激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀技術(shù)與產(chǎn)品應用

功能和性能

現場(chǎng)在線(xiàn)（in-situ）分析測量工業(yè)過(guò)程氣體成分含量，在世界工業(yè)領(lǐng)域中顯得越來(lái)越重要。
現場(chǎng)在線(xiàn)氣體分析測量也是復雜工業(yè)過(guò)程和排放最重要的領(lǐng)域之一。特別是用戶(hù)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(jìn)的技術(shù)。
滿(mǎn)足此需要是挪威納斯克公司開(kāi)發(fā)激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀的主要目的。納斯克公司能提供基于獨特技術(shù)、比傳統氣體分析產(chǎn)品更具優(yōu)越性能的一系列激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀。
激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀開(kāi)創(chuàng )了工業(yè)過(guò)程和排放氣體測量新領(lǐng)域。通過(guò)先進(jìn)的固態(tài)二極管激光技術(shù)、光學(xué)解決方案、光譜學(xué)和堅固的工業(yè)設計等獨特技術(shù)，激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀能工作在無(wú)來(lái)自其它氣體交叉干擾影響情況下。過(guò)程壓力可達5 bar，溫度超過(guò)1600℃。

- 測量原理

激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀是光學(xué)儀器，從溫度穩定、單模二極管激光器發(fā)射激光到發(fā)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(xiàn)(on-line)分析儀如紅外（IR）在線(xiàn)分析儀通常受來(lái)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(wèn)題在探測含量很低時(shí)，顯得越來(lái)越嚴重。對照采用寬帶光譜過(guò)濾的傳統IR紅外在線(xiàn)分析儀，激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀采用在近紅外光譜范圍內的單線(xiàn)光譜技術(shù)。
單線(xiàn)光譜測量技術(shù)基于在近紅外區域內對被測氣體單吸收線(xiàn)的挑選。通過(guò)對所選吸收線(xiàn)光譜分析，使得在所選吸收線(xiàn)波長(cháng)內無(wú)其它氣體的吸收線(xiàn)（無(wú)交叉吸收干涉）。然后，通過(guò)調節二極管激光器溫度和驅動(dòng)電流，將二極管激光器頻率調整對應到氣體的單吸收線(xiàn)。激光光譜寬度相應調整到比被測氣體單吸收線(xiàn)光譜寬度更窄。通過(guò)改變二極管激光器的電流，包含單吸收線(xiàn)的激光波長(cháng)被掃描發(fā)射出來(lái)（見(jiàn)圖A）。
在激光掃描發(fā)射期間，作為波長(cháng)的一個(gè)特性，接收單元探測到的光強度將發(fā)生變化，且此變化僅僅是來(lái)自于激光器與接收器之間光通道內被測氣體分子對光線(xiàn)的吸收。探測到的單吸收線(xiàn)的形狀和尺寸（見(jiàn)圖A），用來(lái)計算發(fā)射器和接收器之間的氣體含量。其它氣體的吸收線(xiàn)不會(huì )出現在所選波長(cháng)范圍內，因此不會(huì )對單吸收線(xiàn)產(chǎn)生干擾，從而影響氣體含量測量。
激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀不受過(guò)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(xiàn)尺寸和形狀，因此實(shí)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(chǎng)在線(xiàn)分析儀很容易安裝。由三個(gè)基本單元組成：
發(fā)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(fā)射和接收單元通過(guò)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(mén)（推薦球閥）。安裝時(shí)需聯(lián)一臺PC電腦到分析儀電子單元上，運行服務(wù)軟件來(lái)進(jìn)行。
光學(xué)視窗、不銹鋼法蘭和吹掃機構建立了過(guò)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(wú)油壓縮空氣、氣體（一般為氮氣）或風(fēng)扇連續吹掃。
分析儀的調整通過(guò)調節發(fā)射器和接收器的法蘭來(lái)進(jìn)行。防止在安裝和維護時(shí)過(guò)程氣體泄露的閥（推薦球閥）可安裝在過(guò)程氣體和法蘭之間，這些閥也保護了視窗。

- 維護

堅固的工業(yè)設計和連續吹掃，使得激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)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(wú)運動(dòng)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(xué)視窗。經(jīng)驗顯示維護周期通常超過(guò)三個(gè)月且簡(jiǎn)單到只需清潔光學(xué)視窗。由于關(guān)鍵的參數已被內部檢測，若需在推薦的維護周期以外進(jìn)行維護，儀器會(huì )給出提醒。


- 標定

激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀出廠(chǎng)時(shí)已標定好，首次使用無(wú)需標定，重標定至少在六個(gè)月或幾年以后才需要。由于分析儀所采用的先進(jìn)技術(shù)，標定非常容易�？赏ㄟ^(guò)向接收單元內置的“流體通過(guò)單元”吹入標定氣進(jìn)行標定，因此可進(jìn)行現場(chǎng)在線(xiàn)標定，無(wú)需拆下發(fā)射和接收單元。標定通過(guò)PC來(lái)進(jìn)行，標定過(guò)程非常容易——運行在PC中的服務(wù)軟件完成全部的計算任務(wù)。也可選用標定管離線(xiàn)標定。

- 輸入和輸出信號

激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)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(wù)軟件

激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀包含發(fā)射器、接收器和電子單元。在安裝、維護和標定時(shí)通過(guò)RS 232和PC 電腦通訊，也可通過(guò)MODEM和PC遠程通訊。分析儀服務(wù)軟件特別設計，用來(lái)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(cháng)度等。

- 總結

激光氣體現場(chǎng)在線(xiàn)分析儀具堅固的設計，并采用了目前世界最先進(jìn)技術(shù)。因此適合于高精度排放測量和過(guò)程控制應用。包含以下特征：
連續、現場(chǎng)在線(xiàn)測量
高靈敏度和高精度
響應時(shí)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(guò)1600℃
容易安裝
極少而又簡(jiǎn)單的維護需要
內置吹掃、標定機構
無(wú)需進(jìn)行氣體采樣預處理
無(wú)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(wú)影響