简述成分与含量的电测法

电阻丝承受拉伸或压缩变形时，电阻也将发生变化。将电阻丝往复绕成特殊形状（如栅状），就可做成电阻应变片。测量前，将电阻应变片用特殊的胶合剂黏贴在欲测应变的部位，当壳体受到载荷作用发生变形时，电阻应变片中的电阻丝随之一起变形，导致电阻丝长度及截面积德改变，从而引起其电阻值的变化。可见，电阻的变化与应变有一定的对应关系。通过电阻应变仪，就可测得相应的变化。利用胡克定律或其他理论公式，就可求得应力值。电测时，应尽量消除产生各种测量误差的因素。例如，应变片位置的偏差，应变片与壳壁接触的紧密程度，应变片与导线的焊接质量，环境、温度的变化等。

　　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

　　绝对湿度是指单位体积的空气中含有水蒸汽重量的实际数值。饱和温度是指在一定的气压和一定的温度的条件下、单位体积的空气巾能够含有水蒸汽的极限数值。绝对湿度是指在一定温度时，单位体积的空气中所含水蒸气的份量（gm.），相对湿度是指在一定温度时，空气中的实际水蒸气含量与饱和值之比，用百分比表示。

　　2、相对湿度

　　相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。相对湿度用RH表示。相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1 表示）和同温度下饱和水气密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%。

　　3、露（霜）点温度

　　露点（或霜点）温度：露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值，可为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当空气中水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。

　　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

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

　　在各种密闭的移动舱室环境中，存在犬量气体状态污染物，这些气体污染物以分子状态存在，大部分为无机气体，例如CO,NO2,H2S,LEL,VOC等。采用无线遥测技术实时采集和记录车辆在静止和行进过程中舱室内的有害气体、温湿度等状态参数和环境参数，以便分析有害气体对舱室人员身心健康的影响。

　　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

图11-3-4

　　左半部分为参比介质光路。比色皿盛放的是不含被测成分的某种液体（或气体），对光束波长没有吸收作用，

　　右半部分为被测介质的测量光路，比色皿中盛放的是被测样品，对光束波长有一定的吸收作用

　　两路光学系统检测元件的输出就不一样，通过比较放大后显示出被测介质的含量。

　　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。