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儀器儀表的基本概念及知識

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
1.分析儀器的分類 
 
分析儀器的種類繁多,用途各異。按照測量原理和分析方法,可以把分析儀器大略分為如下幾類。 
 
(1)電化學分析儀器 
 
采用電位、電導、電流分析法的各種電化學分析儀器,如氧化鋯氧分析儀器、燃料電池式氧分析儀器、電化學式有毒性氣體檢測器等。 
 
(2)熱學分析儀器 
 
如熱導式氣體分析儀器、催化燃燒式可燃性氣體檢測器等 
 
(3)光學分析儀器 
 
包括采用吸收光譜法的紅外線氣體分析儀器、近紅外光譜儀、激光氣體分析儀器、紫外-可見分光光度計、紫外熒光法分析儀等。 
 
(4)微量水分析儀器 
 
大致有電解式微量水分析儀、電容式微量水分析儀、晶體震蕩式微量水分析儀、冷鏡式微量水分析儀等。 
 
2.分析儀器基本參數解析 
 
(1)測量范圍 
 
也稱作量程,指兩個極限值之間的區域,用所考慮的量的上、下極限值來表示。 
 
量程的選擇:儀表量程的選擇必須目的明確,要根據現場具體情況及工藝要求來選擇,提供給客戶***適合的量程。并不是越大越好,因為儀表的誤差也是根據量程的變化而變化的。 
 
一般我們的儀表誤差為±2%F.S,即滿量程的±2%;在跟客戶的交流中要搞清楚客戶的需求,尤其遇到一些不清楚情況的客戶,總希望能夠量程越大、精度越高越好,這個需要我們做工作來說服客戶去選擇***適合的。同時,不同量程需要用到不同的傳感器,比如:微量氧傳感器一般測量0-1000ppm的氧氣比較好,而常量氧則一般針對0.1%-80%之間濃度的氧氣測量;高純氧的量程一般選80-99.99%。 
 
(2)準確度及等級 
 
儀器的準確度也成為***度,簡稱精度,是指儀器的指示值與被測量真值的一致程度。一般儀器的準確度等級為2級 
在測量中,任何一種測量的精密程度高低都只能是相對的,皆不可能達到******,總會存在有各種原因導致的誤差。為使測量結果準確可靠、盡量減少誤差,提高測量精度.必須充分認識測量可能出現的誤差,以便采取必要的措施來加以克服。通常在測量中有基本誤差、補償誤差、***誤差、相對誤差、系統誤差、隨機誤差、過失誤差與抽樣誤差等。下面說明一下相對誤差。 
 
①***誤差(absolute error) 
 
***誤差=測量結果-(約定)真值 
 
②相對誤差(relative error) 
 
相對誤差=***誤差 / (約定)真值 
 
相對誤差用±%F.S表示,FS是英文full scale的縮寫,±%F.S表示儀表滿量程相對誤差。 
 
儀表滿量程相對誤差=***誤差 / (測量上限-測量下限)*100% 
 
(3)響應時間(response time)和分析滯后時間(lag time of analysis) 
 
響應時間是表征儀器測量速度的快慢.通常定義為從被測量發生階躍變化的舜時起,到儀器的指示達到兩個穩態值之差的90%處所經過的時間。這一時間稱為90%響應時間,用T90標注。 
 
分析滯后時間等于“樣品傳輸滯后時間”和“分析儀器響應時間”之和,即樣品從工藝設備取出到得到分析結果這段時間。樣品傳輸滯后時間包括取樣、傳輸和預處理環節所需時間。 
 
(4)穩定性:(stability) 
 
穩定性是指在規定的工作條件下,輸入保持不變,在規定時間內儀器示值保持不便的能力。分析儀器的穩定性可用噪聲和漂移兩個參數來表征。 
 
噪聲(noises)又稱輸出波動(output fluctuation),不是由被測組分的濃度或任何影響量變化引起的相對于平均輸出的波動,或者說由于未知的偶然因素所引起的輸出信號的隨機波動。它干擾有用信號的檢測。 
 
漂移(drift)是指分析信號朝某個一定的方向緩慢變化的現象。漂移包括零點漂移、量程漂移、基線漂移。漂移表示系統誤差的影響。 
 
如:我們的儀表參數中提到的:“穩定性:零點漂移:±1.5%F.S/30d;量程漂移:±1.5%F.S/30d;”指的是儀表在連續工作30天零點漂移和量程點漂移小于滿量程(F.S=full scale)的±1.5%。 
 
為了提高儀器儀表的穩定性和重復性,通常通過自動標定、補償校正等手段來實現。如:紅外氣體分析儀器中參比信號、熱導傳感器中的雙臂電橋及在線成套分析系統中的自動標校等都是此手段。 
 
(5)重復性:(repeatability) 
 
又稱重復性誤差(repeatability error)。指相同的方法、相同的試樣、在相同的條件下測得的一系列結果之間的偏差。相同的條件是指同一操作者、同一儀器、同一實驗室和短暫的時間間隔。 
 
(6)靈敏度:(sensitivity) 
 
是指被測物質的含量或濃度改變一個單位時分析信號的變化量,表示儀器對被測定量變化的反應能力。 
 
(7)分辨力:(resolution) 
 
是指儀器區別相鄰近信號的能力。通常用分辨率等表示,儀器的分辨率是可調的,儀器性能指標中給出的分辨率一般是該儀器的***高分辨率。分辨率越高,靈敏度越低。 
 
 
3濃度單位ppm與mg/m3的換算 
 
mg/m3=M/22.4 * ppm * [273/(273+T)] * (Ba/101325) 
 
M----為氣體分子量 
ppm----測定的體積濃度值 
T----溫度 
Ba----壓力 
22.4----20℃、101.325kPa下每摩爾氣體的體積,L 
 
4.我公司產品命名分類(GES-green sublimation) 
 
(1)GES-O2氧量分析儀Oxygen (氧濃度測量) 
(2)GES-DP露點分析儀Dew point(露點測量) 
(3)GES-H2熱導分析儀Hydrogen(測量組分+原理) 
(4)GES-CO紅外分析儀Carbon monoxide(測量組分+原理) 
(5)報警器/手持設備 (報警器,檢測儀,偏重于定性分析) 
(6)綠能氣體成套分析系統(無人值守在線監測系統)
 
 
 
 
1.分析儀器的分類 
 
分析儀器的種類繁多,用途各異。按照測量原理和分析方法,可以把分析儀器大略分為如下幾類。 
 
(1)電化學分析儀器 
 
采用電位、電導、電流分析法的各種電化學分析儀器,如氧化鋯氧分析儀器、燃料電池式氧分析儀器、電化學式有毒性氣體檢測器等。 
 
(2)熱學分析儀器 
 
如熱導式氣體分析儀器、催化燃燒式可燃性氣體檢測器等 
 
(3)光學分析儀器 
 
包括采用吸收光譜法的紅外線氣體分析儀器、近紅外光譜儀、激光氣體分析儀器、紫外-可見分光光度計、紫外熒光法分析儀等。 
 
(4)微量水分析儀器 
 
大致有電解式微量水分析儀、電容式微量水分析儀、晶體震蕩式微量水分析儀、冷鏡式微量水分析儀等。 
 
2.分析儀器基本參數解析 
 
(1)測量范圍 
 
也稱作量程,指兩個極限值之間的區域,用所考慮的量的上、下極限值來表示。 
 
量程的選擇:儀表量程的選擇必須目的明確,要根據現場具體情況及工藝要求來選擇,提供給客戶***適合的量程。并不是越大越好,因為儀表的誤差也是根據量程的變化而變化的。 
 
一般我們的儀表誤差為±2%F.S,即滿量程的±2%;在跟客戶的交流中要搞清楚客戶的需求,尤其遇到一些不清楚情況的客戶,總希望能夠量程越大、精度越高越好,這個需要我們做工作來說服客戶去選擇***適合的。同時,不同量程需要用到不同的傳感器,比如:微量氧傳感器一般測量0-1000ppm的氧氣比較好,而常量氧則一般針對0.1%-80%之間濃度的氧氣測量;高純氧的量程一般選80-99.99%。 
 
(2)準確度及等級 
 
儀器的準確度也成為***度,簡稱精度,是指儀器的指示值與被測量真值的一致程度。一般儀器的準確度等級為2級 
在測量中,任何一種測量的精密程度高低都只能是相對的,皆不可能達到******,總會存在有各種原因導致的誤差。為使測量結果準確可靠、盡量減少誤差,提高測量精度.必須充分認識測量可能出現的誤差,以便采取必要的措施來加以克服。通常在測量中有基本誤差、補償誤差、***誤差、相對誤差、系統誤差、隨機誤差、過失誤差與抽樣誤差等。下面說明一下相對誤差。 
 
①***誤差(absolute error) 
 
***誤差=測量結果-(約定)真值 
 
②相對誤差(relative error) 
 
相對誤差=***誤差 / (約定)真值 
 
相對誤差用±%F.S表示,FS是英文full scale的縮寫,±%F.S表示儀表滿量程相對誤差。 
 
儀表滿量程相對誤差=***誤差 / (測量上限-測量下限)*100% 
 
(3)響應時間(response time)和分析滯后時間(lag time of analysis) 
 
響應時間是表征儀器測量速度的快慢.通常定義為從被測量發生階躍變化的舜時起,到儀器的指示達到兩個穩態值之差的90%處所經過的時間。這一時間稱為90%響應時間,用T90標注。 
 
分析滯后時間等于“樣品傳輸滯后時間”和“分析儀器響應時間”之和,即樣品從工藝設備取出到得到分析結果這段時間。樣品傳輸滯后時間包括取樣、傳輸和預處理環節所需時間。 
 
(4)穩定性:(stability) 
 
穩定性是指在規定的工作條件下,輸入保持不變,在規定時間內儀器示值保持不便的能力。分析儀器的穩定性可用噪聲和漂移兩個參數來表征。 
 
噪聲(noises)又稱輸出波動(output fluctuation),不是由被測組分的濃度或任何影響量變化引起的相對于平均輸出的波動,或者說由于未知的偶然因素所引起的輸出信號的隨機波動。它干擾有用信號的檢測。 
 
漂移(drift)是指分析信號朝某個一定的方向緩慢變化的現象。漂移包括零點漂移、量程漂移、基線漂移。漂移表示系統誤差的影響。 
 
如:我們的儀表參數中提到的:“穩定性:零點漂移:±1.5%F.S/30d;量程漂移:±1.5%F.S/30d;”指的是儀表在連續工作30天零點漂移和量程點漂移小于滿量程(F.S=full scale)的±1.5%。 
 
為了提高儀器儀表的穩定性和重復性,通常通過自動標定、補償校正等手段來實現。如:紅外氣體分析儀器中參比信號、熱導傳感器中的雙臂電橋及在線成套分析系統中的自動標校等都是此手段。 
 
(5)重復性:(repeatability) 
 
又稱重復性誤差(repeatability error)。指相同的方法、相同的試樣、在相同的條件下測得的一系列結果之間的偏差。相同的條件是指同一操作者、同一儀器、同一實驗室和短暫的時間間隔。 
 
(6)靈敏度:(sensitivity) 
 
是指被測物質的含量或濃度改變一個單位時分析信號的變化量,表示儀器對被測定量變化的反應能力。 
 
(7)分辨力:(resolution) 
 
是指儀器區別相鄰近信號的能力。通常用分辨率等表示,儀器的分辨率是可調的,儀器性能指標中給出的分辨率一般是該儀器的***高分辨率。分辨率越高,靈敏度越低。 
 
 
3濃度單位ppm與mg/m3的換算 
 
mg/m3=M/22.4 * ppm * [273/(273+T)] * (Ba/101325) 
 
M----為氣體分子量 
ppm----測定的體積濃度值 
T----溫度 
Ba----壓力 
22.4----20℃、101.325kPa下每摩爾氣體的體積,L 
 
4.我公司產品命名分類(GES-green sublimation) 
 
(1)GES-O2氧量分析儀Oxygen (氧濃度測量) 
(2)GES-DP露點分析儀Dew point(露點測量) 
(3)GES-H2熱導分析儀Hydrogen(測量組分+原理) 
(4)GES-CO紅外分析儀Carbon monoxide(測量組分+原理) 
(5)報警器/手持設備 (報警器,檢測儀,偏重于定性分析) 
(6)綠能氣體成套分析系統(無人值守在線監測系統)
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