先進(jìn)熱動(dòng)力測(cè)試技術(shù)AdvancedThermalandPowerEngineeringMeasurementTechnology目錄PAGEDIRECTORY緒論1測(cè)量技術(shù)的基本知識(shí)2誤差分析與測(cè)量不確定度3溫度測(cè)量4壓力測(cè)量5流量測(cè)量7液位測(cè)量8氣體成分及顆粒物測(cè)量9轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測(cè)量10振動(dòng)與噪聲測(cè)量11流速測(cè)量6先進(jìn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展1209第九章能源與動(dòng)力學(xué)院氣體成分及顆粒物測(cè)量概述氣相色譜分析法紅外氣體分析儀氧量分析儀顆粒物排放測(cè)量第一節(jié)概述目的燃燒過程監(jiān)測(cè)與控制、產(chǎn)物生成機(jī)理、有害排放物控制等。排放種類氣態(tài)排放物：CO、HC、NOx、SO2、CO2、O2等固態(tài)排放物：顆粒物取樣方法直接取樣法（DirectSampling）全流取樣法（FullFlowSampling）比例取樣法（ProportionalSampling）定容取樣法（ConstantVolumeSampling，即CVS）09第九章能源與動(dòng)力學(xué)院氣體成分及顆粒物測(cè)量概述氣相色譜分析法紅外氣體分析儀氧量分析儀顆粒物排放測(cè)量第二節(jié)氣相色譜分析法一、氣相色譜分析的基本原理1、組分分離的基本原理利用物理的方法實(shí)現(xiàn)混合物組分分離的技術(shù)，利用流動(dòng)相推動(dòng)被分析的混合物通過裝有固定相的色譜柱，并在色譜柱中實(shí)現(xiàn)分離的。固定相一般是具有吸附性能的固體，或具體溶解性能的液體，各種組分的吸附能力或溶解度不同，會(huì)產(chǎn)生濃度分配，用分配系數(shù)Ki表示當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，分配系數(shù)大的組分不容易被流動(dòng)相流體帶走，因而它在固定相中滯留時(shí)間長，而分配系數(shù)小的組分則滯留時(shí)間短，經(jīng)過一定時(shí)間后，各組分得以分離。組分分離的基本原理第二節(jié)氣相色譜分析法一、氣相色譜分析的基本原理1、組分分離的基本原理根據(jù)不同的流動(dòng)相物態(tài)，色譜分析分為液相色譜分析和氣相色譜分析兩種。前者用液體作為流動(dòng)相，后者用氣體作為流動(dòng)相，通常稱氣體流動(dòng)相為載氣。色譜柱中的固定相也有兩種狀態(tài)，即固態(tài)和液態(tài)，因此，以氣相色譜為例，有氣—固色譜和氣—液色譜之分。前者利用固態(tài)充填物對(duì)不同組分吸附能力的差別進(jìn)行組分分離，后者則利用液態(tài)充填物對(duì)不同組分溶解度的差別實(shí)現(xiàn)組分分離。氣相色譜儀實(shí)物圖第二節(jié)氣相色譜分析法一、氣相色譜分析的基本原理2、色譜分析儀的一般流程氣相色譜儀主要由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理以及記錄顯示系統(tǒng)等組成。氣相色譜儀的簡化流程圖第二節(jié)氣相色譜分析法一、氣相色譜分析的基本原理2、色譜分析儀的一般流程載氣由高壓氣瓶供給，多數(shù)使用N2、H2、He等氣體，經(jīng)干燥凈化裝置除去雜質(zhì)和水分再經(jīng)過計(jì)量調(diào)節(jié)儀表使之以穩(wěn)定的壓力和精確的流量先后進(jìn)入汽化室、色譜柱、檢測(cè)器，然后放空。被分析試樣用微量注射器打進(jìn)汽化室，當(dāng)試樣為液體時(shí)，要經(jīng)汽化室加熱使之瞬間汽化，成為氣體試樣，試樣被載氣帶進(jìn)色譜柱進(jìn)行分離，不同組分將按順序依次進(jìn)入檢測(cè)器。色譜爐是為色譜柱提供恒定或按程序改變溫度環(huán)境的裝置。由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，經(jīng)過多次的分配或吸附/解吸，結(jié)果是在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。當(dāng)組分流出色譜柱后，立即進(jìn)入檢測(cè)器。檢測(cè)器將載氣中組分含量的多少轉(zhuǎn)換為與之成比例的電信號(hào)。當(dāng)將這些信號(hào)放大并記錄下來時(shí)，就是形成了包含色譜的全部原始信息的色譜圖。第二節(jié)氣相色譜分析法一、氣相色譜分析的基本原理3、氣相色譜的優(yōu)點(diǎn)1）分離效能高。對(duì)物理化學(xué)性能很接近的復(fù)雜混合物質(zhì)都能很好地分離，并進(jìn)行定性/定量檢測(cè)。2）靈敏度高。只需要不足1mL的氣體樣品或不足1μL的液體樣品，就能檢測(cè)出10–6級(jí)甚至10–9級(jí)的雜質(zhì)含量。3）分析速度快。在幾秒鐘內(nèi)即可獲得精確的分析結(jié)果。氣相色譜分析流程4）應(yīng)用范圍廣。氣相色譜法可以分析氣體、易揮發(fā)的液體和固體樣品。就有機(jī)物分析而言，應(yīng)用最為廣泛，可以分析約20％的有機(jī)物。此外，某些無機(jī)物通過轉(zhuǎn)化也可以進(jìn)行分析。第二節(jié)氣相色譜分析法二、組分定性分析定性分析是指根據(jù)色譜峰圖確定被分析的混合物中含有何種物質(zhì)。當(dāng)與已知純物質(zhì)對(duì)照定性時(shí)，其常用的定性分析方法有以下幾種。1、保留值定性組分在色譜柱的滯留值稱為保留值，如保留時(shí)間、保留體積。它們又分為絕對(duì)保留值和相對(duì)保留值。保留時(shí)間指的是從被測(cè)組分開始進(jìn)入色譜柱到流出色譜柱后出現(xiàn)濃度最大值所需的時(shí)間，反映組分在色譜柱中滯留時(shí)間的長短。保留體積指的是組分從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)峰最大值所需的流動(dòng)相（載氣）體積，即對(duì)應(yīng)保留時(shí)間的載氣體積。第二節(jié)氣相色譜分析法1、保留值定性絕對(duì)保留值定性。在色譜柱和操作條件（如柱溫、進(jìn)樣量、流速等）嚴(yán)格不變的條件下，通過對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同的出峰（保留）時(shí)間的色譜峰，就可以確定該試樣中是否有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。保留時(shí)間比保留體積對(duì)流速的波動(dòng)更敏感，最好用保留體積進(jìn)行定性。純物質(zhì)加入法定性。當(dāng)流速有波動(dòng)時(shí)，首先將要測(cè)定的樣品做色譜實(shí)驗(yàn)，然后將已知的純物質(zhì)組分加入樣品中，在相同的色譜條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。若某一色譜峰的峰高增加了，則表明該樣品中可能含有該組分。相對(duì)保留值定性。相對(duì)保留值僅與色譜柱種類及柱溫有關(guān)，而受操作條件影響很小，而且在色譜手冊(cè)中能查到各種物質(zhì)在不同固定相上的相對(duì)保留值，故也可作為定性指標(biāo)。當(dāng)樣品的組成成分比較復(fù)雜，難以推測(cè)其組成，且相鄰的兩峰距離較近時(shí)，采用相對(duì)保留值定性方法得到的結(jié)果容易發(fā)生錯(cuò)誤，因此這種方法更適合于分析氣體混合物。第二節(jié)氣相色譜分析法二、組分定性分析2、化學(xué)反應(yīng)定性化學(xué)反應(yīng)定性是通過檢測(cè)樣品經(jīng)反應(yīng)后的組分，以推斷其他組分的定性反應(yīng)。這種定性方法特別適用于含有某種特定官能團(tuán)的化學(xué)組分。這些帶有官能團(tuán)的氣體化合物能與特征試劑起反應(yīng)，生成相應(yīng)的衍生物，處理后的樣品色譜圖上該類物質(zhì)的色譜峰或提前，或后移，或消失。比較處理后樣品的色譜圖就可以推斷哪些組分屬于哪類（族）化合物。例如：氣體鹵代烷與乙醇–硝酸銀反應(yīng)，生成白色沉淀，色譜圖上鹵代烷峰全部消失。又如，烷烯烴氣體組分加入HBr，使其與烯烴加成，色譜峰后移，可作族組成定性。氣體硫醇與Pb（OAc）2作用生成黃色沉淀，色譜峰消失等。第二節(jié)氣相色譜分析法二、組分定性分析3、檢測(cè)器定性與質(zhì)譜（Massspectrometry，MS）聯(lián)用技術(shù)定性。GC/MS聯(lián)用儀中的質(zhì)譜是氣相色譜儀的檢測(cè)器，檢測(cè)器所給出的總離子流色譜圖和組分質(zhì)譜圖可用于定性。進(jìn)行定性的常用方法是標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫檢索。利用計(jì)算機(jī)將待測(cè)組分（純化合物）的質(zhì)譜圖與計(jì)算機(jī)內(nèi)保存的已知化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖按一定程序進(jìn)行比較，將配度（相似度）最高的若干化合物的名稱、分子質(zhì)量、分子式、識(shí)別代號(hào)及匹配率等數(shù)據(jù)列出供后續(xù)的分析參考使用。選擇性檢測(cè)器定性。選擇性檢測(cè)器是指對(duì)某些物質(zhì)特別敏感，響應(yīng)值很高；而對(duì)另一類物質(zhì)卻極不敏感，響應(yīng)值很低，因此可用來判定被檢測(cè)物質(zhì)是否為這類化合物。為了更有效地利用檢測(cè)器的特征信號(hào)進(jìn)行定性，多采用不同類型的雙檢測(cè)器系統(tǒng)進(jìn)行定性。在選擇雙檢測(cè)器時(shí)，應(yīng)使兩種檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)比隨組分種類不同有很大變化。第二節(jié)氣相色譜分析法二、組分定性分析4、總結(jié)利用保留值定性方法簡單，但是要求操作條件比較苛刻；化學(xué)反應(yīng)定性，操作手續(xù)比較繁雜，要求的樣品量較多，不適合痕量組分的定性；選擇性檢測(cè)器定性，靈敏度高，適合痕量組分的定性，但儀器比較昂貴。一般來說，特別在工業(yè)氣體分析中，首先用保留值定性，大體上可以定出色譜峰的基本結(jié)果；對(duì)于比較復(fù)雜的氣體混合物，再用檢測(cè)器定性來進(jìn)一步驗(yàn)證定性的結(jié)果。第二節(jié)氣相色譜分析法三、組分定量分析氣相色譜儀的定量分析通常采用峰面積法或峰高法。故定量分析首先要解決峰面積或峰高的測(cè)量。當(dāng)色譜峰形對(duì)稱時(shí)，通常采用“峰高乘以半峰寬度法”，其計(jì)算公式如下A=1.065hW0.5h式中，A為峰面積；h為峰高；W0.5h為半峰寬度；1.065為修正系數(shù)。當(dāng)色譜峰形不對(duì)稱峰時(shí)，如前伸或拖尾等，則采用“峰高乘以平均峰寬度法”；對(duì)有機(jī)同系物的狹窄峰的測(cè)量，通常采用“峰高乘以保留時(shí)間法”；其他還有“三角形測(cè)量法”以及“以峰高代替峰面積法”等。常用的定量分析方法有三種：歸一化法內(nèi)標(biāo)法外標(biāo)法第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成工業(yè)氣相色譜儀\包括取樣系統(tǒng)、載氣流路、進(jìn)樣裝置、色譜柱、檢測(cè)器、色譜爐、溫度控制系統(tǒng)、程序控制器、信息處理和顯示記錄裝置等。工業(yè)氣相色譜分析儀的基本組成第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成1、色譜柱色譜柱的分離效果除與柱長、柱徑和柱形有關(guān)外，還與所選用的固定相和柱填料的制備技術(shù)以及工作溫度、載氣性質(zhì)、流量等許多因素有關(guān)。色譜柱有填充柱及毛細(xì)管柱兩種，填充柱中裝有固體吸附物質(zhì)或固定液的擔(dān)體。填充物應(yīng)能夠分離N2、O2、H2、Ar等高沸點(diǎn)的各種混合物。毛細(xì)管柱又可分為空心毛細(xì)管柱和填充毛細(xì)管柱兩種。空心毛細(xì)管柱是將固定液直接涂在內(nèi)徑只有0.05mm的玻璃或金屬毛細(xì)管的內(nèi)壁上，填充毛細(xì)管柱是將某些多孔性固體顆粒裝入厚壁玻管中，然后加熱拉制成毛細(xì)管，一般內(nèi)徑為0.25～0.5mm。固定相可分為固體固定相和液體固定相兩種。固體固定相是一種吸附劑，對(duì)不同組分有不同的吸附能力；固定液是一些高沸點(diǎn)的有機(jī)液體。氣–固色譜常用粒狀的氧化鋁、硅膠、活性炭、分子篩和高分子多孔微球等作為固定相；氣–液色譜采用的固定相有硅油、液態(tài)石蠟、聚乙烯乙二醇、甘油等。第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成2、檢測(cè)器檢測(cè)器也稱為鑒定器，也是儀器的關(guān)鍵部件，經(jīng)過色譜柱分離的組分要用檢測(cè)器把它們轉(zhuǎn)化為易于測(cè)量的電信號(hào)，然后送記錄系統(tǒng)記錄下來。因此，檢測(cè)器就是對(duì)載氣中各組分濃度變化的敏感器，可分為濃度型和質(zhì)量型兩類。濃度型檢測(cè)器測(cè)量的是載氣中組分濃度的瞬間變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值正比于組分的濃度，如熱導(dǎo)檢測(cè)器（Thermalconductivitydetector，TCD）、電子捕獲型檢測(cè)器（Electroncapturedetector，ECD）。質(zhì)量型檢測(cè)器測(cè)量的是載氣中所攜帶的樣品進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)正比于單位時(shí)間內(nèi)組分進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量，如氫火焰電離檢測(cè)器（Flameionizationdetector，F(xiàn)ID）和焰光光度檢測(cè)器（Flamephotometricdetector，F(xiàn)PD）。第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成2、檢測(cè)器1）熱導(dǎo)池檢測(cè)器（TCD）在一塊不銹鋼基體上加工出大小相同、形狀完全對(duì)稱的孔道，每個(gè)孔道裝有熱敏元件，另有開孔與氣路相通。開有雙孔道的稱為雙臂熱導(dǎo)池，開有四個(gè)孔道的稱為四臂熱導(dǎo)池。四臂熱導(dǎo)池靈敏度比雙臂熱導(dǎo)池高約一倍，目前普遍使用的是四臂熱導(dǎo)池。熱敏元件為細(xì)錸鎢合金絲，繞成細(xì)螺旋形焊在弓形架上，安裝在池孔中央。四臂熱導(dǎo)池檢測(cè)第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成2、檢測(cè)器2）氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）氫火焰離子化檢測(cè)器簡稱氫焰檢測(cè)器。氫火焰離子化檢測(cè)器的核心部分是離子室，離子室由不銹鋼制成，包括氣體入口和出口，火焰噴嘴，極化極和收集極以及噴嘴附近的點(diǎn)火線圈等部件。其中金屬圓環(huán)狀極化極為陽極,圓筒狀收集極為陰極。氫火焰離子化檢測(cè)器結(jié)構(gòu)原理圖第二節(jié)氣相色譜分析法四、工業(yè)氣相色譜分析儀的組成2、檢測(cè)器3）火焰光度檢測(cè)器（FDP）火焰光度檢測(cè)器由氫火焰發(fā)光和光電檢測(cè)器兩部分組成。發(fā)光部分由燃燒器、發(fā)光室及點(diǎn)火器組成,燃燒器由氣體通道與火焰噴嘴組成。光電檢測(cè)部分包括石英窗、濾光片和光電倍增管。火焰光度檢測(cè)器是檢測(cè)含硫或含磷化合物、特別是痕量硫化物的專用檢測(cè)器,其靈敏度高,選擇性好。4）電子捕獲檢測(cè)器（ECD）電子捕獲檢測(cè)器具有對(duì)電負(fù)性組分進(jìn)行選擇性響應(yīng)的特性,在檢測(cè)器中裝有一個(gè)圓筒狀的同位素63Ni為β放射源,在陰極,陽極間用聚四氟乙烯或陶瓷做絕緣體.09第九章能源與動(dòng)力學(xué)院氣體成分及顆粒物測(cè)量概述氣相色譜分析法紅外氣體分析儀氧量分析儀顆粒物排放測(cè)量第三節(jié)紅外氣體分析法一、紅外氣體分析原理光學(xué)上，通常將波長為0.78~300μm范圍內(nèi)的電磁波稱為紅外輻射線或紅外光。通過研究紅外輻射與試樣分子振動(dòng)能級(jí)相互作用，利用紅外吸收譜帶的波長位置和吸收強(qiáng)度來測(cè)定試樣組成、分子結(jié)構(gòu)的分析方法稱為紅外（吸收）光譜法。物質(zhì)的紅外吸收光譜是物質(zhì)的分子被紅外輻射線照射后，引起分子內(nèi)的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的。紅外吸收光譜反映了物質(zhì)分子中不同波長紅外線的選擇性吸收性質(zhì)。氣體名稱分子式紅外線特征吸收波帶范圍/μm吸收率/％一氧化碳CO4.5～4.788二氧化碳CO22.75～2.84.26～4.314.25～14.5909788甲烷CH43.25～3.47.4～7.97580二氧化硫SO24.0～4.177.25～7.59298氨NH37.4～7.713.0～14.596100乙炔C2H23.0～3.17.35～7.713.0～14.0989899幾種氣體分子的紅外特征吸收波帶范圍第三節(jié)紅外氣體分析法一、紅外氣體分析原理部分常見氣體的紅外吸收光譜第三節(jié)紅外氣體分析法一、紅外氣體分析原理紅外光譜分析是根據(jù)不同分子的特征吸收波帶來鑒別分子種類的，理論基礎(chǔ)是朗伯–比爾吸收定律（Lambert-Beerlaw），描述了氣體對(duì)一定波長的紅外輻射的吸收強(qiáng)度與氣體濃度之間的關(guān)系適用于紫外光、可見光、紅外光區(qū)的吸收測(cè)量，適用于氣體，以及其他均勻的、非色散的吸光物質(zhì)，包括溶液和固體。該定律只對(duì)單一頻率的紅外光才適用，在實(shí)際應(yīng)用需加上濾光片，使紅外光線的頻率盡量限制在一個(gè)窄的范圍內(nèi)。除了待測(cè)物質(zhì)要吸收紅外能量外，組成紅外傳感器的光學(xué)元件也要吸收或者反射能量，引起測(cè)量的誤差。在實(shí)際計(jì)算過程中，需要對(duì)該定律進(jìn)行修正。A為溶液的吸光度；I0為紅外光源向氣體的入射強(qiáng)度；I為經(jīng)氣體吸收后透射的紅外輻射強(qiáng)度；kλ為氣體對(duì)波長為λ的紅外輻射的吸收系數(shù)，對(duì)于某一特定的組分，kλ為常數(shù)；c為氣體的摩爾濃度；l為紅外輻射透過的氣體厚度。第三節(jié)紅外氣體分析法二、紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)1、紅外氣體分析儀的類型從是否把紅外光變成單色光劃分，可分為不分光型（非色散型）和分光型（色散型）兩種。不分光型（NDIR）是指光源發(fā)出的連續(xù)光譜全部都投射到被測(cè)樣品上，待測(cè)組分吸收其特征吸收波帶的紅外光。由于待測(cè)組分往往不止一個(gè)吸收帶，因而NDIR的檢測(cè)方式具有積分性質(zhì)。不分光型儀器的靈敏度高，具有較高的信噪比和良好的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是待測(cè)樣品各組分間有重疊的吸收峰時(shí)，會(huì)給測(cè)量帶來干擾。固定分光型（CDIR）采用一套分光系統(tǒng)，使通過測(cè)量氣室的輻射光譜與待測(cè)組分的特征吸收光譜相吻合。優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、靈敏度高，缺點(diǎn)是分光后光束能量小，分光系統(tǒng)任一元件的微小位移都會(huì)影響分光的波長。第三節(jié)紅外氣體分析法二、紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)1、紅外氣體分析儀的類型從光學(xué)系統(tǒng)劃分，可以分為雙光路和單光路紅外氣體分析儀。雙光路是從兩個(gè)相同的光源或從精確分配的一個(gè)光源發(fā)出兩路彼此平行的紅外光束，分別通過幾何光路相同的分析氣室、參比氣室后進(jìn)入檢測(cè)器。單光路是從光源發(fā)出單束紅外光，只通過一個(gè)幾何光路。但對(duì)于檢測(cè)器，接收到的是兩個(gè)不同波長的紅外光束，只是它們到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同。即利用調(diào)制盤的旋轉(zhuǎn)，將光源發(fā)出的光調(diào)制成不同波長的紅外光束，輪流通過分析氣室送往檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的雙光路。第三節(jié)紅外氣體分析法三、紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)2、光學(xué)系統(tǒng)部件紅外氣體分析儀主要由發(fā)送器和測(cè)量電路兩部分構(gòu)成：發(fā)送器的作用是將被測(cè)組分的濃度變化轉(zhuǎn)化為某種電參數(shù)的變化，再通過相應(yīng)的測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流等信號(hào)輸出。發(fā)送器由光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器兩部分組成，光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成部件主要有：紅外輻射光源組件，包括紅外輻射光源、反射體和切光（頻率調(diào)制）裝置；氣室和濾光元件，包括測(cè)量氣室、參比氣室、濾波氣室和干涉濾光片。第三節(jié)紅外氣體分析法三、紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)3、檢測(cè)器根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，可以分成氣動(dòng)檢測(cè)器（如薄膜電容檢測(cè)器、微流量檢測(cè)器）和固體檢測(cè)器（如半導(dǎo)體檢測(cè)器、熱釋電檢測(cè)器）兩類。氣動(dòng)檢測(cè)器靠氣動(dòng)壓力差工作，薄膜電容檢測(cè)器中的薄膜振動(dòng)靠這種壓力差驅(qū)動(dòng)，微流量檢測(cè)器中的流量波動(dòng)也是由這種壓力差引起的。不分光型（NDIR）的原理源自氣動(dòng)檢測(cè)器，只對(duì)待測(cè)氣體特征吸收波長的光譜有靈敏度，不需要分光就能得到很好的選擇性。半導(dǎo)體檢測(cè)器和熱釋電檢測(cè)器的檢測(cè)元件均為固體器件，固體檢測(cè)器直接對(duì)紅外輻射能量有響應(yīng)，對(duì)紅外輻射光譜無選擇性，這種紅外分析屬于固定分光型（CDIR）。第三節(jié)紅外氣體分析法四、典型紅外氣體分析儀結(jié)構(gòu)應(yīng)用半導(dǎo)體檢測(cè)器的紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)原理圖。紅外光源10發(fā)射的紅外輻射經(jīng)拋物面反射鏡1反射，聚成平行的紅外光束。該紅外光束通過扇形板截光器2（由電動(dòng)機(jī)12帶動(dòng)）調(diào)制，以一定的頻率交替地通過參比室9和測(cè)量室4，然后分別經(jīng)反射鏡6和整體式濾光器7（干涉濾光片）投射到半導(dǎo)體紅外檢測(cè)器8上。在測(cè)量過程中，半導(dǎo)體檢測(cè)器交替接收透過參比室和測(cè)量室的紅外輻射。其中，濾光器的作用是只允許某一狹窄波段的紅外輻射通過，而該狹窄波段的中心波長預(yù)先選為待測(cè)組分特定吸收帶的中心波長。因此，檢測(cè)器所接收的只是該狹窄波段內(nèi)的紅外輻射。應(yīng)用半導(dǎo)體檢測(cè)器的紅外氣體分析儀1,6—反射鏡；2—扇形板；3,5—窗口；4—測(cè)量室；6—反射鏡；7—整體式濾光器；8—半導(dǎo)體檢測(cè)器；9—參比室；10—紅外輻射光源；11—電磁離合器；12—電機(jī)第三節(jié)紅外氣體分析法五、化學(xué)發(fā)光氣體分析儀（Chemiluminescentdetector，CLD）化學(xué)發(fā)光氣體分析儀分析NOx是利用NO–O3反應(yīng)體系的化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)NOx測(cè)量的。NO和臭氧O3在反應(yīng)器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)中的過剩能量促成了激發(fā)態(tài)NO2*分子的產(chǎn)生，這些NO2*分子從激發(fā)狀態(tài)衰減到基態(tài)時(shí)，輻射出波長為0.6至3μm的光子（hv），反應(yīng)發(fā)光的化學(xué)機(jī)理為：式中，h為普朗克常量，h=6.63×10–34J·s；v為輻射光頻率，s–1。在溫度為27°C時(shí)，激發(fā)態(tài)的NO2*約占生成的NO2總量的10％。隨著溫度的升高，NO2*的生成量相應(yīng)增高。化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度I直接與O3、NO兩反應(yīng)物的濃度（一般為體積分?jǐn)?shù)）乘積成正比，即：當(dāng)保持臭氧O3的濃度一定時(shí)，輻射光的強(qiáng)度I與NO的濃度成正比。測(cè)定出發(fā)光強(qiáng)度即可求得NO的濃度。第三節(jié)紅外氣體分析法五、化學(xué)發(fā)光氣體分析儀（Chemiluminescentdetector，CLD）干燥清潔的空氣以一定的流速進(jìn)入臭氧發(fā)生器1，經(jīng)紫外線照射產(chǎn)生的O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為空氣的0.5％。被測(cè)量氣體分一路經(jīng)除塵干燥器2，再經(jīng)三通電磁閥4，與含有O3的空氣同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器5，被測(cè)氣體中的NO與O3即產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。石英窗6和濾光片7用來分離給定的光譜區(qū)域，以避免反應(yīng)氣體中其他一些化學(xué)發(fā)光反應(yīng)生成的光的干擾。得到的具有一定波長范圍的光，經(jīng)光電倍增管8放大并轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，經(jīng)直流放大器10、顯示記錄器11指示出NO的濃度。對(duì)于NO2的測(cè)定，可將含有NO2的氣體在NO2–NO轉(zhuǎn)化器3中，通過加熱的方式全部分解為NO，然后進(jìn)行化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。所測(cè)得的NO濃度是被測(cè)氣體中原有的NO和由NO2轉(zhuǎn)化的NO兩部分濃度之和，即為NOx的濃度。化學(xué)發(fā)光分析儀結(jié)構(gòu)簡圖09第九章能源與動(dòng)力學(xué)院氣體成分及顆粒物測(cè)量概述氣相色譜分析法紅外氣體分析儀氧量分析儀顆粒物排放測(cè)量第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理在工業(yè)鍋爐的燃燒過程中，測(cè)量和控制煙道氣體中含氧量，對(duì)節(jié)約燃料，改善燃燒過程，提高燃燒設(shè)備的熱效率都是十分有益的。氧化鋯氧量計(jì)是近年來廣泛用于鍋爐及窯爐自動(dòng)連續(xù)分析煙氣含氧量的儀表，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)時(shí)間短，精度可達(dá)2~5級(jí)，可以直接指示被測(cè)信號(hào)，并輸出標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，以便遠(yuǎn)距離指示、記錄煙氣含氧量或調(diào)節(jié)燃燒過程。過量空氣系數(shù)與含氧量的關(guān)系第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理氧化鋯（ZrO2）是一種固體電解質(zhì)，具有離子導(dǎo)電特性。在常溫下ZrO2是單斜晶體，當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí)，晶體發(fā)生相變，由單斜晶體變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)有不到十分之一的體積收縮。當(dāng)溫度下降時(shí)，又會(huì)發(fā)生反方向的相變而成為單斜晶體，因此氧化鋯晶體是不穩(wěn)定的。純凈的氧化鋯是不能進(jìn)行氧量測(cè)量的，是在氧化鋯中加入一定數(shù)量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3）等其它三價(jià)稀土氧化物，并經(jīng)過高溫焙燒后，形成穩(wěn)定的瑩石形立方晶體結(jié)構(gòu)，其晶形不再隨溫度而變化。氧化鋯使用周期長，幾乎沒有延時(shí)，測(cè)量時(shí)僅受溫度影響，容易克服，而且儀表本身輸出電信號(hào)，精度比較高。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理氧化鋯（ZrO2）是一種固體電解質(zhì)，具有離子導(dǎo)電特性。在常溫下ZrO2是單斜晶體，當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí)，晶體發(fā)生相變，由單斜晶體變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)有不到十分之一的體積收縮。當(dāng)溫度下降時(shí)，又會(huì)發(fā)生反方向的相變而成為單斜晶體，因此氧化鋯晶體是不穩(wěn)定的。純凈的氧化鋯是不能進(jìn)行氧量測(cè)量的，是在氧化鋯中加入一定數(shù)量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3）等其它三價(jià)稀土氧化物，并經(jīng)過高溫焙燒后，形成穩(wěn)定的瑩石形立方晶體結(jié)構(gòu)，其晶形不再隨溫度而變化。氧化鋯使用周期長，幾乎沒有延時(shí)，測(cè)量時(shí)僅受溫度影響，容易克服，而且儀表本身輸出電信號(hào)，精度比較高。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理在溫度為800°C左右時(shí)，空穴型的氧化鋯即成為良好的氧離子導(dǎo)體。若氧化鋯兩側(cè)氣體含氧量不同，則會(huì)產(chǎn)生濃差電勢(shì)。氧化鋯氧量計(jì)就是利用氧化鋯固體電解質(zhì)把被測(cè)氣體含氧濃度與確定的空氣含氧濃度（20.8%）相比較的濃差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)，從而測(cè)出被測(cè)氣體的含氧量。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理測(cè)量時(shí)管內(nèi)通空氣（參比氣體），管外走煙氣。管內(nèi)外兩側(cè)氣體中的氧分子被金屬鉑吸附，并在其催化作用下得到電子，成為氧離子O2-進(jìn)入氧化鋯離子空穴，而在金屬鉑表面留下過剩的正電荷。同時(shí)，氧化鋯中的氧離子O2-則會(huì)失去電子成為氧分子回到空氣或煙氣中。當(dāng)固體電解質(zhì)中氧離子濃度一定時(shí)，氣體中氧分子濃度越大，這種轉(zhuǎn)移也越多。當(dāng)這兩種以相反方向進(jìn)行轉(zhuǎn)移的過程最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，金屬鉑帶正電子而氧化鋯帶負(fù)電，二者之間具有靜電吸引作用。這種作用不是均勻的分布在氧化鋯固體電解質(zhì)中，而是較多的氧離子聚集在鉑金屬表面附近，形成雙電層，金屬鉑與氧化鋯之間電位差稱為電極電位。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理在氧化鋯管外側(cè)通被測(cè)氣體，其氧分壓為P1，氧濃度為φ1；氧化鋯管內(nèi)側(cè)通空氣，作為參比氣體，其氧分壓為P2，氧濃度為φ2。并假設(shè)P1<P2，φ1<φ2。溫度在600~800°C時(shí)：氧化鋯管的內(nèi)壁（高氧分壓面）發(fā)生還原反應(yīng)：O2+4e→2O2-

氧化鋯管內(nèi)壁面上給出電子而帶正電，生成的O2-通過氧化鋯空穴到達(dá)低氧分壓面。氧化鋯管的外壁（低氧分壓面）發(fā)生氧化反應(yīng)：2O2-→O2+4e氧化反應(yīng)使管外壁面得到電子而帶負(fù)電。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)的鉑電極分別為正極和負(fù)極。根據(jù)Nernst（能斯特）方程，兩極間理論電勢(shì)為：式中，E—理論濃差電勢(shì)，V；

R—?dú)怏w常數(shù)，R=8.314J/mol·K；

T—?dú)怏w絕對(duì)溫度，K；

F—法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96487C/mol；

n—反應(yīng)時(shí)，一個(gè)氧分子輸出的電子數(shù)目，n=4；

P1—被測(cè)氣體中的氧分壓，Pa；

P2—空氣中氧分壓，Pa。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理在混合氣體中，某氣體組的分壓力和總壓力之比與容積成分（即濃度）成正比，即：于是可得：將R、F、n及空氣含氧濃度φ2=20.8%代入上式，并將自然對(duì)數(shù)變換為常用對(duì)數(shù)，則有：當(dāng)溫度T一定時(shí)，氧化鋯探頭產(chǎn)生的濃差電勢(shì)只是與被測(cè)氣體的含氧濃度φ1有關(guān)。φ1愈小，E愈大。φ2P2空氣φ1P1煙氣多孔性鉑電極ZrO2電解質(zhì)O2-O2-O2-O2-O2-E（ZrO2）（CaO）氧化鋯氧量計(jì)的工作原理第四節(jié)氧量分析儀二、氧化鋯氧量計(jì)的結(jié)構(gòu)直插補(bǔ)償式：要求被測(cè)氣體溫度在560~760°C之間，用熱電偶溫度計(jì)測(cè)得氣體溫度，通過補(bǔ)償裝置消除氣體溫度對(duì)指示值的影響。定溫對(duì)流式：帶有加熱裝置，通過溫度控制裝置使探頭工作溫度恒定（常用）。氧化鋯管的結(jié)構(gòu)第四節(jié)氧量分析儀二、氧化鋯氧量計(jì)的結(jié)構(gòu)直插補(bǔ)償式：直插補(bǔ)償式測(cè)量系統(tǒng)示意圖

1—氧化鋯管；2—內(nèi)外鉑電極引線；3—內(nèi)外鉑電極；4—絕緣管；

5—陶瓷過濾器；6—高鋁管；7—保護(hù)套管；8—法蘭；

9—固定筒；10—固定螺母；11—導(dǎo)氣管；12—熱電偶第四節(jié)氧量分析儀二、氧化鋯氧量計(jì)的結(jié)構(gòu)定溫對(duì)流式：定溫對(duì)流式測(cè)量系統(tǒng)示意圖煙氣帶有加熱裝置，通過溫度控制裝置使探頭工作溫度恒定（常用）第四節(jié)氧量分析儀二、氧化鋯氧量計(jì)的結(jié)構(gòu)定溫對(duì)流式氧化鋯傳感器結(jié)構(gòu)：空氣通入一段封閉的氧化鋯管內(nèi)，煙氣經(jīng)陶瓷過濾器后流過氧化鋯管外部，為使氧化鋯管工作溫度穩(wěn)定，設(shè)有加熱裝置，利用熱電偶測(cè)量溫度，通過儀表內(nèi)部的溫度調(diào)節(jié)裝置及可控硅開關(guān)控制電加熱器加熱量，使探頭溫度維持在800°C左右。探頭輸出的濃差電勢(shì)，經(jīng)放大后推動(dòng)表頭指示被測(cè)煙氣含氧量，并輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，以便于調(diào)節(jié)裝置配套控制燃燒過程。第四節(jié)氧量分析儀二、保證氧化鋯氧量計(jì)正常測(cè)量的條件在測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)有恒溫裝置，以保證輸出不受溫度影響。工作溫度要在800°C以上，一般選850°C，以保證有足夠的靈敏度。使用中應(yīng)保持被測(cè)氣體與參比氣體的壓力相等，只有這樣，兩種氣體中的氧分壓之比才能代表兩種氣體中的氧濃度之比。參比氣體中的氧分壓要恒定不變，同時(shí)要求它比被測(cè)氣體中的氧分壓要大得多，保證輸出靈敏度。由于氧濃度差電池有使兩側(cè)氧濃度趨于一致的傾向，所以必須保證被測(cè)氣體與參比氣體都有一定的流速，以便不斷更新；否則氧濃度差電池會(huì)使兩側(cè)含氧量逐漸平衡，輸出電勢(shì)下降。氧化鋯材料的內(nèi)阻很高，且隨工作溫度降低而升高，為使輸出電勢(shì)測(cè)量準(zhǔn)確，二次儀表須有很高的輸入阻抗。氧濃度差電勢(shì)與被測(cè)氣體氧含量成對(duì)數(shù)關(guān)系，若作為調(diào)節(jié)信號(hào)使用，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行線性化處理。09第九章能源與動(dòng)力學(xué)院氣體成分及顆粒物測(cè)量概述氣相色譜分析法紅外氣體分析儀氧量分析儀顆粒物排放測(cè)量第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量一、顆粒的基本知識(shí)顆粒是與周圍有界面分割狀態(tài)的微小固體、液體或氣體。由許多顆粒組成的顆粒群稱為顆粒系。顆粒的粒度范圍非常廣泛，跨度可達(dá)7個(gè)數(shù)量級(jí)。在工業(yè)應(yīng)用中，大多數(shù)顆粒的粒徑在數(shù)百微米，也有的情況，可能超過一千微米，甚至可達(dá)數(shù)千微米。顆粒物排放測(cè)量，一方面是從微觀角度，對(duì)顆粒物的成分、質(zhì)量、數(shù)量和粒徑分布等特性進(jìn)行測(cè)量分析；另一方面是從宏觀角度，對(duì)總排放重量或者煙度進(jìn)行測(cè)量。第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)1、顆粒粒徑測(cè)量方法測(cè)定方法粒徑范圍/μm粒徑表達(dá)分布基準(zhǔn)測(cè)量依據(jù)的性質(zhì)光學(xué)顯微鏡0.25～250投影面直徑面積或個(gè)數(shù)通常是顆粒投影像的某種尺寸或某種相當(dāng)尺寸電子顯微鏡0.001～5全息照相2～500離心沉降0.01～10Stokes直徑或空氣動(dòng)力學(xué)直徑重量沉降效應(yīng)、沉積量、懸浮液濃度、密度或消光等隨時(shí)間或位置的變化噴射沖擊器0.3～50光散射0.3～50體積當(dāng)量直徑重量或個(gè)數(shù)顆粒對(duì)光的散射或消光散射和吸收，顆粒對(duì)X射線的散射X射線小角度散射0.008～0.2電感應(yīng)法0.2～2000體積當(dāng)量直徑體積或個(gè)數(shù)顆粒在小孔電阻傳感器區(qū)引起的電阻變化聲學(xué)法50～200第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量光在分散體系中傳播二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)2、散射光分析法當(dāng)光束通過分散體系時(shí)，一部分光會(huì)被吸收，另一部分則被散射。在真空和均勻介質(zhì)中，光沿直線傳播，不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，但是當(dāng)均勻介質(zhì)中含有微細(xì)顆粒時(shí)，介質(zhì)的均勻性受到了破壞，就朝各個(gè)方向散射。當(dāng)光束入射到顆粒（包括固體顆粒、液滴或氣泡）上時(shí)，將向空間四周散射，光的各個(gè)散射參數(shù)則與顆粒的粒徑密切相關(guān)。可用于確定顆粒粒徑的散射參數(shù)有散射光強(qiáng)的空間分布、散射光能的空間分布、透射光強(qiáng)度相對(duì)于入射光的衰減、散射光的偏振度等。第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)2、散射光分析法散射光分析測(cè)量儀的形式種類很多，可以有不同的分類方法，主要是按散射信號(hào)分類，可分為小角前向散射法、角散射法、消光法、動(dòng)態(tài)光散射法和偏振光法等。這些方法都是以散射光在某些角度范圍內(nèi)的光能作為探測(cè)量的，其中應(yīng)用最廣泛的是小角前向散射法，它通過測(cè)量顆粒群在前向某一小角度范圍內(nèi)的散射光能分布，從中求得顆粒的粒徑大小和分布。這類測(cè)量儀器通常以激光為光源因此習(xí)慣上稱為激光粒度儀。光在分散體系中傳播第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論散射光強(qiáng)度及方向隨著分散顆粒大小的變化而變化，根據(jù)顆粒大小不同，光散射有三種不同規(guī)律。①Rayleigh（瑞利）散射理論：顆粒的粒徑小于光的波長或粒徑小于0.05μm時(shí)，光散射符合Rayleigh散射理論。②Mie（米氏）散射理論：隨著顆粒粒徑的增大，光散射逐漸偏離Rayleigh方程而服從Mie方程。③Fraunhofer（夫瑯和費(fèi)）衍射散射理論：當(dāng)顆粒尺寸比光的波長大幾個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，一般按Fraunhofer規(guī)律發(fā)生衍射散射，該理論重要實(shí)用價(jià)值在于顆粒粒徑的測(cè)量。散射形式與粒子大小、波長的關(guān)系第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（1）基于衍射理論的激光粒度儀由激光器（一般為He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器）發(fā)出的光束經(jīng)針孔濾波及擴(kuò)束系統(tǒng)后成為一束直徑為5~10mm的平行單色光，當(dāng)該平行單色光照射到測(cè)量區(qū)中的被測(cè)顆粒群時(shí)便會(huì)產(chǎn)生光衍射現(xiàn)象。衍射光的強(qiáng)度分布與測(cè)量區(qū)中被測(cè)顆粒直徑和顆粒數(shù)有關(guān)。基于衍射理論的激光粒度儀光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（1）基于衍射理論的激光粒度儀用接收透鏡（一般為傅里葉透鏡）使由各個(gè)顆粒散射出來的相同方向的光聚焦到焦平面上，在這個(gè)平面上放置一個(gè)多元光電探測(cè)器，用來接收衍射光能分布。光電探測(cè)器把照射到每個(gè)環(huán)面上的散射光能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算程序可以很快解出被測(cè)顆粒的平均粒徑及其分布。基于衍射理論的激光粒度儀光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（2）基于Mie散射理論的激光粒度儀來自激光器的光束經(jīng)透鏡聚焦形成細(xì)小明亮的束腰，在束腰中定義一光敏感區(qū)，即測(cè)量區(qū)。測(cè)量區(qū)的容積要足夠小，使得每一瞬間只有一個(gè)顆粒流過。夾雜著顆粒的被測(cè)介質(zhì)（液體或氣體）由進(jìn)樣系統(tǒng)送入儀器并流經(jīng)測(cè)量區(qū)。顆粒被入射激光照射產(chǎn)生散射光，經(jīng)光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。基于Mie散射理論的激光粒度儀第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（2）基于Mie散射理論的激光粒度儀根據(jù)Mie散射理論可知，顆粒的散射光分布與粒徑相關(guān)，粒徑不同，散射光的分布不同。因此，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)所收集到的散射光信號(hào)可以確定顆粒的粒徑大小。當(dāng)顆粒流出測(cè)量區(qū)后，或某一瞬間流過測(cè)量區(qū)的介質(zhì)中沒有顆粒時(shí)，散射光及相應(yīng)的電信號(hào)為零。待下一個(gè)顆粒流過測(cè)量區(qū)時(shí)，光電系統(tǒng)又給出一個(gè)與其粒徑相應(yīng)的電信號(hào)。因此，測(cè)量到的是一個(gè)又一個(gè)的電脈沖，脈沖數(shù)即為顆粒數(shù)。基于Mie散射理論的激光粒度儀第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（3）噴霧激光粒度儀噴霧激光粒度儀包括發(fā)射和接收兩個(gè)模塊。發(fā)射模塊輸出一束直徑數(shù)毫米的準(zhǔn)直激光束，用于照射霧化場(chǎng)，接收模塊用于探測(cè)霧滴散射光的角分布信號(hào)并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。接收模塊的關(guān)鍵部件是大口徑的接收透鏡和環(huán)狀（扇形）多元探測(cè)器。兩個(gè)模塊通常安裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，有利于靈活調(diào)整兩個(gè)模塊之間的距離從而適用于多種霧化場(chǎng)的測(cè)試。噴霧激光粒度儀第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（3）噴霧激光粒度儀霧化場(chǎng)位于發(fā)射模塊和接收模塊之間，入射光穿過整個(gè)霧化場(chǎng)。為同時(shí)保證噴霧粒度儀的測(cè)量下限和測(cè)量上限，接收透鏡采用大口徑的傅里葉透鏡，使小霧滴發(fā)出的較大散射角的信號(hào)在接收口徑范圍內(nèi)，從而能夠被探測(cè)到，同時(shí)使入射光束得到很好的聚焦以保證小散射角信號(hào)的探測(cè)質(zhì)量。此外，部分噴霧粒度儀還在發(fā)射模塊中設(shè)置了后向散射探測(cè)器，用于輔助小霧滴散射光的探測(cè)。噴霧激光粒度儀第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)3、光的散射理論（3）噴霧激光粒度儀注意事項(xiàng)：（1）為防止霧滴對(duì)光學(xué)器件的污染，兩個(gè)模塊應(yīng)離開霧化場(chǎng)一定距離。或者對(duì)光學(xué)器件做一定的防污隔離。如增設(shè)隔離氣幕；（2）在噴霧流量較大的情況下，遮光率較高，復(fù)散射現(xiàn)象嚴(yán)重，需要對(duì)測(cè)量進(jìn)行修正；（3）霧化場(chǎng)中粒徑小于150μm的霧滴易受風(fēng)力影響，應(yīng)做好噴霧粒度儀的防護(hù)；（4）對(duì)于錐角較大的霧化場(chǎng)，可考慮用擋板將部分霧化場(chǎng)遮擋在測(cè)量區(qū)外，在縮短噴霧粒度儀兩個(gè)模塊之間的距離的同時(shí)使得測(cè)量區(qū)厚度減小，從而減少復(fù)散射效應(yīng)，保證測(cè)量結(jié)果的合理性。第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量二、顆粒粒徑的測(cè)試技術(shù)4、電感應(yīng)法，又稱庫爾特（Coulter）法將被測(cè)試樣均勻地分散于電解液中，帶有小孔的玻璃管同時(shí)浸入上述電解液，設(shè)法令電解液流過小孔。小孔兩側(cè)各有一電極并構(gòu)成回路。當(dāng)電解液中的顆粒流過小孔時(shí)，由于顆粒部分地阻擋了孔口通道并排擠了與顆粒相同體積的電解液，使得小孔部分電阻發(fā)生變化（以電壓脈沖輸出），因此顆粒的尺寸大小可由電阻的變化加以表征和測(cè)定。電感應(yīng)法的測(cè)量下限在0.5μm左右，上限可達(dá)1000μm，甚至更大。不受粉塵材質(zhì)結(jié)構(gòu)形貌、折射率及光學(xué)特性的影響，適合于所有類型的粉塵測(cè)量。電感應(yīng)法測(cè)量原理第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量三、幾種常見的粒徑譜儀1、空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀主要用于粒徑在1μm以上的顆粒物粒徑尺寸及濃度分布的測(cè)量。近年來可以實(shí)現(xiàn)0.5~20μm粒徑的測(cè)量。空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀通過測(cè)量顆粒物通過兩束平行激光束的飛行時(shí)間來測(cè)得顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑。空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀的結(jié)構(gòu)及工作原理第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量三、幾種常見的粒徑譜儀1、空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀帶懸浮微粒的氣體（氣溶膠）分流成為鞘氣和樣氣，樣氣經(jīng)噴嘴加速并在鞘氣的包裹下通過檢測(cè)區(qū)域。由于慣性作用不同，不同粒徑的顆粒物經(jīng)過加速噴嘴時(shí)產(chǎn)生不同的加速度，粒徑越大，加速度越小。顆粒物飛出噴嘴后，在檢測(cè)區(qū)域直線通過兩束距離很近的平行激光束，產(chǎn)生單獨(dú)連續(xù)的雙峰信號(hào)，兩峰之間的間隔稱為飛行時(shí)間。顆粒物飛出加速噴嘴時(shí)加速度不同導(dǎo)致顆粒物通過檢測(cè)區(qū)域的速度和時(shí)間不同，即飛行時(shí)間不同，通過測(cè)量飛行時(shí)間和標(biāo)定即可確定顆粒物的粒徑。飛行時(shí)間測(cè)量示意圖第五節(jié)顆粒物排放測(cè)量三、幾種常見的粒徑譜儀2、掃描電遷移率粒度譜儀掃描電遷移率粒度譜儀一般用于1μm以下細(xì)顆粒物粒徑分布的測(cè)量，可測(cè)量的最小粒徑達(dá)2.5nm，是亞微米粒子的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量儀器。掃描電遷移率粒度譜儀基于荷電粒子在電場(chǎng)中的電遷移特性進(jìn)行測(cè)量。荷電是指帶電離子或電子和中性粒子碰撞并使其帶電的過程。當(dāng)荷電粒子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其活動(dòng)能力（電遷移率）Zp

為粒徑與電遷移特性示意圖當(dāng)氣體和電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，荷電粒子的電遷移特性與粒子的粒徑成反比，粒徑越大，