簡(jiǎn)述成分與含量的電測法

　　11.1 水分和濕度電測法

　　11.1.1水分和濕度的定義及表示方法

　　一、 氣體的濕度

　　1、絕對濕度

　　絕對濕度是指單位體積的空氣中含有水蒸汽重量的實(shí)際數值。飽和溫度是指在一定的氣壓和一定的溫度的條件下、單位體積的空氣巾能夠含有水蒸汽的極限數值。絕對濕度是指在一定溫度時(shí)，單位體積的空氣中所含水蒸氣的份量（gm.），相對濕度是指在一定溫度時(shí)，空氣中的實(shí)際水蒸氣含量與飽和值之比，用百分比表示。

　　2、相對濕度

　　相對濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達到的最大絕對濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。相對濕度用RH表示。相對濕度的定義是單位體積空氣內實(shí)際所含的水氣密度（用d1 表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%。

　　3、露（霜）點(diǎn)溫度

　　露點(diǎn)（或霜點(diǎn)）溫度：露點(diǎn)溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度本是個(gè)溫度值，可為什么用它來(lái)表示濕度呢？這是因為，當空氣中水汽已達到飽和時(shí)，氣溫與露點(diǎn)溫度相同；當水汽未達到飽和時(shí)，氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。

　　二、固體的濕度

　　固體的濕度也稱(chēng)為含水量（或稱(chēng)水分），通常以物質(zhì)中所含水分質(zhì)量（或重量）與總質(zhì)量（或總重量）之比的百分數來(lái)表示。

　　11.1.2固體水分電測法

　　一、紅外式

　　用易被水吸收和不被水吸收的兩種波長(cháng)的紅外輻射輪流交替地透過(guò)被測固體，取其透過(guò)被測固體的輻射強度之比值來(lái)測定被測固體的水分。

　　二、電阻式

圖11-1-1

　　利用固體物質(zhì)的電阻值隨含水量的不同而不同的特性，可以測量其濕度。

　　三、電容式

圖11-1-2

　　根據物料介電常數與水分的關(guān)系，通過(guò)測量以物料為電介質(zhì)的電容器的電容值即可確定物料的水分。

　　11.1.3氣體濕度電測法

　　一、 測溫式--干濕球濕度計

圖11-1-3

　　原理：根據所測得干球溫度T1和濕球溫度T2之差，確定空氣的相對濕度。

　　1、傳統方法――用水銀溫度計測量干濕球溫度，查相應的表，確定氣體的濕度。

　　2、用兩個(gè)熱電偶或兩個(gè)熱電阻測量干濕球溫度差 圖10-2-10圖10-2-11

　　3、"電子干濕式"濕度傳感器

圖11-1-4

　　二、電阻式

　　通過(guò)測量濕敏電阻受濕度影響后的阻值即可測得相應的濕度。

　　三、電容式

　　高分子濕敏電容的電容值與氣體中相對濕度之間成線(xiàn)性關(guān)系。

　　四、石英振動(dòng)式

　　在石英晶片的表面涂敷高分子膜，當膜吸濕時(shí)，石英晶片振蕩頻率發(fā)生變化，不同的頻率就代表不同程度的濕度。

　　五、多孔Al2O3濕度傳感器

圖11-2-1

　　當液體密度增加時(shí)，浮力增大，浮子上升。測量浮子位置可測出液體密度。

　?。ㄈ┎顗悍?/p>

　　在被測液體液面下方的容器壁上，設置兩個(gè)垂直距離為定值H的取壓孔，用差壓傳感器測出這兩個(gè)取壓孔的差壓 ,即可測出液體的密度

　　11.2.2 濃度電測法

　　若總體積為V的溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量為m（B），則溶質(zhì)B的質(zhì)量濃度表示為：

　　一、 電導式

　　測量低濃度區域和高濃度區域（不能測量中間一段濃度）溶液的電導率，可以得知對應的溶液濃度C.

　　1、電導池

　　測量溶液電導的線(xiàn)路圖11-2-2

　　2、電磁感應式

圖11-2-3

　　用被測溶液構成一個(gè)短路線(xiàn)圈，將兩個(gè)變壓器T1和T2耦合起來(lái)。T1為激勵變壓器，其初級通以交流電壓時(shí)，通過(guò)對i2的測量可以得到溶液的電導，從而得出相應的濃度。

　　二、光電式

　　1、用光電折光儀測量溶液的折射率可間接測量溶液的濃度。

　　2、利用光電自動(dòng)旋光計測量溶液的旋光度，可求得溶液的濃度。

　　三、石英晶體微量天平

　　待測氣體樣品與壓電振子的表面涂層相接觸時(shí)，氣體濃度越高，被吸收到涂層內的氣體分子越多，因此壓電振子的振動(dòng)頻率的變化當與待測的氣體濃度成正比。

　　11.3氣體分析與檢測

　　在各種密閉的移動(dòng)艙室環(huán)境中，存在犬量氣體狀態(tài)污染物，這些氣體污染物以分子狀態(tài)存在，大部分為無(wú)機氣體，例如CO,NO2,H2S,LEL,VOC等。采用無(wú)線(xiàn)遙測技術(shù)實(shí)時(shí)采集和記錄車(chē)輛在靜止和行進(jìn)過(guò)程中艙室內的有害氣體、溫濕度等狀態(tài)參數和環(huán)境參數，以便分析有害氣體對艙室人員身心健康的影響。

　　11.3.1氣體分析

　　一、熱導式氣體分析儀

　　1、原理：設導熱系數為λ1和λ2的兩種氣體混合，λ1和λ2已知，若測得該混合氣體的導熱系數λc,則可求得兩種氣體的百分數含量α1和α2:

　　2、熱導池 圖11-3-1（a）

　　――將混合氣體導熱系數的變化轉換為熱電阻阻值變化的部件。

　　3、熱導式氣體分析儀

圖11-3-1(b)

　　分析室Rk1和Rk2為參考室，室內充入潔凈的空氣，

　　分析室Rx1和Rx2充入被分析的混合氣體，

　　四個(gè)分析室組成橋路。電橋輸出是混合氣體組分的函數。

　　二、磁式氧量分析儀

　　1、 原理：是基于對氧的順磁性的測量。

　　混合氣體的體積磁化率

　　式中：k1為氧氣的體積磁化率；

　　k2為混合氣體中除氧外，各成分氣體的體積磁化率平均值；

　　C為氧氣含量

　　結論：根據混合氣體體積磁化率的大小，就可以確定氧氣含量C.

　　2、 熱磁式對流檢測器

圖11-3-2

　　被分析的氣體含氧量越高，磁風(fēng)就越強，兩熱絲元件的溫差越大，相應阻值變化就越大。電橋輸出電壓可以用來(lái)表示被分析氣體中所含氧氣的濃度。

　　三、光學(xué)吸收式氣體分析儀

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　　當物質(zhì)吸收特征波長(cháng)的光輻射時(shí)，透射光能量與入射光能量之間關(guān)系為：

　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　式中 W為透射光能量，W0為入射光能量；a為吸收率；b為光程長(cháng)度；c為試樣中吸光物質(zhì)的濃度。若a、b為已知數值，則通過(guò)測量透射光與入射光能量的比值，就可以確定吸光物質(zhì)的濃度。

　?。ǘ?CO2紅外線(xiàn)氣體分析儀

圖11-3-3

　　測量時(shí)，被測氣體通過(guò)樣品室，參比室充滿(mǎn)沒(méi)有CO2的大氣。經(jīng)過(guò)標定，就可以從輸出信號的大小確定CO2的含量。

　?。ㄈ?strong>光電比色計

圖11-3-4

　　左半部分為參比介質(zhì)光路。比色皿盛放的是不含被測成分的某種液體（或氣體），對光束波長(cháng)沒(méi)有吸收作用，

　　右半部分為被測介質(zhì)的測量光路，比色皿中盛放的是被測樣品，對光束波長(cháng)有一定的吸收作用

　　兩路光學(xué)系統檢測元件的輸出就不一樣，通過(guò)比較放大后顯示出被測介質(zhì)的含量。

　　11.3.2 實(shí)用氣體檢測器

　　一、有害氣體檢測與排氣控制電路

圖11-3-5

　　當HQ-1氣敏元件檢測到有害氣體濃度超過(guò)安全值時(shí)，電路發(fā)出報警，同時(shí)開(kāi)啟排氣扇。

　　二、防止酒后開(kāi)車(chē)控制器

圖11-3-6

　　若司機酗酒，氣敏器件的阻值急劇下降，繼電器線(xiàn)圈通電，其常開(kāi)觸頭閉合，發(fā)光二極管導通，發(fā)紅光，以示警告，同時(shí)繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使司機無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機。

　　三、實(shí)用瓦斯報警器

圖11-3-7

　　當周?chē)諝庵杏型咚箽怏w時(shí)，氣敏元件的電阻迅速減小，555集成電路4腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器電路起振，揚聲器發(fā)出報警聲，提醒人們采取相應的措施，以防事故的發(fā)生。