过程检测技术习题第六章

过程检测技术（第一部分）1、标准氢电极的电极电位是多少？它的双电层电位差又是多少？答：国际上人为的规定标准氢电极的电位为零，双电层有电位差，很小但是不为0；2、玻璃电极在工作时玻璃膜中是否有电荷通过？答：无，电荷不能通过干玻璃层。氢离子和玻璃膜水化层中的碱金属离子（如钠离子）发生交换和相互扩散，在膜相和液相中原来的电荷分布发生了变化，两侧出现电位差。3、固态参比电极和甘汞电极有何区别？答：固态参比电极是采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯等塑料做基底材料掺杂大量的KCl和NaCl、KNO3、NaNO3等微小颗粒压制而成。这种外壳浸入被测溶液中可允许H+、OH离子通过它扩散，从而实现电的通路。外壳的电阻与壳的厚度有关，一般为几十千欧。甘汞电极外壳是玻璃泡，易碎。固态参比电极坚固不易破裂，可用于具有较高压力的溶液中；不存在堵塞问题；工作时不需要添加盐桥溶液，维护量小。由于这些优点，它在工业流程的应用中正在取代甘汞电极。4、工业酸度计的电极电位表示式是什么？答：02.303RTEEpHFR——气体常数；F——法拉第常数；T——绝对温度。5、影响电导检测器的因素有哪些？答：电极的极化（电化学极化、浓差极化），电导池电容的影响，温度的影响。6、用电导检测器测量低电导率的溶液的电导，为了减小电导池电容对测量精度的影响应采取什么措施？答：在电导率不是很低的时候，电极的双电层电容其主要作用，它与电阻相串联。这时，为了减小电导池电容对测量精度的影响应采取的措施是：采用交流供电，频率尽量高一些，电极镀粗糙铂层，增大极板有效面积，降低电流密度。若电导率很低时，此时两个电极及被测电解质形成的电容的作用不可忽略，其与原等效电路并联，故w要变适当选取供电频率和极板有效面积。。7、试述氧化锆氧量计检测原理，写出电动势与氧浓度的关系式。上式中n取4。氧分压P可由氧浓度来代替。即为：（你的下面的原公式有误）422112.303lg0.496110lgRTETnF1—被测气体氧浓度2—参比气体氧浓度8、什么是相对热导率？答：是指被测气体的热导率与一空气热导率的比值。9、热导检测原理是否适合任何气体的测量，有何限制？答：不是。如果混合气体含有两种以上的组分，比如有i种组分，并设第1种组分为待测组分，这时要求其余组分的热导率都非常接近，并且它们和1相差越大越好，即：1i或1i。10、为了使热导池中热敏电阻的原件的散热主要靠周围气体的热传导，应采取哪些措施？答：（1）电阻丝的长度l与半径r的比应尽量大（减少电阻元件通过轴向连接物向外部的热传导）（2）适当选择电阻元件的工作电流，使电阻元件的温度比热导池腔体内壁的温度不要高的太多。（减少电阻元件的热辐射）（3）热导池气室的内直径应尽量小些（减少电阻元件的热辐射）（4）被测气体的流量应尽量小些，并且维持恒定（减小被测气体通过而带走的一部分热量）11、热磁检测器的磁极是否可以放在中间通道中央？答：不可以。如果放在中央，左右侧温度相同，气体在左右受力相同，便不会产生磁风，1R和2R的两端冷却效果相同，无法产生信号差值，继而无法测量。12、为什么热磁检测器中一般采用两个热敏电阻元件，用一个是否可答：纯氧化锆是不导电的，但掺杂一些氧化钙CaO后，它的导电性大大增加。在正极，即氧浓度大的空气侧（参比气体侧），氧分子O2从铂电极取得4个电子，变成氧离子O2，即O2(分压力P2)+4e→2O2-这些氧离子O2-经过固体电解质氧化锆中的空穴，迁移到铂电极的负极（测量气体侧）,在负极上释放出电子，并结合成氧分子O2而析出，即2O2-→O2(分压力P1)+4e浓差电动势E的数值，可由能斯特方程表示为：12lnppnFRTE以？答：因为两个热敏电阻元件与内电路可构成电桥电路，一个作为测量电阻，另一个作为参比电阻，通过测量两电阻的差值反应氧浓度的百分含量，用一个测量电阻和普通电阻组成桥路也可以测量，但没有了参比电阻，测量精度低。13、采用热磁式或磁力式氧分析器对被测混合气体的组分有何要求？答：热磁式氧分析器对氧含量有限制，一般不超过40%，且依赖于氧气的顺磁性，但往往还要受到背景气体中导热系数大的气体例如氢气的影响，所以在测量之前要把干扰组分去除掉。而磁力式氧分析器对氢气不敏感，但也需要去除掉NO等一些较强的顺磁性气体。14、朗伯定律和比尔定律有何区别？答：朗伯定律总结出了单色平行光经过均匀介质的微小单元厚度被吸收的辐射的辐射通量与入射的辐射通量及介质的厚度成正比，即——均匀介质单位厚度对波长为的光的吸收百分数，称为线衰减系数或线性吸收系数；d------介质的厚度；P----光辐射通量。比尔定律在朗伯定律的基础上总结了光经过均匀介质的微小单元厚度被吸收的辐射的辐射通量与物质浓度的关系，指出均匀介质微小单元厚度对单色平行光的吸收与该介质的物质浓度c成正比，即c----物质浓度；-----吸收系数。15、在气体接收器的电容动片上不钻小孔，将会出现什么问题？答：这会导致静压不平衡。16、采用非色散双光束红光束红外线气体分析器测量二氧化碳时，各气室应充何种气体？答：参比气室2N，滤波气室：CO，工作气室：被测气体，检测室：2CO17、简述带状干涉滤光片的结构及滤光原理。答：结构：银膜包夹着宽度为d的透明材料daePP0cdKoePPk原理：带状滤光片有其光谱的半宽度，在此半宽度内，光有较大的透射率，而利用相干光干涉后得到的极大值的条件为光程差是波长的整数倍，即k，滤除所需光。18、色谱技术的关键是什么？答：分离技术和检测技术。19、在分配色谱中载气的线速度应如何选择？答：根据范迪姆特尔方程，气相色谱中的理论塔板高度h和载气线速度u之间的关系式为：在色谱柱一定时A,B,C为常数。对上式求导数，可求出最小理论塔板高度hmin相对应的最佳载气线速度为：20、何为液体固定相？答：是在微小颗粒上均匀的涂上一层液体膜而构成，固体颗粒成为担体，液体膜为固定液。21、连续X射线谱与特征X射线谱的区别是什么？答：连续X射线具有各种波长，是个连续谱，只在短波侧有个极限波长；而特征X射线谱是离散的并不连续，波长只和物质本身有关，不同的物质具有不同的特征谱线。22、X射线荧光光谱检测系统的波长色散型和能量色散型的主要区别是什么？衍射晶体与衍射光栅的区别是什么？CuuBAhCBuopt答：波长型在X射线管射出射线后经样品反射后需经过衍射晶体分光，使不同的特征谱线分开，到达探测器，通过扫描再计算其波长，得到光谱图，而能量型由于其探测器计数率很高而不用分光，反射后直接到达探测器，直接测量X射线光子的数量和能量。衍射晶体的栅距是晶体点阵的原子层间距离，可对波长短的射线进行分光，而光栅的栅距是人为刻制的，只能对红外、可见和紫外光进行分光。此处用衍射晶体是因为光栅栅距宽度无法达到X射线波长，所以衍射光栅无法衍射。23、比较正比计数器、闪烁计数器和半导体探测器的优缺点。答：比较三者的计数率可知，正比计数器的最大计数率为510/s，闪烁计数器的最大计数率在610/s左右，而半导体探测器最高，在107---108，但是需要液氮冷却。24、试述电离现象，说明气体放大倍数A与空间电压的关系。答：X射线、、等射线射入电离室后都会引起气体原子电离，即分离为Ar和电子e，电子将飞向阳板，被阳极收集；而正离子将飞向阴极，取得电子而还原。在飞行过程中，电子得到加速，可能进一步引起气体电离，也可能与离子复合成原子。当1UU时，气体放大倍数1A12UUU，A=1，饱和区23UUU，A大致为102—104；正比区34UUU，A与电离的原始电子成反比；过渡区45UUU，A不变；盖格区5UU，A继续增大，气体放电25、简述莫塞莱定律答：随着元素的原子序数的增加，特征X射线的波长有规律的变短，用式子表示为2()kZ—特征X射线的波长；Z—原子序数；—核屏蔽常数；()Z为有效核电荷数；k—常数，同一谱线k相同26、说明正比计数器的输出信号和入射的X射线荧光的关系？答：X射线射入Ar气后，每个X光子都会引起一些Ar原子电离，被电离产生的原始电子数与入射X光子能量成正比，这样，有一个X光子射入就产生一个信号脉冲，脉冲幅度的大小与X光子的能量成正比。27、正比计数器中充入甲烷的作用？答：Ar在飞向阴极壳体的过程中，与甲烷分子碰撞，降低能量，防止Ar射到阴极壳体时击出二次电子。28、电极电位检测器对参比电极和测量电极各有何要求？举例说明两种参比电极和两种测量电极。答：对参比电极的要求，电极电位固定并与被测溶液组分变化无关。常用的参比电极有甘汞电极和银氯化银电极。对测量电极的最基本要求是选择性好，即仅对溶液中某一离子敏感，而对其他离子基本上没有反应，这就是所谓的离子选择电极。测量电极有玻璃电极，氢电极等。29、电导检测器温度补偿措施主要有哪三种？说明其补偿方法。答：（1）将被测溶液恒温。一般应恒温在环境温度以上，例如45℃或50℃，因这时可不用降温装置，仅用升温装置即可。（2）引入温度反馈信号，在电路中进行补偿。将补偿电阻Rt和电导池电阻Rx串联，选择Rt时应注意它的温度系数和电导池电阻Rx的温度系数相近。（3）采用参比电导池进行温度补偿。将测量电导池和参比电导池置于同一被测溶液中，感受相同的温度。21CxRUUR30、热磁式氧分析器的三个理论基础是什么？磁力机械式氧分析器的特点是什么？答：气体的磁化率与氧浓度成正比；气体的磁化率与温度成反比；磁场对磁介质的作用力与气体的磁化率成正比。特点是：（1）在0--100%范围内线性刻度；（2）测量气室内没有热丝存在，因此不受H2气等导热系数高的背景气体的影响）；（3）NO也是一种较强的顺磁性气体，若背景气体中含有NO气体，则会产生严重的干扰，要想办法在样气进入发送器检测室之前把它去除掉。31、说明时间双光路红外线气体分析器检测原理答：时间双光路红外线气体分析器检测原理框图如图所示。它与空间双光路系统不同，它只有一支光源，一条光通道，一组气室。在光路中，有测量滤光片和参比滤光片先后把红外线分成两组不同波长的红外光束，这样就使几何单光路的系统按时间不同形成两个光路，对于相同的影响因素都可以通过后面的自动增益控制电路而得到补偿。具体测量过程如下：从光源发出的红外辐射光被安装在光路中的切光盘进行调制，切光盘上装有四组干涉滤光片，其中两组测量滤光片的投射波长与被分析气体的特征吸收峰的波长相同，另外两组参比滤光片的投射波长是被分析气样中任何气体均不吸收的波长。在切光盘上还有同步窗口，当参比滤光片对准气室时，同步灯通过同步窗口使光敏管接收到信号，这样就可以区别是测量滤光片还是参比滤光片对准了气室。气室共有两个，一个为滤波气室，它里面密封着与被测气体有重叠吸收峰的干扰成分。被测气体连续地流过工作气室（也称为测量气室）。在切光盘的作用下，两种波长的红外光束交换地通过参比气室和工作气室，最后到达半导体锑化铟光电检测器上，并转化成与红外光强度相对应的电信号。当测量气室中不存在被测组分时，锑化铟接收到的是未被吸收的红外光，测量信号和参比信号相等，两者之差为零。当测量气室中存在被测组分时，测量光束的能量被吸收，锑化铟检测到的信号要小于参比光束的信号，它们的差值送到放大器中，得到的输出信号与被测组分的浓度成正比。对电路的要求是：（1）输入电路采用高输入阻抗放大器；（2）采用定位调节电路消去上式中的E0项；（3）必须进行温度补偿；（4）等电位调节。33、写出气相色谱中的理论塔板高度和载气线速度之间的关系式，求出最佳载气线速度值。答：根据范迪姆特尔方程，气相色谱中的理论塔板高度h和载气线速度u之间的关系式为：在色谱柱一定时A,B,C为常数。对上式就导数，可求出最小理论塔板高度hmin相对应的最佳载气线速度为：带入上式可得：32、写出工业酸度计电极电位表示式。说明工业酸度计对电路有何要求？答：工业酸度计电极电位表示式为：02.303pHRTEEFCuuBAhCBu