流速的方法稱(chēng)為時(shí)間法。由于時(shí)間差非常小，欲測(cè)△t需要較復(fù)雜的電子線路，為簡(jiǎn)化測(cè)量線路，用測(cè)量順逆兩個(gè)連續(xù)波之間的相位差（ω為─連續(xù)波的角頻率）來(lái)求得流速的方法稱(chēng)為相位差法。這兩種方法都需要準(zhǔn)確知道聲速c，但液體中的聲速c隨溫度變化。為消除因溫度差異而產(chǎn)生的誤差，可通過(guò)測(cè)量頻率差而求得流速。這種方法稱(chēng)為頻率差法。集成電路的發(fā)展使超聲(波)流量計(jì)可普遍使用鎖相環(huán)路技術(shù)，這樣就能消除由聲速帶來(lái)的誤差，使超聲（波）流量計(jì)的應(yīng)用得到推廣。（九）流體振蕩式流量計(jì)流體振蕩式流量計(jì)是利用流體在特定流道條件下流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計(jì)的．當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量．這種流量計(jì)是70年代開(kāi)發(fā)和發(fā)展起來(lái)的．由于它兼有無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。1．渦街流量計(jì)的測(cè)量原理漩渦流量計(jì)又稱(chēng)渦街流量計(jì)。漩渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。漩渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的游渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。如圖2—27，在流體中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀物(圓柱或三角柱)作為漩渦發(fā)生體。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值時(shí),會(huì)在柱狀物的下游處產(chǎn)生兩列平行狀，并且上下交替出現(xiàn)的漩渦，稱(chēng)為渦街，也稱(chēng)作“卡曼渦街”。當(dāng)兩列游渦之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿(mǎn)足h/L=0.281時(shí),則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定、有規(guī)律的。管道中流體流過(guò)漩渦發(fā)生體時(shí)，在其后方和兩側(cè)會(huì)交替地產(chǎn)生有規(guī)律的漩渦列，流速U越大，漩渦產(chǎn)生頻率f也越大，其關(guān)系式為：F=KU/D式中：K──斯特芬哈系數(shù)

D──漩渦發(fā)生體直徑圖2—27渦街流量計(jì)的原理圖它是將測(cè)得的微弱的頻率信號(hào)經(jīng)電子線路處理成與流速成正比的電脈沖信號(hào)由顯示儀表顯示出流量的瞬時(shí)值。漩渦頻率是不受流體密度、溫度、壓力和粘度等的影響，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。2．旋渦流量計(jì)傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要由殼體，前導(dǎo)向架、軸、葉輪、后導(dǎo)向架和帶磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器的放大器等組成。前、后導(dǎo)向架安裝在殼體中，軸安裝在導(dǎo)向架上，導(dǎo)向架上有幾片呈輻射的整流片，當(dāng)流體流過(guò)時(shí)基本上沿著平行于軸線的方向流動(dòng)。前，后導(dǎo)向架由壓緊圈固定在殼體上，葉輪上均勻分布著葉片，迫使流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)沿管道中軸到達(dá)儀表上游入口時(shí)，其固定于端部的扇型葉片首先迫使流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后再由旋渦發(fā)生體形成旋渦流。由于流體本身具有的動(dòng)能，旋渦流繼續(xù)在文丘利管中向前旋進(jìn)，在流體到達(dá)文氏管的收縮段時(shí)由于節(jié)流作用使得旋渦流動(dòng)能增加、流速加大，當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)散段后，又因回流的作用流體就被迫進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生的旋渦頻率再經(jīng)頻率感測(cè)元件(壓電晶體)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換及前置放大器的放大、濾波和整形等一系列過(guò)程之后，旋渦頻率就被轉(zhuǎn)變成了與被測(cè)介質(zhì)流速大小成正比的脈沖信號(hào)，然后再與溫度、壓力等檢測(cè)信號(hào)一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，最后在LCD上顯示出測(cè)量結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)狀況下的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))。其工作原理框圖如圖2—28所示。圖2—28旋渦流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖（十）質(zhì)量流量計(jì)由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時(shí)需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達(dá)到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計(jì)就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量，目前常用的有量熱式、角動(dòng)量式、振動(dòng)陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計(jì)。間接式質(zhì)量流量計(jì)是用密度計(jì)與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，流動(dòng)工質(zhì)的溫度、壓力等運(yùn)行參數(shù)不斷提高，在高溫高壓的情況下，由于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面的原因，直接式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用遇到困難，而間接式質(zhì)量流量計(jì)由于密度計(jì)受濕度和壓力適用范圍的限制，往往也不好實(shí)際應(yīng)用。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的是溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)?？砂阉醋饕环N間接式質(zhì)量流量計(jì)，不是配用密度計(jì)，而是利用溫度、壓力與密度間的關(guān)系，用溫度、壓力信號(hào)經(jīng)函數(shù)運(yùn)算為密度信號(hào)，與容積流量相乘而得到質(zhì)量流量．目前溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)雖已實(shí)用化，但當(dāng)被測(cè)介質(zhì)參數(shù)變化范圍很大或很迅速時(shí)，正確地補(bǔ)償將很困難或不可能，因此進(jìn)一步研究在實(shí)際生產(chǎn)中適用的質(zhì)量流量計(jì)和密度計(jì)還是一個(gè)課題。陳上述常用結(jié)構(gòu)原理的流量計(jì)比各種結(jié)構(gòu)的流量計(jì)很多，如適用于明渠測(cè)流的各種堰式流量計(jì)、槽式流量計(jì)；適于大口徑測(cè)流的插入式流量計(jì)；測(cè)量層流流量的層流流量計(jì)；適于二相流測(cè)量的相關(guān)法流量計(jì)；以及激光法、核磁共振法流量計(jì)和多種示蹤法、稀釋法測(cè)流等。隨著科技的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用需要，新型流量計(jì)將不斷涌現(xiàn)流量計(jì)的類(lèi)型將更為齊全。1．質(zhì)量流量測(cè)量原理一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺(tái)傳感器和一臺(tái)用于信號(hào)處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律：力=質(zhì)量×加速度（Ｆ＝ｍａ）圖2—29質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理圖如圖2—29所示，當(dāng)質(zhì)量為ｍ的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對(duì)P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)分量的加速度及其力：a.法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；b.切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωV，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm，管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc=-2ωVm。當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度Δx的管道將受到一個(gè)切向科里奧利力ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx

（1）式中，A—管道的流通截面積。由于存在關(guān)系式：mq=ρVA所以：ΔFc=2ωqmΔx

（2）

因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管中流動(dòng)流體的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。圖2—30質(zhì)量流量計(jì)（科氏力）的結(jié)構(gòu)傳感器內(nèi)是U型流量管（圖2—30），在沒(méi)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動(dòng)線圈驅(qū)動(dòng)，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動(dòng)。在流量管向上振動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)，流體反抗管子向上運(yùn)動(dòng)而對(duì)流量管施加一個(gè)向下的力；反之，流出流量管的流體對(duì)流量管施加一個(gè)向上的力以反抗管子向下運(yùn)動(dòng)而使其垂直動(dòng)量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動(dòng)的另外半個(gè)周期，流量管向下振動(dòng)，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱(chēng)之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象，即科氏力。根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小完全與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號(hào)檢測(cè)器用于檢測(cè)流量管的振動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有流體流過(guò)流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號(hào)檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)是同相位的（圖2—31）；當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生相位差（圖2—32），這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。圖2—31無(wú)流量情況下的傳感器信號(hào)圖2—32有無(wú)流量情況下的傳感器信號(hào)由于這種質(zhì)量流量計(jì)主要依靠流量管的振動(dòng)來(lái)進(jìn)行流量測(cè)量，流量管的振動(dòng)，以及流過(guò)管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力，致使每個(gè)流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)量與振動(dòng)周期內(nèi)流過(guò)流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個(gè)流管的扭曲滯后于另一流管的扭曲，質(zhì)量管上的傳感器輸出信號(hào)可通過(guò)電路比較，來(lái)確定扭曲量，見(jiàn)圖2—33。圖2—33質(zhì)量流量計(jì)的信號(hào)流程電路中由時(shí)間差檢測(cè)器測(cè)量左右檢測(cè)信號(hào)之間的滯后時(shí)間。這個(gè)“時(shí)間差”ΔT經(jīng)過(guò)數(shù)字量測(cè)量、處理、濾波以減少噪聲，提高測(cè)量分辨率。時(shí)間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來(lái)表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測(cè)量的流量不斷由變送器調(diào)整，后者隨時(shí)檢測(cè)粘在流管外表上的鉑電阻溫度計(jì)輸出。變送器用一個(gè)三相的電阻溫度計(jì)電橋放大電路來(lái)測(cè)量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率，并由計(jì)數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。第四節(jié)．液位測(cè)量（一）浮球式液位變送器浮球式液位變送器由磁性浮球、測(cè)量導(dǎo)管、信號(hào)單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測(cè)量導(dǎo)管上下移動(dòng)。導(dǎo)管內(nèi)裝有測(cè)量元件，它可以在外磁作用下將被測(cè)液位信號(hào)轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號(hào)，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20mA或其它標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護(hù)電路，可使輸出最大電流不超過(guò)28mA，因而能夠可靠地保護(hù)電源并使二次儀表不被損壞。（二）浮簡(jiǎn)式液位變送器浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計(jì)的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量液體的液位、界位或密度的。它在工作時(shí)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)按鍵來(lái)進(jìn)行常規(guī)的設(shè)定操作。（三）靜壓或液位變送器該變送器利用液體靜壓力的測(cè)量原理工作。它一般選用硅壓力測(cè)壓傳感器將測(cè)量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，最后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。（四）電容式物位變送器電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量和控制生產(chǎn)過(guò)程，主要用作類(lèi)導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測(cè)量和指示。電容式液位變送器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以?xún)删€制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號(hào)形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。電容傳感器由絕緣電極和裝有測(cè)量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時(shí)，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進(jìn)行測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是頻率較低，對(duì)周?chē)漕l干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無(wú)明顯溫度漂移等。（五）超聲波變送器超聲波變送器分為一般超聲波變送器（無(wú)表頭）和一體化超聲波變送器兩類(lèi)，一體化超聲波變送器較為常用。一體化超聲波變更新器由表頭（如LCD顯示器）和探頭兩部分組成，這種直接輸出4～20mA信號(hào)的變送器是將小型化的敏感元件（探頭）和電子電路組裝在一起，從而使體積更小、重量更輕、價(jià)格更便宜。超聲波變送器可用于液位。物位的測(cè)量和開(kāi)渠、明渠等流量測(cè)量，并可用于測(cè)量距離。第五節(jié)．在線分析儀表（一）概述對(duì)混合氣體的成分及混合物中某些物質(zhì)的含量或性質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)定，是自動(dòng)檢測(cè)儀表的一個(gè)重要內(nèi)容，化工廠常見(jiàn)的成分分析儀表主要有氣體分析器，PH計(jì)等。借助這一類(lèi)儀器，可以了解生產(chǎn)過(guò)程中的原料、中間產(chǎn)品及最后產(chǎn)品的性質(zhì)及其含量，從而直接判斷生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行得是否符合要求。對(duì)某些物料的性質(zhì)及成分進(jìn)行質(zhì)量控制顯然要比控制其它參數(shù)（例如：溫度、壓力、流量等）直接得多，因而也將更為有效。特別是DCS控制生產(chǎn)過(guò)程的時(shí)候，成分分析儀表所給出的信號(hào)，同其它有關(guān)參數(shù)信號(hào)一起送進(jìn)DCS，將更易于使生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目標(biāo)。成分自動(dòng)分析儀表是利用各物質(zhì)的性質(zhì)之間存在著差異，把所要檢測(cè)的成分或物質(zhì)性質(zhì)轉(zhuǎn)換成某種電信號(hào)，進(jìn)行非電量的檢測(cè)。一般說(shuō)來(lái)，這種轉(zhuǎn)換的步驟和種類(lèi)較多，外界因素的影響也較復(fù)雜。為了保證所測(cè)成分或性質(zhì)與輸出信號(hào)之間的單值函數(shù)關(guān)系，一臺(tái)分析儀器不得不采用各種措施，或者是穩(wěn)定某些影響因素，或者排除某些影響因素，這就要求我們?cè)谑褂梅治鰞x表時(shí)，必須遵守規(guī)定的條件，才能得到滿(mǎn)意的結(jié)果。另外由于被分析物質(zhì)的樣品取出及處理手續(xù)繁多，信號(hào)的轉(zhuǎn)換程序也較復(fù)雜，因而儀表響應(yīng)時(shí)間通常較長(zhǎng)，其滯后也較大。一般說(shuō)來(lái)，成分自動(dòng)分析儀表由三個(gè)部分組成：1．檢測(cè)器或檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)器的基本功能是將被測(cè)物質(zhì)的成分或性質(zhì)的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。例如：用玻璃電極測(cè)量溶液的PH值，電極把溶液中氫離子濃度轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)，該電勢(shì)可在儀表中顯示出來(lái)。又如熱導(dǎo)式分析器，氣體成分的變化被轉(zhuǎn)換成熱敏元件電阻值的改變，經(jīng)過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成不平衡電壓后，即可在儀表中表示出被測(cè)氣體的含量。有時(shí)，需要把檢測(cè)的敏感元件和某些輔助設(shè)備組裝在一起，才能起到感受并反映被測(cè)成分或性質(zhì)變化的作用。這時(shí)，包括檢測(cè)器的敏感元件及輔助設(shè)備在內(nèi)的裝置稱(chēng)為檢測(cè)系統(tǒng)。例如，某些光學(xué)式分析器，常把光源、透鏡以及檢測(cè)器等裝在一起組成檢測(cè)系統(tǒng)。2．信號(hào)處理裝置檢測(cè)系統(tǒng)送出來(lái)的電信號(hào)一般都很微弱，因此在大多數(shù)分析儀表中，都設(shè)有電子放大器及指示記錄裝置等（例如電子電位計(jì)或自動(dòng)平衡電橋等），有的新型分析儀表中，還設(shè)有小型數(shù)據(jù)處理裝置，例如將分析儀給出的不連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量或數(shù)字量。有些大型的分析器，還用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3．取樣及預(yù)處理裝置為了保證連續(xù)自動(dòng)地供給分析檢測(cè)系統(tǒng)合格的樣品，正確地取樣并進(jìn)行預(yù)處理是十分重要的。這是儀器安裝和使用中必須注意的問(wèn)題，如果疏忽，往往使儀表不能正常工作，檢測(cè)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，甚至造成檢測(cè)儀表的損壞。取樣及預(yù)處理裝置包括抽吸器（負(fù)壓取樣使用）、冷卻器，機(jī)械夾雜及化學(xué)雜質(zhì)過(guò)濾器、轉(zhuǎn)化器、干燥器、穩(wěn)流器、流量指示器等。必須根據(jù)工藝流程、樣品的物理化學(xué)狀況及所采用的分析儀的特性等具體地選擇、安裝取樣裝置及預(yù)處理系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)臟污的樣品，必須凈化，除了需要檢測(cè)水分以外，氣體分析前，一般需要干燥。（二）熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式氣體分析儀在工業(yè)上應(yīng)用時(shí)間較久，能分析的種類(lèi)較多，在化工企業(yè)中多用以分析CO2、SO2及H2含量，是一種常用氣體分析器。1．工作原理不同氣體的導(dǎo)熱系數(shù)是不同的。一些常見(jiàn)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)見(jiàn)表3-2。表中λk是空氣導(dǎo)熱系數(shù)。表3-2某些氣體的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于彼此間無(wú)相互作用的多種組分的混合氣體，它的導(dǎo)熱系數(shù)可近似地認(rèn)為是組分導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值?；旌蠚怏w的總導(dǎo)熱系數(shù)λ是被分析組分百分含量C1、導(dǎo)熱系數(shù)λ1和其余各組分導(dǎo)熱系數(shù)λ2的函數(shù)。λ≈λ1·C1＋λ2（C2＋C3＋C4＋……Cn）≈λ1·C1＋λ2（1-C1）=λ2＋（λ1-λ2）C1我們的目的是通過(guò)測(cè)量總導(dǎo)熱系數(shù)λ的變化來(lái)確定被分析組分的百分含量（C1），如果被分析組分的λ1與其余組分的λ2相差大，那么，少量的C1變化，混合氣體的總導(dǎo)熱系數(shù)λ變化就較大，儀器易于檢測(cè)出來(lái)。除被分析組分的導(dǎo)熱系數(shù)λ1以外，其余各部分的導(dǎo)熱系數(shù)必須相同或相近。否則，難以識(shí)別究竟是哪一個(gè)組分含量的變化引起總導(dǎo)熱系數(shù)的變化，儀器就失去了被測(cè)組分含量的鑒別能力。事實(shí)上，大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)都是溫度的函數(shù)。在被分析組分的含量未變時(shí)，由于溫度改變?cè)斐蓪?dǎo)熱系數(shù)的變化將產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，熱導(dǎo)式分析儀的發(fā)送器都備有恒溫裝置以減少溫度變化的影響。導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量是使被分析的氣體通過(guò)發(fā)送器中的熱導(dǎo)室，將導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾性娮柚档淖兓ㄟ^(guò)電阻值的測(cè)量而得知導(dǎo)熱系數(shù)。氣室中電阻絲Rn是熱敏元件，當(dāng)通入電流加熱時(shí)，電阻絲的熱量經(jīng)過(guò)氣體的熱傳導(dǎo)、氣體的對(duì)流散熱、電阻的輻射散熱及軸向傳導(dǎo)散熱等四個(gè)途徑散失。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)熱導(dǎo)室結(jié)構(gòu)，選擇電阻及電流的數(shù)值可以保證散熱主要通過(guò)氣體的熱傳導(dǎo)進(jìn)行，當(dāng)加熱電流一定時(shí)，電阻絲溫度的高低，就取決于氣體導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，即取決于導(dǎo)熱系數(shù)的大小。不同的電阻絲溫度就有相應(yīng)的電阻值，測(cè)量電阻值的變化，可測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)，即測(cè)出了被分析的組分的含量。2．RD型熱導(dǎo)式氣體分析儀RD型熱導(dǎo)式氣體分析儀由發(fā)送器（包括預(yù)處理組件）、電源控制器及二次儀表等主要部件組成。發(fā)送器中的分析電橋用以感受氣體成分變化并將其轉(zhuǎn)換為電參數(shù)輸出。預(yù)處理組件包括抽氣泵和取樣裝置，其作用是保證某一定量的氣樣經(jīng)預(yù)處理（例如干燥、過(guò)濾等）后，連續(xù)送到分析電橋。電源控制器的作用是保證儀器的用電電源穩(wěn)定，并借此穩(wěn)定某些電加熱部件的溫度。二次儀表一般為電子電位差計(jì)，對(duì)被測(cè)成分進(jìn)行指示與記錄，并以體積的百分?jǐn)?shù)表示。圖3-2是這種分析儀的電氣原理圖。其電路是RD-004型分析儀原理圖，電路雖已過(guò)時(shí)，但也足以說(shuō)明RD型分析儀的電路構(gòu)成，其電路可分為穩(wěn)壓電源、恒溫控制系統(tǒng)及分析電橋系統(tǒng)等三個(gè)部分。圖3-2RD型熱導(dǎo)式氣體分析儀電氣原理圖(1)穩(wěn)壓電源采用晶體管串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓線路，主回路的調(diào)整部分由BG2和BG4組成的組合管擔(dān)任；R1、R2、、R3和W1構(gòu)成的分壓器為取樣元件；BG1直流放大器，起比較和放大信號(hào)作用；D10硅穩(wěn)壓為基準(zhǔn)元件；BG3、R5、R6、和R7組成過(guò)載保護(hù)電路；而輔助電路的穩(wěn)壓器則由D9硅穩(wěn)壓管和R9組成。如果因輸入電壓或負(fù)載的變化而使用輸出電壓增加，則通過(guò)“取樣元件”、“直流放大器”等對(duì)信號(hào)的比較、放大、負(fù)反饋?zhàn)饔茫褂脧?fù)合管BG2、BG4的基極對(duì)發(fā)射極的電位負(fù)值變小，集電極與發(fā)射極間電壓降增大，從而使輸出電壓減少到原來(lái)數(shù)值而保持不變。W1可以改變穩(wěn)壓電源輸出電壓的負(fù)反饋，所以W1可作輸出電壓“細(xì)調(diào)”之用。直流放大器的工作電壓由輔助電路的硅穩(wěn)壓管D9供給，以保證工作穩(wěn)定。R4為改善硅穩(wěn)壓管D10工作特性的負(fù)載電阻，圖中調(diào)整部分有過(guò)載保護(hù)作用，在穩(wěn)壓電源正常工作時(shí)，管子BG3的基極與發(fā)射極間電位不在工作條件下，所以BG3不處于工作狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷過(guò)載或輸出端短路時(shí)，流經(jīng)電阻R7的電流增大，R7兩端的電壓降升高很多，管子BG3工作，使調(diào)整管基極與發(fā)射極間變小很多，致使集電極電流很小，甚至處于“截止”狀態(tài)，從而使調(diào)整管免于負(fù)荷過(guò)載而損壞，改變R7電阻值即可改變穩(wěn)壓器輸出電流極限值。穩(wěn)壓電源輸出電流最大值約為260～280mA。(2)恒溫控制系統(tǒng)包括電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)KT、加熱線圈RT、干簧繼電器J、降壓電阻R16等到門(mén)部件。電源接通后，R16及干簧繼電器線圈中有電流通過(guò)，干簧吸合，變壓器原繞組的線圈套1、2對(duì)加熱線圈RT供電，發(fā)送器的橋體升溫，當(dāng)溫度達(dá)60O℃時(shí)，水銀溫度計(jì)電接點(diǎn)接通，干簧繼電器的線圈被短路，無(wú)電流通過(guò)，其觸點(diǎn)釋放，RT的電源被切斷，橋體降溫。當(dāng)水銀溫度計(jì)的觸點(diǎn)K1再度斷開(kāi)時(shí)，J又吸合再次升溫。如此重復(fù)進(jìn)行，溫度可在給定的60℃C附近0.5℃以?xún)?nèi)恒定不變。(3)分析電橋系統(tǒng)分析儀測(cè)量電路是一個(gè)分析電橋。穩(wěn)壓電源供給的通過(guò)分析電橋的臂以后，經(jīng)過(guò)電位器W4、電阻R11、R10構(gòu)成閉合回路。R11是核對(duì)電流是否為正常值的電阻，其數(shù)值由W4調(diào)整。電橋的不平衡電壓加到R14、W2、R15構(gòu)成的分壓器上。當(dāng)開(kāi)關(guān)K1撥向“工作”位置時(shí)，顯示表A與電橋輸出的不平衡電壓接通，顯示出被分析的成分。K1撥向“校對(duì)”位置時(shí)，橋路電流在R11上的電壓降與顯示儀表接通，其數(shù)值應(yīng)使指針停在儀表標(biāo)尺的紅線位置。否則應(yīng)調(diào)整W4的滑動(dòng)觸點(diǎn)，直到指針停在紅線所示的數(shù)值，儀表方能正常工作。電位器W2用以調(diào)整量程使電橋的輸出適合顯示儀表的工作范圍。R17、R17R18、R18為線路補(bǔ)償電阻。儀表氣路系統(tǒng)中穩(wěn)壓器前后的閥門(mén)用以調(diào)整氣樣流量。穩(wěn)壓器穩(wěn)定氣樣的壓力，其內(nèi)盛變壓器油。過(guò)濾器內(nèi)充填脫脂棉，除水裝置內(nèi)一般盛硅膠，氯化鈣等，經(jīng)過(guò)濾干燥后，干凈的氣樣送至發(fā)送器。流量計(jì)的作用是控制流過(guò)發(fā)送器的氣樣流量。與發(fā)送器配套的顯示儀表有動(dòng)圈表或電子電位差計(jì)，使用電位差計(jì)的較多。新型RD熱導(dǎo)式分析儀器中，電氣系統(tǒng)增加了測(cè)量放大，線性校正，輸出電路等，元件采用了集成電路，儀器整體性能更加穩(wěn)定。（三）氧含量分析儀氧含量分析儀用以測(cè)量混合氣體中氧氣的百分含量。工業(yè)上應(yīng)用較多的是熱磁式、磁力式、氧化鋯，及利用電化學(xué)性質(zhì)為原理的測(cè)氧儀等。1．KY-2型測(cè)氧儀工作原理KY-2測(cè)氧儀是由氧傳感器、微電流放大器、比較器、驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電源組成，圖3-3為其測(cè)量原理框圖。氧電極提并微電流放大器器氧電極提并氧電極提并氧電極提并微電流放大器器氧電極提并氧電極提并穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源圖3-3KY-2測(cè)氧儀原理框圖氧電極置于含氧混合氣中時(shí)，產(chǎn)生正比于氧濃度（體積百分含量）的微弱信號(hào)電流（約10-8～10-6安培）此信號(hào)經(jīng)微電流放大器放大后，一路輸出0～10mA，供記錄儀連續(xù)監(jiān)測(cè)，另一路輸出到比較器與設(shè)定值比較，經(jīng)比較后的輸出通過(guò)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行報(bào)警。(1)氧電極儀器采用極譜隔膜式氧電極為傳感器，它采用鉑作陰極，兩電極加入適當(dāng)電解液。端頭用薄的聚四氟乙烯膜封閉，此膜對(duì)氧有透過(guò)性。當(dāng)樣氣中含有氧時(shí)，氧透過(guò)薄膜進(jìn)入電解室，當(dāng)陰極上加有適當(dāng)?shù)臉O化電壓時(shí)，電極上發(fā)生下述電化學(xué)反應(yīng)：陰極：O2+2H2O+4e4OH根………（1）陽(yáng)極：Ag+Cl-AgCl+e………(2)由于兩電極材料、尺寸、電極間的距離、電解質(zhì)的成份和濃度、極化電壓的選擇都是按著極譜原理，并充分考慮了極化條件、所以上述反應(yīng)迅速達(dá)到平衡，產(chǎn)生穩(wěn)定的極限擴(kuò)散電流（圖3-3），此電流正比于氣體中氧的體積百分含量，它們之間有嚴(yán)格的定量關(guān)系（圖3-4）。I=KAPO…………（3）式中，k為常數(shù)，由氧的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散層厚度及陰極面積決定，A為四氟膜的滲透率，隨濕度變化。PO為氧分壓（即氧的體積百分含量）儀器用熱敏元件對(duì)A進(jìn)行補(bǔ)償。因此電流I只隨氣樣中氧濃度變化。圖3-3：在陰極上的I～V曲線圖3-4：氧含量與電流關(guān)系(2)微電流放大器微電流放大器用于將較小的Iin信號(hào)放大，得到0～10mA的Iout。(3)比較器比較器電路中，Vin為來(lái)自微電流放大器的輸出電壓。RF正反饋電阻，CF為加速電容，Vout為比較器輸出電壓，當(dāng)Vin=0，而VR為負(fù)數(shù)時(shí)，Vin為負(fù)。記為V—，若忽略運(yùn)算放大器失調(diào)電壓則VT=VR·RF/RF+R2+V—·R2/RF+R2當(dāng)Vin＞VR時(shí)，運(yùn)算放大器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，即Vout由負(fù)變正。(4)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器的輸入來(lái)自比較器的輸出電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓為負(fù)時(shí)，晶體三極管導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，保護(hù)電路。(5)直流穩(wěn)壓電源儀器采用正負(fù)12伏的典型串聯(lián)穩(wěn)壓電源。驅(qū)動(dòng)器電源、微電流放大和比較器電源以及電極極化電壓都有由它提供。(6)儀表的氣路系統(tǒng)其中穩(wěn)壓器前減壓閥門(mén)用以調(diào)整氣樣流量。穩(wěn)壓器穩(wěn)定氣樣的壓力，其內(nèi)一般盛變壓器油。過(guò)濾除塵器內(nèi)填脫脂棉，經(jīng)過(guò)濾后送出，脫水裝置除去氣樣中的水份，除水一般采用硅膠，也可采用氯化鈣，濃硫酸等。一級(jí)脫硫裝置，用于脫除氣樣中造成電極中毒的硫化物，脫硫劑可用氧化銅、碳酸鉛、氧化鋅等，氣樣的凈化處理極為重要，是一步關(guān)鍵處理工藝，否則氧電極中電極上會(huì)生成黑色Ag2S改變電極電位，使測(cè)氧儀失靈。干燥靜化的氣體經(jīng)穩(wěn)壓、除水、脫硫后進(jìn)入電極并同時(shí)控制流量穩(wěn)定。電極及發(fā)送配套除可就地指示以外，還可發(fā)送0～10mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，供電子電位差計(jì)二次儀表指示記錄。2．熱磁式氧分析儀(1)磁體的性質(zhì)任何物質(zhì)，在外磁的作用下，都能感應(yīng)而磁化。不同物質(zhì)，受磁化的程度不同。可以用磁化率χ的數(shù)值來(lái)表示這一差別。磁化率的物理意義是指單位磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下物質(zhì)的磁化強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，磁化率χ為正值的氣體，在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的吸引,稱(chēng)為順磁性氣體。反之，χ為負(fù)值的氣體,在磁場(chǎng)中受到排斥，稱(chēng)為逆磁性氣體。表3-3為某些氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的磁化率數(shù)值（CGS制）。從表3-3可知，氧不僅是一種順磁性物質(zhì)，而且其磁化率較之其它氣體，有顯著的差別，因此使我們可能利用這一磁性差異來(lái)建立氧分析儀。表3-3某些氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的磁化率數(shù)值（CGS制）當(dāng)氣體的壓力為P、分子量為M時(shí)，以C、R分別表示居里常數(shù)及氣體常數(shù)。則磁化率與溫度之間有以下的關(guān)系χ=CMP/RT2可見(jiàn)，氣體的磁化率與絕對(duì)溫度的平方成反比，隨著溫度的升高磁化率急劇下降。我們正是利用這一特性來(lái)測(cè)定磁化率，并進(jìn)而確定混合氣體的氧含量，這就是熱磁式氧分析儀的工作依據(jù)。(2)儀器的結(jié)構(gòu)原理熱磁式氧分析儀由發(fā)送器與顯示儀表兩個(gè)主要部分組成。發(fā)送器的作用是測(cè)出含氧量并將其轉(zhuǎn)換為電參數(shù)輸出，顯示儀表的作用是測(cè)出發(fā)送器輸出的電參數(shù)并以氧含量百分?jǐn)?shù)指示或記錄下來(lái)。儀器的結(jié)構(gòu)形式較多，現(xiàn)以?xún)A角補(bǔ)償式為例來(lái)介紹它們的結(jié)構(gòu)以原理。在環(huán)形氣室的中間有一個(gè)通道，通道的外側(cè)繞以鉑電阻絲，從繞組的中間抽頭，把電阻絲均勻分為兩個(gè)相等的電阻r1與r2。它們同電阻R1和R2組成一個(gè)電橋。當(dāng)電橋電源加入時(shí)，r1及r2通電發(fā)熱，中間通道被加熱，通道左側(cè)置有磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定的非均勻磁場(chǎng)。在抽氣裝置形成的負(fù)壓作用下，被測(cè)氣體由下而上進(jìn)入環(huán)形通道，分左右二路通過(guò)，在頂部匯合后排出。由于中間通道被電阻絲加熱磁場(chǎng)的吸引，流到中間通道的氣體被加熱，磁化率迅速下降；中間通道左側(cè)與環(huán)形通道交叉口處的氣體尚未加熱，溫度較低，磁化率較高，所受磁場(chǎng)的吸引力將大于中間通道內(nèi)的熱氣體，因而自左向右地推動(dòng)著氣體穿過(guò)中間通道形成磁風(fēng)，這就是熱磁對(duì)流。由于總是冷氣體進(jìn)入中間通道左側(cè)吸收了加熱絲r1的熱量以后從右側(cè)流出。因此左側(cè)繞組較冷，其電阻值r1將降低，右側(cè)繞組較熱，其電阻值r2升高。故電橋有不平衡電壓輸出。被分析的式樣中氧含量越高，熱對(duì)流越強(qiáng)，r1與r2兩繞組電阻差值越大，電橋輸出的不平衡電壓越高，顯示儀表含氧量百分?jǐn)?shù)越高。必須注意，中間通道流動(dòng)不僅是熱磁對(duì)流，還有氣體因冷熱差異而引起的自然對(duì)流，由此會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。采用傾角補(bǔ)償式發(fā)送器，就可以克服這種誤差。當(dāng)含氧量為某一數(shù)值時(shí)，測(cè)量輸出一個(gè)不平衡電壓，此電壓經(jīng)放大后，推動(dòng)可逆電機(jī)M，再由減速器T傳動(dòng)，使發(fā)送器的環(huán)形室偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。這樣，中間通道的傾角也改變了，角度不同，中間通道內(nèi)氣體自然對(duì)流的強(qiáng)弱也不同，可見(jiàn)自然對(duì)流恰與熱磁對(duì)流的方向相反，當(dāng)兩種對(duì)流大小相同時(shí)，中間通道內(nèi)氣體不再流動(dòng)，電阻r1、r2的溫度相等，其阻值相同，電橋平衡，電機(jī)停轉(zhuǎn)，與發(fā)送器環(huán)形氣室偏轉(zhuǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的傾角，即表示了混合氣體中含氧量的大小。這種儀器的量程較寬，可達(dá)0～100%O2，其靈敏度也較高。3．磁力式氧分析儀(1)工作原理在不均勻磁場(chǎng)中,順磁性氣體被吸引，其結(jié)果在磁力線密集的地方，氣體分子密度增大；遠(yuǎn)離磁極而磁力線較稀疏的地方，氣體分子密度降低。氣體沿著磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度的方向產(chǎn)生了密度梯度。在一定的溫度下，這個(gè)密度梯度以一定的壓力差的形式表現(xiàn)出來(lái)，其大小除與磁場(chǎng)強(qiáng)度及其分布有關(guān)外，還與磁場(chǎng)中氣體的磁化率有關(guān)。混合氣體中有氧氣存在時(shí)，這個(gè)密度差(壓力差)主要取決于氧的濃度。如果在這樣的一個(gè)氣體里放一個(gè)物體，該物體將受到壓力差形成的壓力差而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，據(jù)此可以測(cè)定含氧量。(2)儀器的組成結(jié)構(gòu)磁力式氧分析儀檢測(cè)機(jī)構(gòu)中，其中外形如“啞鈴”的是力敏感元件：中空的兩個(gè)石英球，中間用石英球毛細(xì)管連通。球內(nèi)封入磁化率接近于零的氮?dú)?與空氣比較)。兩個(gè)石英球、毛細(xì)管及其上安置的反光鏡構(gòu)成一個(gè)整體，用高靈敏度的張絲吊裝在形成非均勻磁場(chǎng)的兩組尖劈形磁極、張絲、石英球及毛細(xì)管上的反射鏡構(gòu)成了儀表的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，石英球外環(huán)繞一圈鉑絲，通過(guò)金屬的張絲與外電路接通，構(gòu)成儀表的反饋回路。整體石英球系統(tǒng)是微弱抗磁性的，在它周?chē)鷽](méi)有氧氣存在，磁場(chǎng)對(duì)它所引起的轉(zhuǎn)運(yùn)力矩被張絲的彈性力矩平衡，檢測(cè)機(jī)構(gòu)停在某一平衡位置上。投射到反射小鏡上的光束被反射后照射到差動(dòng)連接的硅光電池上。調(diào)整硅光電池的機(jī)械零位，可以使儀表的輸出為零。當(dāng)石英球所處的空間有氧氣存在時(shí)，磁場(chǎng)吸引所產(chǎn)生的壓力差將作用于石英球上，整個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)張絲為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，反射小鏡隨之偏轉(zhuǎn)，使得反射到硅光電池的光強(qiáng)不同，產(chǎn)生光電流，經(jīng)集成運(yùn)算直流放大器A放大后，在微安表及二次儀表上顯示出氧含量。壓力差的大小與含氧量是相對(duì)應(yīng)，而壓力差引起轉(zhuǎn)動(dòng)力矩被張絲的反力矩及電流負(fù)反饋力矩平衡。電流負(fù)反饋力矩是放大器輸出通過(guò)張絲－鉑絲構(gòu)成的負(fù)反饋回路電流與磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生的。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與反力矩相等時(shí)，石英球停在某一確定的轉(zhuǎn)角上，表上的示數(shù)即可代表氧的濃度。輸出電流全部通過(guò)了反饋線圈(張絲及鉑絲)，形成濃度負(fù)反饋(100%)因而儀表的輸出安全呈線性，精度及穩(wěn)定性也大大提高。4．磁導(dǎo)式氧分析器儀(1)工作原理各種氣體具有不同的磁化率，磁導(dǎo)式氧分析器的工作原理是利用具有極高磁化率的氧氣，在非均勻磁場(chǎng)的作用下形成所謂“熱磁對(duì)流”或稱(chēng)“磁風(fēng)”。對(duì)敏感元件產(chǎn)生冷卻作用而工作的，作為儀器變換器的測(cè)量環(huán)室。如果不含氧的混合氣體進(jìn)入測(cè)量環(huán)室，則氣體分兩路經(jīng)過(guò)環(huán)形兩旁通道流出環(huán)室。處于環(huán)室中間的水平管道，因其兩端氣壓，故不形成氣流。當(dāng)有氧的混合氣體進(jìn)入環(huán)室時(shí)，氧被吸入水平管道有內(nèi)。由于環(huán)室管道上繞有被電加熱的鉑絲電橋臂Ⅰ、Ⅱ、氧將受熱而溫度升高，氣的磁化率隨溫度升高而降低，這樣就減弱了磁場(chǎng)對(duì)它的吸引力，變熱的氧分子將不斷被冷的氣分子所補(bǔ)充而排擠出磁場(chǎng)。因此，在水平管道中形成了對(duì)流，即一般稱(chēng)之為“熱磁對(duì)流”(或稱(chēng)磁風(fēng))，顯然，熱磁對(duì)流承受被測(cè)混合氣體中含氧量增加而增強(qiáng)，在水平管道中的熱磁場(chǎng)對(duì)流將顯著使橋臂Ⅰ、Ⅱ產(chǎn)生不同程度的冷卻作用，改變了橋臂的電阻值，這樣就破壞了由電橋臂Ⅰ、Ⅱ和R1、R2組成的測(cè)量電橋的平衡，使電橋兩端產(chǎn)生不平衡電壓，通過(guò)二次儀表指示，即正確地表示出被分析中氣體中氣的含量。(2)主要組成磁導(dǎo)式氧分析器主要是由傳送器、BG-005型電源控制器、預(yù)處理器和二次儀表四部分組成，現(xiàn)分述如下：(以CD-001為例)①傳送器為儀器的發(fā)迅裝置(即一次儀表)，所有零件全部固定在鋁合金罩殼內(nèi)。罩殼沿邊嵌有密封橡皮底座接合密閉。氣樣進(jìn)出口接頭分別裝于底座的右側(cè)。底座頂部裝有氣泡水準(zhǔn)器，供儀器安裝時(shí)調(diào)整水平位置用。傳送器對(duì)外接線采用14線A型接插件邊接，其插座在底座的左側(cè)。測(cè)量環(huán)室是傳送器心臟部件，以1Cr18Ni9Ti不銹鋼制的底與蓋組成，形成通道。在蓋的凸出圓環(huán)蹭的孔內(nèi)裝一薄壁玻璃管φ3.03毫米鉑絲均勻繞(10+11)圈(靠磁場(chǎng)側(cè)為11圈)。并涂復(fù)一層極薄的玻璃來(lái)緊固鉑絲，以防止和熱時(shí)鉑絲松脫。鉑絲線圈共有三根引出線，中間抽頭引線分隔為測(cè)量電橋的兩個(gè)臂Ⅰ、Ⅱ。橋臂Ⅰ左端居于兩個(gè)極(4Χ5)的中間，構(gòu)成磁隙。環(huán)室座與蓋用螺釘連接，按合處墊以塑料薄膜緊固密封。環(huán)室借磁極中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)以取得環(huán)室正常工作所必須的水平位置。測(cè)量室是傳送器的極為精密的部件，在儀器出廠前的校驗(yàn)階段中，已精確地調(diào)整好水平，因此，在一般情況下絕對(duì)不可拆卸。為使儀器工作穩(wěn)定，供給鉑絲圈的電流必須十分穩(wěn)定，同時(shí)，環(huán)室與磁系統(tǒng)均須置于恒溫下工作。因此，傳送器內(nèi)部還裝有50℃水銀接點(diǎn)溫度計(jì)和兩個(gè)加熱圈。②BG-005型電源控制器包括穩(wěn)壓、溫度控制系統(tǒng)以及分析電橋系統(tǒng)(包括電流調(diào)節(jié)、零點(diǎn)調(diào)節(jié)、量程調(diào)節(jié))等三部份。a穩(wěn)壓電源：本穩(wěn)壓電源采用晶體管串聯(lián)式穩(wěn)壓線路，由主回路和輔助電路兩大部分組成。主回路的調(diào)整部份是由BG2和BG4組成的復(fù)合管構(gòu)成，R1R2W1與R3構(gòu)成的器為取樣元件。BG1為直流放大器，起比較和放大信號(hào)作用。D10硅穩(wěn)壓器管為基準(zhǔn)元件，BG3、R5、R6、R7組成過(guò)載保護(hù)電路，輔助電路的穩(wěn)壓器是由D9硅穩(wěn)壓管和R9組成。這個(gè)電路的原理是：由取樣系統(tǒng)將輸出電壓取出一部分送到比較放大環(huán)節(jié)(BG1)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓因輸入電壓或負(fù)載變化而改變時(shí)，比較放大環(huán)節(jié)(BG1)就把此變化的訊號(hào)放大并送到調(diào)整部分，使調(diào)整部份產(chǎn)生相反的變化以抵消輸出電壓的改變。b溫度控制系統(tǒng)：它包括電接點(diǎn)式水銀溫度計(jì)KT、加熱線圈RT、全波橋式整流器(D12～D15)、限流電阻R10和控硅管D11、指示燈ZD2及其分流電阻R16組成。系統(tǒng)工作如下：儀器接通電源與可控硅管、加熱器、指示燈等構(gòu)成回路。加熱器加熱，指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)傳送器箱體溫度升50℃時(shí)，溫度計(jì)兩點(diǎn)接通，陰極與控制極短路，可控硅管截止即將加熱回路電流切斷，指示燈熄滅。當(dāng)溫度低于50℃時(shí)又重復(fù)上述加熱過(guò)程。以此周而復(fù)時(shí)以達(dá)到恒溫的目的。c分析電橋系統(tǒng)：由穩(wěn)壓電源供給的穩(wěn)定直流統(tǒng)經(jīng)分析電橋各橋臂后，再經(jīng)W4、R11完成。R11為校對(duì)電流用的標(biāo)準(zhǔn)電阻。W4為“電流調(diào)節(jié)”電阻，K1為”切換開(kāi)關(guān)”。將K1拔向校對(duì)位置，R11兩端電壓降即加到二次儀表訊號(hào)輸入端。此時(shí)，如果橋電流符合額定值，儀表指針則應(yīng)指在紅線位置，否則，可以調(diào)節(jié)W4使其指示到紅線位置，分析電橋產(chǎn)生的電訊號(hào)加在由R14、W2、R15三電阻組成的分壓器上。W2為“量程調(diào)節(jié)”電阻，當(dāng)K1撥向工作位置時(shí)，分析電橋訊號(hào)即加于二次儀表上，儀表發(fā)即指不含氧量。調(diào)節(jié)W2可以使電橋輸出訊號(hào)適合于二次儀表指示范圍。③預(yù)處理器用于對(duì)氣體作減壓、穩(wěn)壓、凈化和流量指示，全部零部件有針形閥（兩個(gè)）、穩(wěn)壓器、過(guò)濾器（包括洗氣球）、浮子流量等。各玻璃件間用Φ6×Φ4軟聚乙烯管連接。④二次儀表二次儀表為經(jīng)過(guò)改制的XWG型電子電位差計(jì)，滿(mǎn)刻度值除GD-001B型（量程為）0～1%為0～5mv，其作為0～10mv，用戶(hù)根據(jù)需要可并接三次儀表。5．氧化鋯式氧量分析儀氧化鋯式氧量分析器是由氧分析儀（簡(jiǎn)稱(chēng)氧量表）和氧化鋯氧化量計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)氧探頭）組成。可以對(duì)工業(yè)爐窯煙氣中的含氧量快速又準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)、比較、分析，提高鍋爐的燃燒效率，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒控制，達(dá)到節(jié)能的目的。這種分析儀相比于磁化氧分析具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。具有靈敏度高，響應(yīng)快，造價(jià)低等的優(yōu)點(diǎn)。(1)工作原理下面以GYB-90氧化鋯分析儀為例進(jìn)行介紹。a氧化鋯氧量分析儀探頭原理。燒結(jié)的氧化鋯陶瓷是一種固體電解質(zhì)。在高溫下，它對(duì)氧離子表現(xiàn)導(dǎo)電性，因此，如果在鋯管內(nèi)外兩側(cè)具有鉑電極（犯法陰極和陽(yáng)極）并對(duì)鋯管加熱，且使用鋯管兩側(cè)接氧分壓不同的氣體，則氧化鋯就成為一個(gè)氧濃差電池。正常工作時(shí)，由于在氧分壓較高一側(cè)的極（陰極）上，氧分子獲得電子變?yōu)檠蹼x子，氧離子通過(guò)固體電解至陽(yáng)極并釋放電子，還原為氧分子：陰極：O2+4e2O陽(yáng)極：2OO2+4e通過(guò)這一反應(yīng)在兩電極間極間建立起來(lái)的電勢(shì)E，可由能斯特公可式得到：氧濃差電勢(shì)E根據(jù)能斯脫公式求得：RTP0E=in4FP4式中：E=濃差電動(dòng)勢(shì)：毫伏R=理想氣體常數(shù)：8.314焦耳/度·克分子F=法拉第常數(shù)；96500庫(kù)侖T=絕對(duì)溫度：273.16+tP0=空氣中的氧分壓：206%PA=煙氣中的氧分壓只要測(cè)得E值，就可求得煙氣含氧量PA。這樣如果鋯管加熱到指定溫度，鋯管兩側(cè)分別流過(guò)被測(cè)煙氣和參比氣體，則產(chǎn)生電勢(shì)差；它們的濃度有一定的關(guān)系，如果知道參比氣體氧濃度和鋯管加熱溫度，則很容易測(cè)出被測(cè)氣體氧濃度。煙氣中空氣過(guò)剩系數(shù)α由下式求得：21α=21-PA式PA被測(cè)煙氣中的氧分壓（%）GYB-90氧分析儀測(cè)量氧含量范圍有0～10%或0～200%兩種，氧電勢(shì)測(cè)量范圍10～200mV，溫度測(cè)量范圍200℃～1000℃。(2)氧化鋯氧分析儀工作原理氧化鋯氧傳感器根據(jù)濃度差電池原理制成的，由它將煙氣中氧含水量轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)放電路放大到0～10V信號(hào)送A/D轉(zhuǎn)換電路，即電壓一頻率（V-F）電路，轉(zhuǎn)到0～100KH的頻率，最后送到8031單片機(jī)，由8031單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，由顯示電路顯示出氧含量和α的數(shù)值，從而可判定燃料是否得到充分利用，煙氣是否對(duì)大氣造成污染。8031單片機(jī)的EPROM2764控制程序主要完成下列功能：①對(duì)分析儀輸入到輸出通道及顯示達(dá)到進(jìn)行“自?！睖y(cè)試和校驗(yàn)。②對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)（氧電勢(shì)、熱電偶等）多路采集浮點(diǎn)運(yùn)算處理，按“Nernst”公式計(jì)算氧含量值、α值和溫度值。③判定各功能鍵，轉(zhuǎn)達(dá)相應(yīng)處理程序，由接口到顯示屏顯示。④通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換程序?yàn)槟M信號(hào)4～20mA直流輸出（或0～10mA）。⑤對(duì)鋯管的加熱爐溫度進(jìn)行恒溫控制越限保護(hù)、報(bào)警等。單片機(jī)控制程序由接口電路經(jīng)光電隔調(diào)離器控制器可控硅和電阻加熱回路實(shí)現(xiàn)恒溫控制。⑥檢測(cè)鋯管恒溫加熱溫度，測(cè)量范圍200～1000℃。（四）紅外線氣體分析器紅外線氣體分析器靈敏度高，能夠分析氣體的上限濃度可達(dá)100%，下限可為ppm級(jí)；精確度高(國(guó)外通用型紅外線氣體分析器中比較好的都在2級(jí)精度左右)；有良好的選擇性，對(duì)背景氣體的成分一般要求不嚴(yán)(不象熱導(dǎo)、熱磁式等分析器對(duì)背景氣體的成分有較嚴(yán)格的要求)，只要求背景氣體干燥，清潔和無(wú)腐蝕性；能夠連續(xù)地分析并記錄混合氣體中某一組分的濃度(例如：CO、CO2、CH4、C2H2、NH3等)。1．基本原理紅外線是一種看不見(jiàn)的光，是一種電磁波，在電磁波譜表中，它處于可見(jiàn)光波段和無(wú)線電波之間，波長(zhǎng)范圍大致為0.76～420μ。紅外線與可見(jiàn)光(波長(zhǎng)范圍為0.4～0.76μ)之間的界限易于確定，而與無(wú)線電波之間則不易確定界限。因而各種資料所給出的紅外線波段的上限數(shù)值并不一致，有取值1000μ或其它數(shù)值的，有時(shí)還把紅外線的波段劃分為近紅外段(0.76～15μ)，中紅外段(15～100μ)，遠(yuǎn)紅外段(100～420μ)三部分。工業(yè)上用作測(cè)量的多是2～15μ一段。紅外線具有光學(xué)的反射、折射和直線傳播等特點(diǎn)。一切物體都會(huì)發(fā)射出紅外線，但在溫度較低時(shí)，輻射波長(zhǎng)較長(zhǎng)，不易被察覺(jué)。一個(gè)物體的輻射發(fā)射量和它本身絕對(duì)溫度的四次方成正比。在溫度增加時(shí)，一方面輻射功率增大，另一方面最大輻射能量的波長(zhǎng)向短波方向遷移，因而紅外光源(常用鎳鉻絲)的溫度要適宜，使其在此溫度下的輻射波譜適合于分析對(duì)象的吸收波段。任何波長(zhǎng)的熱輻射能被物質(zhì)吸收后均可部分地轉(zhuǎn)化為熱能，使溫度升高，但紅外線的熱輻射特性特別顯著，物體的熱輻射絕大部分集中在紅外區(qū)域。正因?yàn)榧t線有這個(gè)特點(diǎn)，可以利用熱敏電阻、熱電堆等元件作為檢測(cè)元件。各種氣體對(duì)紅線范圍內(nèi)所有不同波長(zhǎng)的輻射能并非都有吸收能力，而是有選擇性的，某種分子只能吸收某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射能，即某種分子有一個(gè)特定的吸收頻率(或稱(chēng)特性頻率，特性波長(zhǎng))，如表3-4所示。表3-4部分其體的吸收波峰長(zhǎng)表惰性氣體(如Ar,Ne,He,Kr,Xe等)，以及由兩個(gè)相同原子組成的雙原子氣體(如O2,N2,H2及Cl2)，在近紅外區(qū)并不吸收紅外線輻射，因此，都不能用紅外線氣體分析器進(jìn)行分析。而用N2用來(lái)作為檢查儀器零點(diǎn)的氣體。紅外線通過(guò)介質(zhì)層時(shí)，介質(zhì)吸收了相應(yīng)于其特征頻率波長(zhǎng)的紅外線的能量，這樣透過(guò)介質(zhì)層的紅外線能量就要減少。能量的減少服從朗伯-貝爾定律。設(shè)入射光為平行光，單位面積上的入射光強(qiáng)(輻射強(qiáng)度)為I0，通過(guò)介質(zhì)后，光強(qiáng)變?yōu)閘。當(dāng)紅外線通過(guò)薄層dl時(shí)，設(shè)被吸收的光強(qiáng)為dl，即光強(qiáng)減弱為dl。實(shí)驗(yàn)證明：-dl∝Idl,或-dI=KIdl即：dI/I=-KdI式中K——比例系數(shù)。將此式進(jìn)行積分，得InI-InI0=-Kl即I=I0e-KlK與物質(zhì)的濃度C成正比，即K=KC0式中K稱(chēng)為吸收系數(shù)。將這一關(guān)系代入上式，則得I=I0e-Kl。此公式表明光強(qiáng)在吸收介質(zhì)中隨濃度及厚度按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)決定吸收介質(zhì)的特性，各種物質(zhì)的吸收系數(shù)互不相同，對(duì)同一物質(zhì)，吸收系數(shù)也隨波長(zhǎng)而變，因?yàn)槲镔|(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收不同。對(duì)不在吸收波長(zhǎng)的范圍內(nèi)的光，其吸收系數(shù)等于零。因此，朗伯-貝爾定律的表達(dá)式僅適用于單色光。若將式上式展開(kāi)成為級(jí)數(shù)，I=I0﹛1-KCl+(-KCl)2/2!+……﹜對(duì)于很低濃度或很薄的吸收層，有KCl≤1，則上式可近似為：I=I0(1-KCl)此時(shí)，吸收衰減與濃度有線性關(guān)系。在一般的紅外線成分分析器中，當(dāng)待測(cè)氣樣濃度較大時(shí)，就選用較短的分析氣室，當(dāng)待測(cè)氣樣濃度較小時(shí)(例如微量分析)，就選用較長(zhǎng)的分析氣室。2．QGS-08型紅外線分析器測(cè)量原理QGS-08型紅外線分析器屬于不分光式紅外線分析器。帶薄膜微音器型檢測(cè)器，檢測(cè)器由兩個(gè)吸收室組成，他們相互氣密(不計(jì)平衡孔)，在光學(xué)上是串聯(lián)的。先進(jìn)入輻射的稱(chēng)為前吸收室，后面的稱(chēng)后吸收室，前吸收室由于較薄，主要吸收中心能量，而后吸收室則吸收余下的兩側(cè)能量。檢測(cè)器的容積設(shè)計(jì)使兩部分吸收能量相等，從而使兩室內(nèi)氣體受熱產(chǎn)生相同振幅的壓力脈沖，當(dāng)被分析氣體進(jìn)入氣室的分析邊時(shí)，譜帶中心的紅外輻射在氣室中，首先被吸收掉，導(dǎo)致前吸收室的壓力脈沖減弱。因此，壓力平衡被破壞，所產(chǎn)生的壓力脈沖通過(guò)毛細(xì)管加在差動(dòng)式薄片微音器上被轉(zhuǎn)換為電容的變化，通過(guò)放大器把這些變化變成與濃度成比例的直流測(cè)定值。（五）酸度計(jì)工業(yè)酸度計(jì)（pH）能連續(xù)測(cè)量工業(yè)流程中水溶液氫離子濃度（即pH）。氫離子濃度的絕對(duì)值很小，通常將溶液中的氫離子濃度［H+］取以10為底的負(fù)對(duì)數(shù)，定義為pH值即：pH=-Lg［H+］通常就用pH值來(lái)表示氫離子濃度。對(duì)純水，［H+］=10-7離子g離子/L，其pH=7，為中性。［H+］﹥7時(shí)為酸性濃度，其pH﹤7，［H+］﹤10-7為堿性溶液，其pH﹥7。工業(yè)上pH的測(cè)量方法，歸結(jié)為測(cè)定插在被測(cè)溶液中的兩個(gè)電極間的電位差，其中一個(gè)電極(稱(chēng)工作電極，或測(cè)量電極)的電位隨氫離子濃度的改變而改變，另一個(gè)電極(稱(chēng)參比電極)具有固定的電位，這兩個(gè)電極形成一原電池。下面以PHG型工業(yè)酸度計(jì)為例。1．檢測(cè)原理PHG型工業(yè)酸度計(jì)是屬于用電位法測(cè)定PH值的專(zhuān)用儀器。其測(cè)量電極采用金屬銻電極，參比電極采用固體電極。這一對(duì)電極在不同的PH值溶液中能產(chǎn)生不同的測(cè)量電壓，其極性銻端為負(fù)，參比端為正。由于參比電位基本保持不變，故起變化的只是測(cè)量銻端之負(fù)電位能隨著被測(cè)液的PH值大小而變化。它的測(cè)量原理為：當(dāng)銻電極插入被測(cè)液時(shí)，金屬銻與被測(cè)液發(fā)生極微小的化學(xué)反應(yīng)使金屬銻面被蒙上一層極薄的氧化物—三氧化二銻(Sb2O3)。金屬銻面和Sb2O3之間的電位差便是銻電極的測(cè)量電位，其電位的大小取決于Sb2O3的濃度，該濃度又取決于被測(cè)液中氫離子(H+)的活度——即PH值的大小，可見(jiàn)下式的化學(xué)反應(yīng)：2Sb(固)+3H2O=Sb2O3(固)+6H++6e-Sb2O3(固)+6H+=2Sb++3H2O+6e-所以要使測(cè)量銻電極連續(xù)正常工作，便需使金屬銻面無(wú)污垢，故采用旋轉(zhuǎn)的刷片清洗銻面，刷除垢層，更新銻面，從而形成新的薄層－3b2O3用以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。2．?dāng)?shù)顯轉(zhuǎn)換器將PH傳感器送來(lái)的反映PH的值大小的測(cè)量信號(hào)送入數(shù)顯轉(zhuǎn)換器后，便線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)及數(shù)字顯示0—14PH值，其輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時(shí)具有良好的恒流特性。（六）工業(yè)氣相色譜儀1．簡(jiǎn)介色譜是將混合樣品組分進(jìn)行分離的一種技術(shù)，分離后的組分經(jīng)過(guò)檢測(cè)，計(jì)算，將組分濃度值用百分含量表示。目前所有的色譜分離技術(shù)都基于樣品經(jīng)過(guò)色譜柱分離，色譜柱中填充吸附劑（固定相）。分離原理是基于樣品混合物的物理屬性，如：非極性（沸點(diǎn)）極性（磁力）以及吸附性和分子大小等。在色譜中使用多種檢測(cè)器是為了滿(mǎn)足選擇性和靈敏度的要求，每種檢測(cè)器都有一定的選擇性限制，即有些組分可檢測(cè)，有些不能檢測(cè)，有時(shí)還需考慮檢測(cè)器對(duì)組分的破壞作用，總之，選擇不適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器會(huì)增加維護(hù)強(qiáng)度和使用成本。2．色譜儀的分類(lèi)：氣-液色譜氣相色譜儀氣－固色譜液-液色譜液相色譜儀液-固色譜3．測(cè)量回路組成：色譜儀的測(cè)量回路原理圖如圖3-5所示。圖3-5色譜儀的測(cè)量回路原理圖4．常用術(shù)語(yǔ)(1)載氣在氣相色譜中，樣品的用量是相當(dāng)小的，它由連續(xù)流動(dòng)的載氣攜帶進(jìn)入色譜柱、檢測(cè)器前后由排氣孔排出。載氣只起攜帶樣品的作用，而不能與樣品中各組成固定液起化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)不為固定相溶解或吸附N2、H2、CO2、CO、He。(2)色譜柱是色譜分析儀表的核心部件，起著把混合氣體分離成各個(gè)單一組份氣體的作用。(3)檢測(cè)器檢測(cè)從色譜柱中隨載氣流出來(lái)的各組分的含量，并把它們轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。(4)擔(dān)體用來(lái)支撐固定相的多孔惰性固體顆粒。(5)固定液在氣液柱中，起固定作用的是涂在擔(dān)體表面的一層很薄的高沸點(diǎn)有機(jī)化合物的薄膜，這種有機(jī)化合物的薄膜就稱(chēng)為固定液。(6)取樣閥將待分析樣品自動(dòng)地、周期性地、定量地送入色譜柱，取樣閥在程序控制器控制下完成。（七）質(zhì)譜儀1．質(zhì)譜儀簡(jiǎn)介質(zhì)譜儀又稱(chēng)質(zhì)譜計(jì)(massspectrometer)，是一種分析各種同位素并測(cè)量其質(zhì)量及含量百分比的儀器。即根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進(jìn)行分離和檢測(cè)物質(zhì)組成的一類(lèi)儀器。質(zhì)譜儀以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器為核心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過(guò)多的能量會(huì)進(jìn)一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們?cè)诩铀匐妶?chǎng)作用下獲取具有相同能量的平均動(dòng)能而進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時(shí)進(jìn)入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比m/z大小分離的裝置。分離后的離子依次進(jìn)入離子檢測(cè)器，采集放大離子信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，繪制成質(zhì)譜圖。2．質(zhì)譜儀的檢測(cè)原理當(dāng)一束帶電的原子核通過(guò)質(zhì)譜儀中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，凡其荷質(zhì)比不相等的，便被分開(kāi)。設(shè)I為離子源，S1和S2為兩個(gè)狹縫，從離子源引出的離子受到施于S1及S2間的電位差，在通過(guò)S1到S2的路徑上被加速，成為具有一定速度的離子束，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)。進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度由公式v=2(q/m)V(1)決定。正離子在這一磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)其軌道為半徑為r的圓。當(dāng)離子走過(guò)一半圓而抵達(dá)照相底片P時(shí)會(huì)在它上面留下痕跡。由軌道半徑r=mv／qB，得v=(q/m)Br合并（1）、（2）式，消去v，即得q/m=2V/B2q2因?yàn)閂、B及r可直接測(cè)量得到，所以如果我們能夠用其他方法決定離子所帶的電荷q，則由上式便可求出離子的質(zhì)量。質(zhì)譜儀的形式很多，但所應(yīng)用的主要原理及結(jié)構(gòu)卻大同小異。質(zhì)譜儀裝置是在真空中，正離子流自離子源引出經(jīng)過(guò)窄隙S進(jìn)入一圓形之電場(chǎng)C1C2，調(diào)節(jié)C1C2之間的電壓，可選擇一定能量之正離子，這些正離子隨著電場(chǎng)之形狀彎曲90°而進(jìn)入一個(gè)半圓形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與圖面垂直且指向紙內(nèi)，進(jìn)入磁場(chǎng)之正離子受磁力作用而沿半圓形軌道進(jìn)行。因正離子e／m之大小不同，軌道形成大小不等的半圓。分別落在底片上的不同位置也就是說(shuō)元素將按其質(zhì)量大小的順序而排列，故稱(chēng)之為“質(zhì)譜”。如果我們分別測(cè)出每種粒子的電流，就能從這些電流大小的比例中，得出該種在離子源中被電離的物質(zhì)的各種同