山東新澤儀器生產(chǎn)的S2000型分析儀介紹

一、S2000分析儀用途及應(yīng)用范圍

　　S5000型氣體分析器用于連續(xù)分析CO、CO2、SO2、CH4、NH3等一種氣體在多種氣體混合物中的含量。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：

u 用于大氣及污染源排放等監(jiān)測；

u 用于石油、化工、電站等工業(yè)過程控制；

u 用于農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生和科研等領(lǐng)域；

u 實驗室各種燃燒試驗的氣體含量測定；

u 用于公共場所的空氣監(jiān)測；

二、前言

工業(yè)過程氣應(yīng)用氣體分析儀器基本有以下領(lǐng)域：環(huán)境領(lǐng)域、電力領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、石化領(lǐng)域、水泥領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域等。

現(xiàn)如今由于氣體分析儀在各個領(lǐng)域日益顯示它的重要性，各工業(yè)發(fā)達都在積發(fā)展這種氣體分析儀。氣體分析儀的研究是我國國民經(jīng)濟可維持發(fā)展和頒發(fā)的<大氣污染法>重要技之一，并具有可觀的經(jīng)濟效益和重要的社會意義。

在深入研究污染源氣體在線監(jiān)測集成設(shè)備關(guān)鍵技的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)光學(xué)技以現(xiàn)在檢測理論相結(jié)合，圍繞非分光型氣體分析儀從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面發(fā)展開了深入的研究。在分析國內(nèi)外紅外氣體分析儀現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探索了紅外分析儀器研究的新方法。

虛擬儀器的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它充分利用了計算機強大的軟硬件資源，把計算機技和測量技的結(jié)合起來。本論文研究的是利用虛擬儀器技進行機型機的軟件設(shè)計的紅外氣體分析儀，它通過機的結(jié)合和下位機的結(jié)合，不信具備傳統(tǒng)紅外氣體分析儀的功能還能整體降低儀器的成本。虛擬儀器技應(yīng)用了和紅外分析儀器的數(shù)據(jù)管理能力，儀器測量。

三、分析儀特點

山東新澤儀器有限公司研發(fā)部將美國NicoIet公司的紅外光譜儀加以改進轉(zhuǎn)化成自己的技作為系統(tǒng)的，基于經(jīng)典小二乘法對SO2、、2、CO2、CO混合氣體進行多組分定量分析。此系統(tǒng)檢測靈敏度為10-6級，檢測響應(yīng)時間為秒級。

氣體分析儀硬件系統(tǒng)設(shè)計

鑒于氣體濃度測量在惡劣環(huán)境工作，為了氣體濃度的測量，要求設(shè)計的數(shù)據(jù)采集對多處的采集氣體進行濃度采集并保存于數(shù)據(jù)存儲器中：測量完畢后，可通過機通訊軟件將采集的數(shù)據(jù)通過串行通訊接口載入計算機中，繪制時間-電壓、時間-濃度曲線、保存數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)的分析。

氣體分析儀硬件系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)主要由檢測器、信號放大電路、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、PC機等。功能結(jié)構(gòu)框圖如下:

圖 --- 功 能 結(jié) 構(gòu) 圖

檢測器檢測出來的弱電線號經(jīng)放大和采集器采樣后，再通過多通道模擬開關(guān)送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過RS232接口再送入計算機中。然后送至LDC顯示器。如工業(yè)要用氣體濃度值上下線來連鎖PLC，可以用分析儀后面的RS232、RS485或4～20mA模擬信號連接到工業(yè)工控機。

三、氣體的吸收特征

異核分子結(jié)構(gòu)的氣體對中紅外波段的，具有選擇吸收的特性。利用傅立葉變換紅外光譜儀對常見的八種氣體的吸收光譜進行了測定。

                                  波長

常見的工業(yè)氣體在指紋區(qū)的紅外吸收 光譜

1-CH4   2-CO2   3-CO   4-2   5-   6-SO2   7-C2H4   8-C2H2

從上圖可以看出，其中吸收率處對應(yīng)的波長稱為特征吸收峰值波長，如上圖所示。根據(jù)吸收譜峰值波長與相對強度來確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)曲線包絡(luò)面積或波峰高度確定物質(zhì)濃度。氣體分析儀就是根據(jù)物質(zhì)吸收吸收峰值波長<稱為特征吸收波長>和該處吸收強度來分析物質(zhì)的性質(zhì)和濃度大小。以上圖所示中特征吸收波長為中心波長，以等于或小于上圖半高寬為帶寬，制成的濾光片稱為氣體特征濾光片。

表--不同氣體的特征吸收峰值波長

    事實上，受光學(xué)鍍膜工藝限制，很難使得氣體特征濾光片的譜線與該氣體吸收譜線重合，而且濾光片中心波長越大，對應(yīng)半高寬越大。比如SO2濾光片半帶寬0.21um，而CO2濾光片半帶為0.06um。在大氣中傳播，由于大氣和煙云中存在的水蒸氣、臭氧、二氧化碳等物質(zhì)的分子吸收作用而被衰減，衰減強度與波長有關(guān)。

四、氣體分析儀機軟件設(shè)計

智能氣體分析儀是分析氣體濃度的數(shù)據(jù)處理、測試數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)管理以一身。系統(tǒng)采用模塊設(shè)計方法，將系統(tǒng)功能分成四大模塊：通訊接口模塊、測試模塊、歷史記錄與管理模塊及系統(tǒng)幫助模塊。各模塊又由相關(guān)的子模塊組成，參見下圖所示：

圖 -- 統(tǒng)模塊框圖

數(shù)據(jù)處理模塊由數(shù)據(jù)接口單元、PC機、A/D轉(zhuǎn)換卡和一臺LCD顯示器或打印機組成。接口單元將信號放大，變換成與A/D轉(zhuǎn)換卡相匹配的模擬信號，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算機采樣信號，并顯示在屏幕上，通過紅外氣體分析儀數(shù)據(jù)處理軟件可進行數(shù)據(jù)處理，并打印出相應(yīng)氣體濃度信號，列出數(shù)據(jù)表，還可以進行曲線和數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)系統(tǒng)由采樣單元和分析單位組成，采樣單元與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口配合，通常與儀器聯(lián)機而取得原始測量數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)文件中。分析單元則對數(shù)據(jù)進行分析處理，包括對曲線的各部分做出要的標(biāo)記，然后再把曲線輸出到打印機或制作成圖片文件。

五、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解釋框圖

                                 原理圖

六、展望

    大氣環(huán)境的監(jiān)測與治理是所關(guān)注的熱點問題，相關(guān)監(jiān)測設(shè)備與技研究已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個方面。本文簡單的闡述了污染源氣體在線監(jiān)測設(shè)備，該儀器涉及光學(xué)、電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息融合等多學(xué)科領(lǐng)域，屬于多種高新科技集成的應(yīng)用研究。由于紅外氣體分析儀在地震預(yù)報、石油勘探、大氣物理、礦井、高壓設(shè)備故障診斷、化工過程控制、污染源監(jiān)測、衛(wèi)生、冶金控制及工藝控制等傳統(tǒng)工業(yè)，乃至現(xiàn)在的新技帶頭科學(xué)如生物科學(xué)、微電子學(xué)、新型材料等領(lǐng)域均有著越開越廣泛的應(yīng)用，吸引國內(nèi)外學(xué)者和研究機構(gòu)同角度展開廣泛的研究。希望經(jīng)過學(xué)者們經(jīng)過不懈的研究在不久的將來，開出希望之花，來造福共同的家園！

七、S2000分析儀主要技數(shù)據(jù)

u 量程:小量程為0～50ppm；量程為0～100%（根據(jù)需要確定）；

u 重復(fù)性：≤1%（分辨率：常量：≤0.01%v/v,微量：1ppm）；

u 穩(wěn)定性：點漂移≤±1%F.S/7T；量程漂移≤±1%F.S/7T；

u 線性誤差≤±1%F.S；

u 儀器的響應(yīng)時間：T90≤15s；

u 被測氣體的流量：0.5～3L/min；

u 使用環(huán)境溫度:0～40℃；

u 相對濕度：≤90%；

u 電源:220V±10%；50±0.5Hz150W；

u 測量值輸出:0～20mA;0～10mV;4～20mA；1～5V(按用戶要求提供，在負載600Ω內(nèi)不受負載影響，數(shù)字式顯示。)

u 外形尺寸：450mm×500 mm×220 mm；

u 重量：19.5kg；

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