在线分析仪表

仪修部培训资料______________有限公司1______________有限公司仪修部培训资料在线分析仪表的基础知识在线分析仪器(on-lineanalyzers),又称过程分析仪器(processanalyzers)，或质量监测仪表（qualitymonitoringinstrument），是指直接安装在工业生产流程或其它源液体现场。对被测介质的组成或物性参数进行自动连续测量的仪器。在线分析仪器广泛应用于工业生产的实时分析和环境质量及污染排放的连续监测。分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。在现代工业生产过程中，必须对生产过程的原料、成品、半成品的化学成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、电导率、等进行自动检测并参与自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，确保安全生产和保护环境的目的。2______________有限公司仪修部培训资料分析的方法有两种类型，一种是定期采样并通过实验室测定的实验分析方法（这种方法所用到的仪表称为实验室分析仪表或离线分析仪表）。另一种是利用仪表连续测定被测物质的含量或性质的自动分析方法（这种方法所用到的仪表称为过程分析仪表或在线分析仪表）。分析仪表基于多种测量原理，在进行分析测量时，需要根据被测物质的物理或化学特性来选择适当的检测手段和仪表。按照使用场合来分，分析仪表又分为实验室分析仪表、在线分析仪表（有些书中也叫过程分析仪表、自动分析仪表）。在线分析仪表都采用现场安装方式，它可以自动采样、预处理，自动分析、信号处理以及远传，是专门用于生产过程的检测和控制，在过程控制中起着常规仪表不可替代的重要作用。3______________有限公司仪修部培训资料在线分析系统的构成在线分析仪表(on-lineanalyzers)又称过程分析仪表(processanalyzers),是指直接安装在工艺过程中,对物料的组成成分或物性参数进行自动连续分析的一类仪表。通常在线分析仪表（一般安装在分析小屋或专门的保护装置中）和样品（有气体、液体、固体）预处理装置（一般安装在取样点附近）共同组成一个在线测量系统，以保证良好的环境适应性和高可靠性，其典型的基本组成图如下图所示。4______________有限公司仪修部培训资料5取样及前级预处理装置预处理装置分析仪表本体上位机（DCS）公用系统（包括：仪表空气、蒸汽、冷却水、电源等样品管线仪表空气、蒸汽、冷却水、管线电源、信号线虚线框内为分析小屋或专门保护装置样品来自工艺管线______________有限公司仪修部培训资料取样装置从生产设备中自动快速地提取待分析的样品，前级预处理装置对该样品进行初步冷却、除水、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，预处理装置对该样品进行进一步步冷却、除水、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，还实现流路切换、样品分配等功能，为分析仪仪表提供符合技术要求的样品。公用系统为整个系统提供蒸汽、冷却水、仪表空气电源等。样品经分析仪表分析处理后得到代表样品信息的电信号通过电缆远传到DCS。6______________有限公司仪修部培训资料在线分析仪表的分类在线分析仪表分类方法有很多种，常见的分类主要有：按测定方法分:光学分析仪器、电化学分析仪器、色谱分析仪器、物性分析仪器、热分析仪器等。按被测介质的相态分:气体分析仪和液体分析仪。其中气体分析仪表包括红外线分析仪、热导式气体分析仪（氢表、氩表）、氧化锆、磁力机械氧分析仪、热磁式氧分析仪、磁压式氧分析仪、激光烟气分析仪、折射仪、硫比值分析仪、微量水、微量氧、CEMS烟气分析仪、烃分析仪、色谱分析仪、质谱分析仪、拉曼光谱分析仪等等。7______________有限公司仪修部培训资料液体分析仪表主要是常见的水分析仪表包括PH计、电导仪、COD、DO、TOC、ORP、浊度计、氨氮分析仪、水中油、余氯分析仪等等。以上分类方法不是绝对的，比如电容式微量水分仪既可以测量气体中的微量水分又可以处理液体中的微量水分。但是习惯上把它归在气体分析仪表中。我公司UIO装置使用的在线分析仪表主要有PH计、电导仪、COD、DO、ORP、浊度仪、余氯仪、硅表、钠表、可燃气体检测器、有毒气体检测器、CO分析仪、氧化锆、CEMS烟气检测等。8______________有限公司仪修部培训资料在线分析仪表常用的浓度单位在线分析中气体浓度的表示方法有:摩尔分数、体积分数、质量浓度、质量分数、物质的量浓度等。在线分析仪表中最常用的是体积分数。摩尔分数：即待测组分的物质的量与混合气体中各组分物质的量的总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%vol(摩尔百分比)、ppmmol、ppbmol。体积分数：即待测组分的体积与混合气体中各组分体积的总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%vol(体积百分比)、ppmvol、ppbvol。9______________有限公司仪修部培训资料对于理想气体来说，摩尔分数=体积分数，因为在标准状态下1mol任何气体的体积都是22.4升。质量浓度：即待测组分的质量与混合气体（或夜体）的体积之比。常用的单位是kg/m3、g/m3、mg/m3、mg/l、µg/l。质量分数：即待测组分的质量与混合气体（或液体）中各组分的质量总和之比。常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的%wt(质量百分比)、ppmwt、ppbwt。气体分析中，一般不单独使用质量分数表示方法，仅用于气体和液体混合物浓度之间的相互换算。10______________有限公司仪修部培训资料浓度单位换算后单位需乘的换算系数说明mg/m3μg/Lppmvolppmwt124.04/M0.8301M——气体组分的摩尔质量，g24.04——20℃，101.325KPa下，1mol气体分子的体积，L，24.02=22.4×【（273.15+20）÷273.15】0.8301=24.04÷28.9628.96——干空气的摩尔质量，gppmvolmg/m3μg/LppmvolM/24.04M/24.04M/28.96ppmwtmg/m3μg/Lppmvol1.20471.204728.96/M1.2047=1÷0.830111气体浓度单位换算表1（20℃、101.325KPa下，空气中）______________有限公司仪修部培训资料在线分析仪表的主要性能指标在线分析仪表的性能指标含义广泛，但大体上可以分成两类。一类性能指标与仪器的工作范围和工作条件有关。工作范围主要是指测量对象、测量范围等；工作条件包括环境条件、样品条件、供电供气要求，仪表的防爆性能和防护等级等。另一类性能指标与仪器的分析信号，即仪器的响应值有关。这类指标主要有灵敏度、检出限、重复性、准确度、分辨率、稳定性、线性范围、响应时间等。12______________有限公司仪修部培训资料PH计PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一词的缩写，用来量度物质中氢离子的活性。PH值：在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OHˉ的浓度都是10－7mol/L。如：假如有过量的氢离子H+，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H+游离的物质。同样，如果氢离子H+并使OHˉ离子游离，那么溶液就是碱性的。所以，给出H+值就足以表示溶液的特性，呈酸性碱性，为了免于用此分子浓度负冥指数进行运算，生物学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为“pH值”。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。13______________有限公司仪修部培训资料即：用氢离子浓度表示的PH值；：氢离子的浓度；：氢离子摩尔浓度（量浓度），mol/L。因此，PH值是离子浓度以10为底的对数的负数，而氢离子活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。所以工业上常用PH计来测量水或水溶液的酸碱度。14】H【lgpcHHcpH】【H______________有限公司仪修部培训资料15PH值与的对应关系图】【H______________有限公司仪修部培训资料PH计测量原理测量PH值的方法很多，主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法。电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统，它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势（EMF）。此电动势（EMF）由二个半电池构成，其中一个半电池称作测量电极，它的电位与特定的离子活度有关，如H+；另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它一般是测量溶液相通，并且与测量仪表相连。从以上我们对PH测量的原理进行了分析而得知我们只要用一台毫伏计即可把PH值显示出来。16______________有限公司仪修部培训资料PH计的构成工业PH计是以电极电位法为原理的在线PH值测定仪，由检测器（也叫发送器）和转换器（也叫变送器）两部分构成。检测器由指示电极（能指示被测离子活度变化的电极）、参比电极（电极电位恒定且不受待测离子影响的电极）组成。当被测溶液流经检测器时，电极和被测溶液就形成一个化学原电池，两电极间产生一个原电势，该电势的大小与被测溶液的PH值成对数关系，它将被测溶液的PH值转变为电信号。常用的指示电极有玻璃电极、锑电极等。常用的参比电极有甘汞电极、银—氯化银电极等。转换器由电子部件组成，其作用是将电极检测到的电势信号放大，并转换为标准信号输出。17______________有限公司仪修部培训资料18PH测量原理______________有限公司仪修部培训资料19PH参比极结构银丝AgCl棉花玻璃管银离子捕捉阱隔膜没有AgCl、Ag2S沉淀不含银离子的电解液因无法单独测量玻璃电极的电势，因此还需另一支电极即参比电极。这支电极的电势必须与被测样品溶液的性质无关。电极的外壳是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘汞不会漏失，小管和大管之间充满KCl溶液，末端用多孔陶瓷渗入到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。E=EO+2.3（RT∕nF）logaCl-；Cl-很大且稳定，因此E就恒定______________有限公司仪修部培训资料20PH测量极结构PH玻璃膜电极：SiO2基质中加入Na2O、Li2O和CaO烧结而成的特殊玻璃膜。内充0.1mol/LHCl溶液，敏感膜厚度约为0.10mm。再插入一根AgCl-Ag电极作内参比电极。水浸泡后，表面的Na+与水中的H+交换，表面形成水合硅胶层。______________有限公司仪修部培训资料21PH测量原理-复合电极的组成-两个半原电池______________有限公司仪修部培训资料22变送器电缆线护套pH复合电极PH测量系统______________有限公司仪修部培训资料23电极输出信号与PH的关系图______________有限公司仪修部培训资料PH计的安装PH计的安装有很多种方式，根据安装条件的不同安装方式也不同，主要有插入式、流通池式、投入式等。24插入式安装流通池安装______________有限公司仪修部培训资料25投入式安装______________有限公司仪修部培训资料PH计电极校准测量时应按说明书规定期对仪器进行校准。校准时应注意：①标准缓冲溶液温度尽量与被测溶液温度接近。②定位标准缓冲溶液应尽量接近被测溶液的pH值。或两点标定时，应尽量使被测溶液的pH值在两个标准缓冲溶液的区间内。③校准后，应将浸入标准缓冲溶液的电极用水特别冲洗，因为缓冲溶液的缓冲作用，带入被测溶液后，造成测量误差。④记录被测溶液的pH值时应同时记录被测溶液的温度值，因为离开温度值，pH值几乎毫无意义。尽管大多数pH计都具有温度补偿功能，但仅仅是补偿电极的响应而已，也就是说只是半补偿，而没有同时对被测溶液进行温度补偿，即全补偿。26______________有限公司仪修部培训资料PH计电极维护目前工业上使用的电极大都是复合电极，其优点