一、概述

 KZCH-II型快速自動(dòng)測氫儀，主要適用于測定煤炭及其它固體物料中有機(jī)物中氫的含量，是煤炭、電力、冶金、焦化產(chǎn)品等部門的實(shí)驗(yàn)必備儀器， 同時(shí)在化工、商檢等單位也有著廣泛的用途。

 本儀器的全部測試過程采用微機(jī)控制，并由微機(jī)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行多種校正和處理，數(shù)字顯示測定物中含氫的毫克數(shù)，并可更換顯示測定的最終結(jié)果單位重量燃燒樣的氫的百分含量，并打印出總氫值。每一試樣時(shí)間約10-15min，測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和度優(yōu)于國標(biāo)GB/T15460-2003。

 該儀器與目前使用的三節(jié)爐燃燒法相比具有測定迅速，結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡單，自動(dòng)化程度高，觸摸鍵盤輸入各種數(shù)據(jù)、打印機(jī)打出最終結(jié)果，體積小，重量輕等特點(diǎn)，是目前實(shí)驗(yàn)室較理想的測氫儀器,同時(shí)亦可測碳.。

二、主要技術(shù)指標(biāo)：

1、測定范圍：氫：0-20％

2、供電電源：220V±10％ 50HZ

3、溫度控制：850℃±10℃ 300℃±10℃

4、電解電壓：涂膜電解電壓：10V

              工作電解電壓：24V

5、電流：電解電流＞500mA 終點(diǎn)電流＜70mA

6、測定時(shí)間：約10-15min 其中在300℃處停留30秒

              在500℃處停留2min 在850℃處停留11.5min。

7、庫侖積分儀的穩(wěn)定性：線性度±0.1％

8、測定允許誤差：氫：＜0.15％ ；碳：≤050%

9、 試樣：粒度＜0.2mm已達(dá)到空氣干燥狀態(tài)的分析煤樣重量約70mg-75mg。

   10、 升溫速度：20℃/min  85min可達(dá)850℃

三、原理

  煤樣在850℃高溫條件下于凈化過的氧氣流中燃燒分解，使氫轉(zhuǎn)化為水，碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，反應(yīng)式如下：

煤＋O2───→CO2↑＋H2O＋SO2＋CL2↑＋…

將燃燒生成的水和二氧化碳在氧氣流的吹動(dòng)下通過涂有五氧化二磷的鉑內(nèi)壁式電解池，在無水分氣體通過時(shí)，電解池內(nèi)阻近無窮大，正負(fù)極之間呈開路狀態(tài)無電流通過。當(dāng)含有水份的氣體通過電解池時(shí)，水立即被五氧化二磷吸收，生成偏磷酸，方程式如下：

H2O＋P2O5───→ 2HPO3

這時(shí)電解池內(nèi)阻減小，流過電解池的電流逐漸增大，通過電解產(chǎn)生反應(yīng)如下：

  陽極：2PO3 ---- 2e ─→ P2O5＋O2↑

  陰極：2H＋+2e ─→ H2↑

流過電解池的電流不得小于600mA。 隨著電解的進(jìn)行，偏磷酸越來越少，電解電流也隨之下降，降到終點(diǎn)電流(70mA)時(shí)，表示電解已結(jié)束，測得電解過程中所消耗的電量， 應(yīng)用法拉弟定律，可計(jì)算出被測定物質(zhì)的質(zhì)量W。

   W＝    ∫0t idt

 式中：F：為法拉弟定律數(shù)數(shù)值為96487庫侖；

     M：為被測物質(zhì)的摩爾質(zhì)量數(shù)：

     n：為參加電極反應(yīng)物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；

     i：為電解電流

     t：為電解時(shí)間。

 由于該儀器以法拉弟定律為設(shè)計(jì)原理依據(jù)，利用庫侖積分儀，采用定量量化技術(shù)和微機(jī)控制等先進(jìn)技術(shù)可直接顯示氫的質(zhì)量毫克數(shù)，打印機(jī)打印出三種氫值，若試樣重為G(mg)，可按下式計(jì)算出各種氫值的百分含量：

 總氫值：H％＝        ×100％

分析基氫值：Had％＝       ×100％－0.1119Mad

                  (         ×100％－0.1119Mad)

干基氫值：Hd％--------------------------------------------------×100％        

                           1－Mad

式中：W：儀器氫顯示數(shù)；(mg)

      G：試樣重量；(mg)

      G1：測定出的氫的空白值；(mg)

      Mad：分析煤樣的水份值；%

      0.1119，將水折算成氫的系數(shù)。

2、程序控制原理

 本儀器全過程采用微機(jī)控制，儀器接通電源后，通過鍵盤，健入日期，試樣重量和氫空白值及分析試樣的水份值，按一下測氫鍵，電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)送樣棒向前推進(jìn)試樣，推進(jìn)到300℃處時(shí)，送樣機(jī)構(gòu)碰動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，這一信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，微機(jī)使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并延時(shí)30秒，然后進(jìn)到500℃處，送樣機(jī)構(gòu)又碰動(dòng)另一微動(dòng)開關(guān)，該信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，微機(jī)使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并延時(shí)2分鐘，然后計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)送樣棒繼續(xù)向前推進(jìn)試樣，推進(jìn)到850℃處，送樣機(jī)構(gòu)又碰動(dòng)另一微機(jī)開關(guān)，該信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，微機(jī)使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并延時(shí)10分鐘，然后發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)送樣棒將盛放試樣的盤拉出到原來的位置后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，報(bào)警器報(bào)警提示，以表示測試的全過程結(jié)束，打印機(jī)打印出測試數(shù)據(jù)。

四、結(jié)構(gòu)

    儀器分為：凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、燃燒轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和電解池等系統(tǒng)組

成，

     1、凈化系統(tǒng)：

    該系統(tǒng)由氣體流量計(jì)(0-100ml/min) ，干燥器、氧氣瓶、凈化爐等組成。氧氣走向示意

   （1） 凈化爐 爐溫800℃，凈化管內(nèi)裝有約300mm的線狀氧化銅，以吸收氧氣中的少量氫氣。

   （2） 干燥器 主要有盛有硅膠、氫氧化鈉、無水高氯酸鎂的三個(gè)干燥

瓶組成，其功能是凈化經(jīng)過燃燒后的氧氣。

   （3）流量計(jì)  玻璃管浮子氧氣流量計(jì)，配有氧氣吸收器，用以調(diào)節(jié)流

速。

  2、控制系統(tǒng)：

    該系統(tǒng)由庫侖積分器、程序控制器和溫度控制器等組成。

  3、燃燒轉(zhuǎn)化系統(tǒng)：

  該系統(tǒng)在一體內(nèi)由燃燒爐、轉(zhuǎn)化爐等組成。本儀器采用燃燒爐、凈化爐和轉(zhuǎn)化爐三爐為一體的緊湊結(jié)構(gòu)，其加熱元件為電阻加熱管，保溫材料采用成型保溫棉塊，以達(dá)到良好的保溫性能和有利于裝配，燃燒管采用不銹鋼

1、氧氣管接頭   2、管接頭    3、不銹鋼燃燒管   4、送樣錐管

5、散熱罩       6、加熱管    7、剛玉護(hù)管       8、保溫棉塊

9、不銹鋼管   10、爐體端蓋  11、爐體外殼      12、接線柱

13、燃燒管固定套  14、玻璃管  15、橡皮塞    16、線狀氧化銅

17、高錳酸銀熱解產(chǎn)物

4、電解池及散熱系統(tǒng)

   電解池是由外徑為Ф10mm的玻璃管，長約150mm，管內(nèi)由兩根Ф0.5mm的鉑絲平行地嵌制而成，電解池外部裝有散熱套。

五、使用條件：

   1、環(huán)境溫度：5℃-35℃

   2、相對濕度<85%

   3、無顯著震動(dòng)和強(qiáng)電磁場

六、安裝與使用方法

   1、儀器的控制器、燃燒爐、電解池及氧氣凈化器等部分的安裝參考圖四所示，安裝時(shí)要使送樣棒和燃燒爐中的燃燒管中心線在一直線上，以使送樣順利，燃燒管與電解池間用硅橡膠管連接，并盡量做到玻璃管口對玻璃管口封接，以防硅橡膠管的腐蝕。

                  圖  四   （正   面）

2、儀器后面安裝如圖五所示，各高溫爐引線應(yīng)接在各對應(yīng)的接線柱上，各熱電偶引線也要對應(yīng)地接好，注意正負(fù)。

3、將控制器上蓋打開，把送棒從控制管左側(cè)孔中插入三角盤上的滑塊孔內(nèi)，用螺釘旋緊固定，進(jìn)行試樣送樣，變動(dòng)控制器與高溫爐之間的距離，使試樣盤中部準(zhǔn)確地送到所規(guī)定的位置，即：300℃處，500℃處，850℃處，然后將上蓋蓋好即可。

4、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)確工作

（1）分別將不銹鋼燃燒管、瓷舟、干燥瓶等器具清洗干凈。

（2）分別裝入適量的試劑，向其中一根玻璃凈化瓶中裝入變色硅膠，瓶口處留有約20-30mm的余量裝脫脂棉，蓋橡皮塞，對其它二根干燥瓶分別裝入氫氧化鈉和無水高氯酸鎂(或無水氯化鈣)，對藥品的要求：變化硅膠（工業(yè)品），氫氧化鈉（GB629-76）化學(xué)純；無水高氯酸鎂二級(jí)，粒度1-3毫米，化學(xué)純。然后向不銹鋼管內(nèi)裝入線裝氧化銅（HGB3438-62）二級(jí)，裝入量約200mm，應(yīng)在爐子的中間部位，二端用

石英毛或硅酸鋁纖維棉堵住，另一端（進(jìn)氣）且?guī)в羞M(jìn)氣管的橡皮塞塞好，燃燒管內(nèi)裝入高錳酸銀的熱解產(chǎn)物、裝入量約140mm長，位置轉(zhuǎn)化爐的后部，靠近接電解池出口端。附高錳酸銀熱解產(chǎn)物的制法，稱取100克高錳酸鉀（分析或化學(xué)純）溶于2升蒸餾水中，另取107.5克硝酸銀（分析或化學(xué)純）先溶于約50ml蒸餾水中，在不斷攪拌下，傾入沸騰的高錳酸鉀溶液中，攪拌均勻，逐漸放冷，靜止過夜生成具有光澤的深紫色晶體，用蒸餾水洗滌數(shù)次，在60℃-80℃干燥4小時(shí)，取少量晶體放在瓷器中，在電爐上緩緩加熱至驟然分解，得疏松銀灰色殘?jiān)占谀テ菲恐袀溆?，未分解的高錳酸銀不宜大量貯存，以免受熱分解，不安全。

（3）將儀器所用引線連接好，接好氣路和電源，經(jīng)檢查無誤的情況下，可開啟電源開關(guān)，待爐溫升至溫度時(shí)

5、操作步驟：

（1）開啟電源開關(guān)，使高溫爐升溫。

（2）打開氧氣開關(guān)，使流量控制在80ml/min，注意：氧氣壓力不要調(diào)的過大，以免瓶塞崩開。

（3）待燃燒爐溫升至500℃時(shí)，按下“涂膜”鍵，觀察電解電流的變化。

（4）待電解電流降至70mA以下時(shí)，按“返回”鍵，若不能快速降低應(yīng)重新按“涂膜”鍵。

（5）在做正式之前，先做一至二個(gè)廢樣，以平衡電解池狀態(tài)。

（6）廢樣做完后，做氫空白實(shí)驗(yàn)，方法是：在瓷舟內(nèi)加入與做樣品的相當(dāng)數(shù)量的三氧化鎢，并按動(dòng)空白鍵，九分鐘后瓷舟自行拉出，記下第一個(gè)空白值，再做第二個(gè)，仍記下值。直至相鄰二個(gè)空白值相差不超過0.05mg，并取出該二次的平均值作為當(dāng)天的氫空白值。

（7）做正式樣：

a. 按“年”鍵，按入四位數(shù)年份；

b. 按“月、日”鍵，按入四位數(shù)月份和日期；

c. 按“水”鍵，按入分析煤樣的水分值（%）；

d. 按“空白”鍵，按入四位數(shù)的空白值，并再次按“空白”鍵。

e. 按“返回”鍵，按入試樣重量二位數(shù)；

f. 打開送樣口，將稱好的試樣放入，并關(guān)閉送樣口；

g. 按“氫”鍵，既可；

h. 試樣燃燒分析完畢后，儀器自動(dòng)抽出瓷舟并打印結(jié)果；

i. 作下一試樣只需按入重量，按“氫”鍵即可；

j. 若更換煤樣，需重新按入水份值，按“水”鍵，按入新的水份值即可。

（8）實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉電源、氣源和電解池末端封閉管。

6、電解池的處理

 電解池作過一至二百個(gè)樣品后，應(yīng)重新處理，否則將直接影響氫值的分析結(jié)果，使氫值偏低，處理方法如下：

   （1）卸下電解池；

   （2）清洗電解池：首先用自來水將其沖洗，然后用小軟毛刷沾上洗衣粉，慢慢向左向里旋動(dòng)毛刷，注意旋動(dòng)到引線即可，再慢慢地向右向外旋動(dòng)毛刷退出，用水沖洗，看鉑絲是否洗亮，如發(fā)現(xiàn)有黒除，可重新用毛刷刷洗直到洗凈，最后用蒸餾水沖洗干凈，再用丙酮沖洗一下，完畢后，用電吹風(fēng)（熱風(fēng)攔）吹干，接著用萬用表電阻擋（10k-1k）量電解池電極，內(nèi)阻應(yīng)量無窮大，表明清洗完好，否則重新清洗。

   （3）配電解液：取10ml或15ml的小量筒，按體積比先盛入3份磷酸（優(yōu)級(jí)純），再盛入7份丙酮，輕搖量筒，筒底應(yīng)有熱量散發(fā)。

   （4）涂膜：將清洗好的電解池粗端傾斜向上，把配好的電解池液向電解池內(nèi)倒，第一次到至電解池長度的1/3（若電解液還向下流，應(yīng)將其放平，用濾紙擦凈流過來的電解液），然后用冷風(fēng)吹干，第二次倒至電解液全部1/2（注意不要流過兩極），再用冷風(fēng)吹干，第三次倒入2/3，用冷風(fēng)吹干，然后用萬用表（1Ω擋）量兩極，如有一定的阻值（幾歐或幾十歐），則涂膜正常，否則重涂。

  （5）裝上涂膜好的電解池，并將冷卻套裝上，使電解池洗端略微向上傾斜。

  （6）電解：打開電路，流量計(jì)顯示80ml/min，開啟電源，按下涂抹鍵，60分鐘后電解至終點(diǎn)，若不到終點(diǎn)，可再按涂膜鍵，繼續(xù)涂膜，直到終點(diǎn)（電解池≤70mA），到達(dá)終點(diǎn)后，可按“月、日”鍵，分別按入單數(shù)和雙數(shù)，再按返回鍵使電解電流能快速降至終點(diǎn)，如此反復(fù)多次，即可使用。至此電解池處理完畢，做正式樣前先分析兩個(gè)廢樣以平衡系統(tǒng)。

7、注意事項(xiàng)：

   （1）將盛有試樣的瓷舟放入石英托盤上后，一定要將錐管蓋擰緊，以防漏氣，影響測試結(jié)果。

   （2）檢查系統(tǒng)的氣密性時(shí)，堵口時(shí)間不可過長，以免內(nèi)部氣壓過大，而引起崩塞現(xiàn)象。

   （3）如需將試樣提前拉出時(shí)，只需按一下返回鍵即可，若打印結(jié)果需要多份時(shí)，可在第一次打印完畢后，按一下打印鍵，便可再得到一份打印結(jié)果。

   （4）打印結(jié)果格式：     年  &