成分与含量的电测法原理分析

11.1 水分和湿度电测法

11.1.1水分和湿度的定义及表示方法 
一、 气体的湿度
1、绝对湿度
在一定湿度及压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气量， 其单位为 。
2、相对湿度
单位体积混合气体中所含的水蒸气量与同温度下饱和水蒸气量的比值的百分数，一般用
符号%RH表示。
3、露(霜)点温度
当空气的温度下降到某一温度时, 空气中的水蒸汽就凝结成露珠（或凝结成霜），这一
特定温度称为空气的露点温度（或霜点温度）。已测知空气的露点为Ta，待测空气所处温度为Tw，通过查表求得温度为Ta和Tw时水的饱和水蒸汽压，二者之比即为待测空气的相对湿度。
二、固体的湿度
固体的湿度也称为含水量(或称水分)，通常以物质中所含水分质量(或重量)与总质量(或总重量)之比的百分数来表示。

11.1.2固体水分电测法
一、红外式
用易被水吸收和不被水吸收的两种波长的红外辐射轮流交替地透过被测固体，取其透过被测固体的辐射强度之比值来测定被测固体的水分。
二、电阻式 

图11-1-1
利用固体物质的电阻值随含水量的不同而不同的特性，可以测量其湿度。
三、电容式?

图11-1-2
根据物料介电常数与水分的关系，通过测量以物料为电介质的电容器的电容值即可确定物料的水分。

11.1.3气体湿度电测法
一、 测温式——干湿球湿度计 

图11-1-3

原理：根据所测得干球温度T1和湿球温度T2之差，确定空气的相对湿度。
1、传统方法――用水银温度计测量干湿球温度，查相应的表，确定气体的湿度。
2、用两个热电偶或两个热电阻测量干湿球温度差  图10-2-10图10-2-11
3、“电子干湿式”湿度传感器 

图11-1-4

二、电阻式
通过测量湿敏电阻受湿度影响后的阻值即可测得相应的湿度。

三、电容式
高分子湿敏电容的电容值与气体中相对湿度之间成线性关系。
四、石英振动式
在石英晶片的表面涂敷高分子膜，当膜吸湿时，石英晶片振荡频率发生变化，不同的频率就代表不同程度的湿度。
五、多孔Al2O3湿度传感器
Al2O3

图11-2-1
当液体密度增加时，浮力增大，浮子上升。测量浮子位置可测出液体密度。
（三）差压法  
在被测液体液面下方的容器壁上，设置两个垂直距离为定值H的取压孔，用差压传感器测出这两个取压孔的差压 ，即可测出液体的密度        

11.2.2 浓度电测法
若总体积为V的溶液中溶质B的质量为m(B),则溶质B的质量浓度表示为：
 
一、 电导式
测量低浓度区域和高浓度区域(不能测量中间一段浓度)溶液的电导率，可以得知对应的溶液浓度C。
１、电导池 

测量溶液电导的线路图11-2-2?
2、电磁感应式 

图11-2-3
用被测溶液构成一个短路线圈，将两个变压器T1和T2耦合起来。T1为激励变压器，其初级通以交流电压时，通过对i2的测量可以得到溶液的电导，从而得出相应的浓度。
二、光电式
1、用光电折光仪测量溶液的折射率可间接测量溶液的浓度。
2、利用光电自动旋光计测量溶液的旋光度，可求得溶液的浓度。
三、石英晶体微量天平
待测气体样品与压电振子的表面涂层相接触时，气体浓度越高，被吸收到涂层内的气体分子越多，因此压电振子的振动频率的变化当与待测的气体浓度成正比。

11.3气体分析与检测

11.3.1气体分析
一、热导式气体分析仪
1、原理：设导热系数为λ1和λ2的两种气体混合，λ1和λ2已知，若测得该混合气体的导热系数λc，则可求得两种气体的百分数含量α1和α2：
                                          
2、热导池  图11-3-1(a)
――将混合气体导热系数的变化转换为热电阻阻值变化的部件。
3、热导式气体分析仪 

图11-3-1(b)
分析室Rk1和Rk2为参考室，室内充入洁净的空气，
分析室Rx1和Rx2充入被分析的混合气体，
四个分析室组成桥路。电桥输出是混合气体组分的函数。

二、磁式氧量分析仪
1、 原理：是基于对氧的顺磁性的测量。
   混合气体的体积磁化率  
式中：k1为氧气的体积磁化率；
k2为混合气体中除氧外，各成分气体的体积磁化率平均值；
C为氧气含量
结论：根据混合气体体积磁化率的大小，就可以确定氧气含量C。
2、 热磁式对流检测器 

 图11-3-2
   被分析的气体含氧量越高，磁风就越强，两热丝元件的温差越大，相应阻值变化就越大。电桥输出电压可以用来表示被分析气体中所含氧气的浓度。
三、光学吸收式气体分析仪
(一)工作原理
当物质吸收特征波长的光辐射时，透射光能量与入射光能量之间关系为：
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
式中　W为透射光能量，W0为入射光能量；a为吸收率；b为光程长度；c为试样中吸光物质的浓度。若a、b为已知数值，则通过测量透射光与入射光能量的比值，就可以确定吸光物质的浓度。
(二) CO2红外线气体分析仪 

图11-3-3
测量时，被测气体通过样品室，参比室充满没有CO2的大气。经过标定，就可以从输出信号的大小确定CO2的含量。
（三）光电比色计 

11.3.2 实用气体检测器
一、有害气体检测与排气控制电路 

图11-3-5
当HQ—1气敏元件检测到有害气体浓度超过安全值时，电路发出报警，同时开启排气扇。
二、防止酒后开车控制器 

图11-3-6
若司机酗酒，气敏器件的阻值急剧下降，继电器线圈通电，其常开触头闭合，发光二
极管导通，发红光，以示警告，同时继电器常闭触点断开，使司机无法起动发动机。
三、实用瓦斯报警器 

图11-3-7
当周围空气中有瓦斯气体时，气敏元件的电阻迅速减小，555集成电路4脚变为高电平，振荡器电路起振，扬声器发出报警声，提醒人们采取相应的措施，以防事故的发生。