一、概述

 KZCH-II型快速自動測氫儀，主要適用于測定煤炭及其它固體物料中有機物中氫的含量，是煤炭、電力、冶金、焦化產(chǎn)品等部門的實驗必備儀器， 同時在化工、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控制，并由微機對測試數(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，自動化程度高，觸摸鍵盤輸入各種數(shù)據(jù)、打印機打出最終結(jié)果，體積小，重量輕等特點，是目前實驗室較理想的測氫儀器,同時亦可測碳.。

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 終點電流＜70mA

6、測定時間：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，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，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，降到終點電流(70mA)時，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：為電解時間。

 由于該儀器以法拉弟定律為設(shè)計原理依據(jù)，利用庫侖積分儀，采用定量量化技術(shù)和微機控制等先進(jìn)技術(shù)可直接顯示氫的質(zhì)量毫克數(shù)，打印機打印出三種氫值，若試樣重為G(mg)，可按下式計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，電機正轉(zhuǎn)，帶動送樣棒向前推進(jìn)試樣，推進(jìn)到300℃處時，送樣機構(gòu)碰動微動開關(guān)，這一信號送入計算機，微機使電機停轉(zhuǎn)，并延時30秒，然后進(jìn)到500℃處，送樣機構(gòu)又碰動另一微動開關(guān)，該信號送入計算機，微機使電機停轉(zhuǎn)，并延時2分鐘，然后計算機發(fā)出信號，使電機正轉(zhuǎn)帶動送樣棒繼續(xù)向前推進(jìn)試樣，推進(jìn)到850℃處，送樣機構(gòu)又碰動另一微機開關(guān)，該信號送入計算機，微機使電機停轉(zhuǎn)，并延時10分鐘，然后發(fā)出信號，使電機反轉(zhuǎn)，帶動送樣棒將盛放試樣的盤拉出到原來的位置后，電機停轉(zhuǎn)，報警器報警提示，以表示測試的全過程結(jié)束，打印機打印出測試數(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(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干燥

瓶組成，其功能是凈化經(jīng)過燃燒后的氧氣。

   （3）流量計  玻璃管浮子氧氣流量計，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、無顯著震動和強電磁場

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、實驗前的準(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，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，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，取少量晶體放在瓷器中，在電爐上緩緩加熱至驟然分解，得疏松銀灰色殘渣，收集在磨品瓶中備用，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

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，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，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，先做一至二個廢樣，以平衡電解池狀態(tài)。

（6）廢樣做完后，做氫空白實驗，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，并按動空白鍵，九分鐘后瓷舟自行拉出，記下第一個空白值，再做第二個，仍記下值。直至相鄰二個空白值相差不超過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）實驗完畢后，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，慢慢向左向里旋動毛刷，注意旋動到引線即可，再慢慢地向右向外旋動毛刷退出，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，流量計顯示80ml/min，開啟電源，按下涂抹鍵，60分鐘后電解至終點，若不到終點，可再按涂膜鍵，繼續(xù)涂膜，直到終點（電解池≤70mA），到達(dá)終點后，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，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廢樣以平衡系統(tǒng)。

7、注意事項：

   （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，堵口時間不可過長，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，只需按一下返回鍵即可，若打印結(jié)果需要多份時，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  &