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          激光氣體現場在線分析儀技術


          激光氣體現場在線分析儀技術
          現場在線(in-situ)分析測量工業過程氣體成分含量,在世界工業領域中顯得越來越重要。
          現場在線氣體分析測量也是復雜工業過程和排放最重要的領域之一。特別是用戶對低含量和高精度氣體分析測量的需要,也要求氣體分析儀制造商采用更新、更先進的技術。
          滿足此需要是挪威納斯克公司開發激光氣體現場在線分析儀的主要目的。納斯克公司能提供基于獨特技術、比傳統氣體分析產品更具優越性能的一系列激光氣體現場在線分析儀。
          激光氣體現場在線分析儀開創了工業過程和排放氣體測量新領域。通過先進的固態二極管激光技術、光學解決方案、光譜學和堅固的工業設計等獨特技術,激光氣體現場在線分析儀能工作在無來自其它氣體交叉干擾影響情況下。過程壓力可達5 bar,溫度超過1600℃。
          - 測量原理
          激光氣體現場在線分析儀是光學儀器,從溫度穩定、單模二極管激光器發射激光到發射器直徑方向相對的接收器上。二極管激光器工作在室溫附近。
          傳統在線(on-line)分析儀如紅外(IR)在線分析儀通常受來自其它氣體成分(包括粉塵、水分背景成分等)交叉干擾影響,此問題在探測含量很低時,顯得越來越嚴重。對照采用寬帶光譜過濾的傳統IR紅外在線分析儀,激光氣體現場在線分析儀采用在近紅外光譜范圍內的單線光譜技術。
          單線光譜測量技術基于在近紅外區域內對被測氣體單吸收線的挑選。通過對所選吸收線光譜分析,使得在所選吸收線波長內無其它氣體的吸收線(無交叉吸收干涉)。然后,通過調節二極管激光器溫度和驅動電流,將二極管激光器頻率調整對應到氣體的單吸收線。激光光譜寬度相應調整到比被測氣體單吸收線光譜寬度更窄。通過改變二極管激光器的電流,包含單吸收線的激光波長被掃描發射出來。
          在激光掃描發射期間,作為波長的一個特性,接收單元探測到的光強度將發生變化,且此變化僅僅是來自于激光器與接收器之間光通道內被測氣體分子對光線的吸收。探測到的單吸收線的形狀和尺寸,用來計算發射器和接收器之間的氣體含量。其它氣體的吸收線不會出現在所選波長范圍內,因此不會對單吸收線產生干擾,從而影響氣體含量測量。
          激光氣體現場在線分析儀不受過程氣體中分水、粉塵或視窗上污染物等吸收影響,這是由于氣體含量的計算是基于獨特單吸收線尺寸和形狀,因此實現了更可靠的測量,并減少了維護的需要。
          - 安裝
          由于其小而堅固的機械單元,激光氣體現場在線分析儀很容易安裝。由三個基本單元組成:
          發射單元,帶吹掃、調整機構、DN50安裝
          接收單元,帶吹掃、調整和標定機構、DN50安裝
          電子單元,帶顯示器
          發射和接收單元通過自身法蘭直接裝配到焊接在管道或煙道上的DN50/PN10或PN16法蘭上,也可在它們之間插入帶法蘭閥門(推薦球閥)。安裝時需聯一臺PC電腦到分析儀電子單元上,運行服務軟件來進行。
          光學視窗、不銹鋼法蘭和吹掃機構建立了過程氣體和分析儀的接口。為了防止粉塵和其它污染物在視窗上的聚集,需用干且無油壓縮空氣、氣體(一般為氮氣)或風扇連續吹掃。
          分析儀的調整通過調節發射器和接收器的法蘭來進行。防止在安裝和維護時過程氣體泄露的閥(推薦球閥)可安裝在過程氣體和法蘭之間,這些閥也保護了視窗。
          - 維護
          堅固的工業設計和連續吹掃,使得激光氣體現場在線分析儀維護非常容易、維護工作量相當少(幾乎接近于免維護)。由于無運動部件在儀器中,因此預防性維護有限到只需目測檢查和清潔光學視窗。經驗顯示維護周期通常超過三個月且簡單到只需清潔光學視窗。由于關鍵的參數已被內部檢測,若需在推薦的維護周期以外進行維護,儀器會給出提醒。
          - 標定
          激光氣體現場在線分析儀出廠時已標定好,首次使用無需標定,重標定至少在六個月或幾年以后才需要。由于分析儀所采用的先進技術,標定非常容易。可通過向接收單元內置的“流體通過單元”吹入標定氣進行標定,因此可進行現場在線標定,無需拆下發射和接收單元。標定通過PC來進行,標定過程非常容易——運行在PC中的服務軟件完成全部的計算任務。也可選用標定管離線標定。
          - 輸入和輸出信號
          激光氣體現場在線分析儀提供三種主要氣體含量輸出信號,作為標準信號:
          4-20 mA模擬量輸出測量值、500 Ω Max.,隔離。
          電子單元上的顯示(LCD):氣體含量、光強、警告和錯誤信息
          電子單元上RS 232口
          選項:光纖信號輸出測量值(同步ASCII格式)
          - 服務軟件
          激光氣體現場在線分析儀包含發射器、接收器和電子單元。在安裝、維護和標定時通過RS 232和PC 電腦通訊,也可通過MODEM和PC遠程通訊。分析儀服務軟件特別設計,用來完成所有必須的操作,如設置輸出范圍、氣體溫度和壓力、光通道長度等。
          - 總結
          激光氣體現場在線分析儀具堅固的設計,并采用了目前世界最先進技術。因此適合于高精度排放測量和過程控制應用。包含以下特征:
          連續、現場在線測量
          高靈敏度和高精度
          響應時間一般小于2秒
          可選的測量范圍
          可選的輸出單位
          工作在0.1到5 bar壓力,氣體溫度超過1600℃
          容易安裝
          極少而又簡單的維護需要
          內置吹掃、標定機構
          無需進行氣體采樣預處理
          無其它氣體交叉干擾(不受粉塵、水分、背景成分等影響)
          視窗上粉塵和污物對測量無影響

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