在線分析儀表基礎知識

在線分析儀(yi) 器(on-line analyzers),又稱過程分析儀(yi) 器(process analyzers)，或質量監測儀(yi) 表（quality monitoringinstrument），是指直接安裝在工業(ye) 生產(chan) 流程或其它源液體(ti) 現場。對被測介質的組成或物性參數進行自動連續測量的儀(yi) 器。在線分析儀(yi) 器廣泛應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 的實時分析和環境質量及汙染排放的連續監測。早期的在線儀(yi) 器起步於(yu) 五十年代，應用於(yu) 六十年代，脫胎於(yu) 現場的就地儀(yi) 表；因許多儀(yi) 表受製現場人文環境和物理環境，不便於(yu) 人長期觀察，而測量數據又很重要，必須取得間隙數據和不間斷數據，所以就想到了現場數據信號的傳(chuan) 輸，於(yu) 是便誕生了在線儀(yi) 器。在線分析儀(yi) 器是從(cong) 在線儀(yi) 器逐步分化出來的。到如今，它依然是儀(yi) 表中的一路旁支…在線分析儀(yi) 器，而與(yu) 實驗室分析並行不悖。隨著實驗室分析儀(yi) 儀(yi) 器化程度的不斷提高，特別是工業(ye) 化應用程序較高的現代企業(ye) 實驗室，實驗室分析實際上已經涵蓋了大部分在線分析儀(yi) 器，隻是許多分析儀(yi) 器缺少信號輸出且在取樣頻率上無法做到在線分析儀(yi) 器的即時化管理模式。也就是說：你的分析儀(yi) ，隻要有4…20MA輸出電路板，改進你的進樣模式，安裝好接受終端，它就是在線分析儀(yi) 。國產(chan) *台在線分析儀(yi) 是六十年代生產(chan) 的屬於(yu) 熱工儀(yi) 表的紅外煙道分析儀(yi) …CO2。

分析儀(yi) 表是對物質的成分及性質進行分析和測量的儀(yi) 表。在現代工業(ye) 生產(chan) 過程中，必須對生產(chan) 過程的原料、成品、半成品的化學成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、電導率、等進行自動檢測並參與(yu) 自動控製，以達到高產(chan) 、降低能源消耗和產(chan) 品成本，確保安全生產(chan) 和保護環境的目的。

1.1在線分析儀(yi) 表及在線分析係統的構成

分析的方法有兩(liang) 種類型，一種是定期采樣並通過實驗室測定的實驗分析方法（這種方法所用到的儀(yi) 表稱為(wei) 實驗室分析儀(yi) 表或離線分析儀(yi) 表）。另一種是利用儀(yi) 表連續測定被測物質的含量或性質的自動分析方法（這種方法所用到的儀(yi) 表稱為(wei) 過程分析儀(yi) 表或在線分析儀(yi) 表）。分析儀(yi) 表基於(yu) 多種測量原理，在進行分析測量時，需要根據被測物質的物理或化學特性來選擇適當的檢測手段和儀(yi) 表。  

    按照使用場合來分，分析儀(yi) 表又分為(wei) 實驗室分析儀(yi) 表、在線分析儀(yi) 表（有些書(shu) 中也叫過程分析儀(yi) 表、自動分析儀(yi) 表）。在線分析儀(yi) 表都采用現場安裝方式，它可以自動采樣、預處理，自動分析、信號處理以及遠傳(chuan) ，是專(zhuan) 門用於(yu) 生產(chan) 過程的檢測和控製，在過程控製中起著常規儀(yi) 表不可替代的重要作用。在線分析儀(yi) 表(on-line analyzers)又稱過程分析儀(yi) 表(processanalyzers),是指直接安裝在工藝過程中,對物料的組成成分或物性參數進行自動連續分析的一類儀(yi) 表.

通常在線分析儀(yi) 表（一般安裝在分析小屋或專(zhuan) 門的保護裝置中）和樣品（有氣體(ti) 、液體(ti) 、固體(ti) ）預處理裝置（一般安裝在取樣點附近）共同組成一個(ge) 在線測量係統，以保證良好的環境適應性和高可靠性，其典型的基本組成圖如下圖所示。

取樣裝置從(cong) 生產(chan) 設備中自動快速地提取待分析的樣品，前級預處理裝置對該樣品進行初步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，預處理裝置對該樣品進行進一步步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，還實現流路切換、樣品分配等功能，為(wei) 分析儀(yi) 儀(yi) 表提供符合技術要求的樣品。公用係統為(wei) 整個(ge) 係統提供蒸汽、冷卻水、儀(yi) 表空氣電源等。樣品經分析儀(yi) 表分析處理後得到代表樣品信息的電信號通過電纜遠傳(chuan) 到DCS。

1.2在線分析儀(yi) 表的分類

按測定方法分: 光學分析儀(yi) 器、電化學分析儀(yi) 器、色譜分析儀(yi) 器、物性分析儀(yi) 器、熱分析儀(yi) 器等。

按被測介質的相態分:氣體(ti) 分析儀(yi) 和液體(ti) 分析儀(yi) 。其中氣體(ti) 分析儀(yi) 表包括紅外線分析儀(yi) 、熱導式氣體(ti) 分析儀(yi) （氫表、氬表）、氧化鋯、磁力機械氧分析儀(yi) 、熱磁式氧分析儀(yi) 、磁壓式氧分析儀(yi) 、激光煙氣分析儀(yi) 、折射儀(yi) 、硫比值分析儀(yi) 、微量水、微量氧、CEMS煙氣分析儀(yi) 、烴分析儀(yi) 、色譜分析儀(yi) 、質譜分析儀(yi) 、拉曼光譜分析儀(yi) 等等。

液體(ti) 分析儀(yi) 表主要是常見的水分析儀(yi) 表包括PH計、電導儀(yi) 、COD、DO、TOC、ORP、濁度計、氨氮分析儀(yi) 、水中油、餘(yu) 氯分析儀(yi) 等等。

以上分類方法不是的，比如電容式微量水分儀(yi) 既可以測量氣體(ti) 中的微量水分又可以處理液體(ti) 中的微量水分。但是習(xi) 慣上把它歸在氣體(ti) 分析儀(yi) 表中。

1.3在線分析儀(yi) 表常用的濃度單位

    在線分析中氣體(ti) 濃度的表示方法有:摩爾分數、體(ti) 積分數、質量濃度、質量分數、物質的量濃度等。在線分析儀(yi) 表中常用的是體(ti) 積分數。

摩爾分數——即待測組分的物質的量與(yu) 混合氣體(ti) 中各組分物質的量的總和之比。

常用的單位是%、10^-6、10^-9，即我們(men) 以前常用的%vol(摩爾百分比)、ppmmol、ppb mol。

體(ti) 積分數——即待測組分的體(ti) 積與(yu) 混合氣體(ti) 中各組分體(ti) 積的總和之比。

常用的單位是%、10^-6、10^-9，即我們(men) 以前常用的%vol(體(ti) 積百分比)、ppmvol、ppb vol。

   對於(yu) 氣體(ti) 來說，摩爾分數=體(ti) 積分數，因為(wei) 在標準狀態下1mol任何氣體(ti) 的體(ti) 積都是22.4升。

質量濃度——即待測組分的質量與(yu) 混合氣體(ti) （或夜體(ti) ）的體(ti) 積之比。

常用的單位是kg/m³、g/m³、mg/m³、mg/l、µg/l。

質量分數——即待測組分的質量與(yu) 混合氣體(ti) （或液體(ti) ）中各組分的質量總和之比。

常用的單位是%、10^-6、10^-9，即我們(men) 以前常用的%wt(質量百分比)、ppmwt、ppb wt。

氣體(ti) 分析中，一般不單獨使用質量分數表示方法，僅(jin) 用於(yu) 氣體(ti) 和液體(ti) 混合物濃度之間的相互換算。

氣體(ti) 濃度單位換算表1（20℃、101.325KPa下，空氣中）

  注：如ppm wt(20℃，空氣中)為(wei) ppm wt(20℃，混合氣體(ti) 中)時，用M_min代替28.96即可，M_min為(wei) 混合氣體(ti) 的平均摩爾質量，g。

1.4在線分析儀(yi) 表的主要性能指標

在線分析儀(yi) 表的性能指標含義(yi) 廣泛，但大體(ti) 上可以分成兩(liang) 類。

一類性能指標與(yu) 儀(yi) 器的工作範圍和工作條件有關(guan) 。工作範圍主要是指測量對象、測量範圍等；工作條件包括環境條件、樣品條件、供電供氣要求，儀(yi) 表的防爆性能和防護等級等。

另一類性能指標與(yu) 儀(yi) 器的分析信號，即儀(yi) 器的響應值有關(guan) 。這類指標主要有靈敏度、檢出限、重複性、準確度、分辨率、穩定性、線性範圍、響應時間等。

檢出限（limit ofdetection）——是指能產(chan) 生一個(ge) 確證在樣品中存在被測物質的分析信號所需的該物質的小含量或小濃度，是表征和評價(jia) 分儀(yi) 器檢測能力的基本指標。

重複性(repeatability)——又稱重複性誤差。重複性誤差是指儀(yi) 器在操作條件不變的情況下，多次分析結果之間的偏差。

精密度——是指多次重複測定同一量時各次測定值之間彼此相符合的程度，表示測定過程中隨機誤差的大小，一般用標準偏差表征。

儀(yi) 器的準確度（accuracy）——是指在一定測量條件下，多次測定的平均值與(yu) 真值相符合的程度，表示儀(yi) 器的指示值接近真值的能力。儀(yi) 器的準確度有稱度，簡稱精度。

分辨率(resolution)——又稱分辨力或分辨能力，是指儀(yi) 器能區分開鄰近示量值的能力。

穩定性——是指在規定的工作條件下，儀(yi) 器保持其計量特性不變的能力。分析儀(yi) 器的穩定性，主要是指分析儀(yi) 器響應值隨時間的變化特性。穩定性可用噪聲和漂移來表征。

線性範圍——是指校正曲線所跨越的大線性區間，用來表示對被測組分含量或濃度的適應性。儀(yi) 器的線性範圍越寬越好。

線性度——又稱線性度誤差或非線性誤差，一般是指儀(yi) 表的輸出曲線與(yu) 相應直線之間的大偏差，用該偏差與(yu) 儀(yi) 器量程的百分數表示。