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熱重分析儀作為一種典型的分析儀器，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，下面我們就熱重分析儀的工作原理加以說明。
熱重分析儀主要由熱天平、爐體加熱系統(tǒng)、程序控溫系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、稱重變換、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和記錄等幾部分組成，通過計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后打印出測(cè)試曲線和分析數(shù)據(jù)結(jié)果。儀器結(jié)構(gòu)示意圖如圖27-3所示。
分析儀器熱重分析儀主要由天平、爐子、程序控溫系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等幾個(gè)部分構(gòu)成。
熱重法是熱分析方法中使用較多、廣泛的一種。它是在程序控制溫度下測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。因此只要物質(zhì)受熱時(shí)質(zhì)量發(fā)生變化，就可以用熱重法來研究其變化過程，如脫水、吸濕、分解、化合、吸附、解吸、升華等。熱重法已被廣泛地應(yīng)用在化學(xué)及與化學(xué)有關(guān)的領(lǐng)域中。熱重法試驗(yàn)得到的曲線稱為熱重曲線(TG曲線)，TG曲線以質(zhì)量作縱坐標(biāo)，從上向下表示質(zhì)量減少；以溫度(或時(shí)間)作橫坐標(biāo)，自左至右表示溫度(或時(shí)間)增加。熱分析儀器操作簡便、靈敏、速度快、所需試樣量少，而得到的科學(xué)信息廣泛。
通過TGA實(shí)驗(yàn)有助于研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；也有助于研究物質(zhì)的脫水、解離、氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現(xiàn)象。熱重分析通?？煞譃閮深悾簞?dòng)態(tài)(升溫)和靜態(tài)(恒溫)。
用于熱重法的熱重分析儀(即熱天平)是連續(xù)記錄質(zhì)量與溫度函數(shù)關(guān)系的儀器。它是把加熱爐與天平結(jié)合起來進(jìn)行質(zhì)量與溫度測(cè)量的儀器。
熱天平的主要工作原理是把電路和天平結(jié)合起來，通過程序控溫儀使加熱電爐按一定的升溫速率升溫(或恒溫)。當(dāng)被測(cè)試樣發(fā)生質(zhì)量變化，光電傳感器能將質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為直流電訊號(hào)。此訊號(hào)經(jīng)測(cè)重電子放大器放大并反饋至天平動(dòng)圈，產(chǎn)生反向電磁力矩，驅(qū)使天平梁復(fù)位。反饋形成的電位差與質(zhì)量變化成正比(即可轉(zhuǎn)變?yōu)闃悠返馁|(zhì)量變化)。其變化信息通過記錄儀描繪出熱重(TG)曲線。這是一固體熱分解的熱重曲線?？v坐標(biāo)表示質(zhì)量，橫坐標(biāo)表示溫度。TG曲線上質(zhì)量基本不變的部分稱為平臺(tái)，ab和cd，b點(diǎn)表示變化的起始點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度Ti即為變化的起始溫
氧化鋯氧量分析儀（又稱氧化鋯氧分析儀、氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計(jì)、氧化鋯氧量表），主要用于測(cè)量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測(cè)量。在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學(xué)電池（氧濃差電池，也簡稱鋯頭）產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)直接反應(yīng)出煙氣中含氧濃度值。
氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設(shè)置了加熱器。用氧分析儀內(nèi)的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。
參比氣體應(yīng)為干燥清潔無油的空氣（含氧20.60％）。在參比氣側(cè)與被測(cè)氣體側(cè)氧濃度不同時(shí)，氧離子從高的一側(cè)遷移到低的一側(cè)。電池輸出就以對(duì)數(shù)的規(guī)律反應(yīng)出被測(cè)氣體中的氧濃度值。
氧化鋯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器（又稱氧探頭、氧檢測(cè)器）、氧分析儀（又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀）以及它們之間的連接電纜等組成。
傳感器裝置由不銹鋼外殼、測(cè)量電池、加熱器、熱電偶、過濾元件以及電纜接線端子等組成。測(cè)量電池本體分為3層：鉑（電極）─氧化鋯（電解質(zhì)）─鉑（電極）。鉑電極是多孔性的。煙道氣體通過過濾器或校驗(yàn)氣體通過傳導(dǎo)管進(jìn)入測(cè)量電池被測(cè)氣體一側(cè)，而另一側(cè)為參比空氣（含氧20.60％）。
兩種含氧濃度不同的氣體作用在測(cè)量電池，便產(chǎn)生一個(gè)以對(duì)數(shù)為規(guī)律的電勢(shì)（兩側(cè)的氧濃度差愈大，電勢(shì)信號(hào)愈大）。毫伏信號(hào)經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成4－20mA標(biāo)準(zhǔn)電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。
測(cè)量電池的工作溫度設(shè)置為高于650℃-700℃的恒定溫度，為了保持工作溫度恒定，用一支Ｋ型熱電偶測(cè)量電池的工作溫度，經(jīng)氧分析儀內(nèi)的溫度控制器調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓。
當(dāng)測(cè)量煙氣溫度高于700℃時(shí)，傳感器組成中省去加熱器和測(cè)溫?zé)犭娕肌?/p>
為了使測(cè)量電池的工作溫度達(dá)到700℃，氧分析儀接受傳感器中的Ｋ型熱電偶輸出的溫度mV信號(hào)，與微處理器預(yù)置溫度（毫伏）相比較，從而控制電池溫度。氧分析儀采用環(huán)境溫度作為熱電偶冷端比較點(diǎn)。
氧分析儀對(duì)氧傳感器輸入的氧mV信號(hào)進(jìn)行放大，然后將放大的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)氧分析儀預(yù)先校準(zhǔn)或者預(yù)置的氧傳感器測(cè)量電池的特性曲線，微處理器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氧濃度值并顯示在氧分析儀顯示屏上，同時(shí)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性標(biāo)準(zhǔn)模擬電流信號(hào)4－20mA輸出。
氧分析儀在運(yùn)行中連續(xù)不斷地進(jìn)行系統(tǒng)自檢，而通過電纜對(duì)傳感器進(jìn)行溫度控制、過熱保護(hù)和故障監(jiān)督。若有故障出現(xiàn)，在分析儀儀顯示屏上顯示出故障。
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