CN114414623A - 一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，利用低成本的电子元器件设计一个结构简单的电子系统，对分析表输出的4‑20mA信号进行处理，在氢气、二氧化碳、甲烷共存的场合中，处理器实时感知甲烷和二氧化碳的含量，并通过计算得出当前含量下的二氧化碳和甲烷含量对氢气测量值的干扰值，并将干扰值抑制掉。这是一种自适应干扰值抑制方案，与在仪表中设置固定干扰值的方法相比，在甲烷、二氧化碳含量变化时，本发明也能准确地测量氢气含量。相对于淘汰现有红外式分析仪并购置工业色谱的方案，本发明的方案成本低廉，只有更换工业色谱总造价的千分之一，并且性能可靠，测量结果完全可以满足生产工艺的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统。
背景技术
在基于煤气化工艺的甲醇合成系统中，合成甲醇的原料气主要成分为一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷，这四种物质的百分含量是至关重要的工艺指标。目前，对这几种物质含量的测量，一般采用在线分析仪器。一氧化碳、二氧化碳和甲烷多采用红外式气体分析仪进行监测，氢气多采用热导式在线分析仪进行监测(下称一氧化碳表、二氧化碳表、甲烷表和氢表)。
热导式氢气在线分析仪的技术已经很成熟，测量精度也比较高，应用范围也很广。但是此类仪表存在一个重要的缺陷，当待测气体中混有甲烷或二氧化碳时，甲烷和二氧化碳会对氢气测量产生严重的影响。例如，当待测气体中氢气实际含量为v时，由于待测气体中存在甲烷，那么在线分析仪测量得到的氢气含量为v+f(CH4％)，f(CH4％)为甲烷对氢气含量的干扰值。这个干扰值并不是一个不变的常数，而是随混合气体中甲烷浓度的变化而变化的。因此，在实际的甲烷合成系统中，使用热导式在线氢气分析仪对原料气中的氢气含量进行监测，所得到的测量结果多是不准确的。当甲烷和二氧化碳含量较高时，氢气含量的测量值误差会超过工艺允许的误差范围。这会对工艺操作人员产生误导，降低甲醇合成的效率。
目前的一些在线分析仪表，如川仪九厂生产的PA200型在线分析仪表，具备干扰值设置功能。仪表维护人员根据现有的工况下的甲烷和二氧化碳的含量，在氢气分析表中设置相应的干扰值，此时氢气分析表得到去除干扰后的测量值，这个测量值是相对准确的。但是，一旦工况发生变化，原料气中的甲烷和二氧化碳含量也随之变化，甲烷和二氧化碳对氢气的干扰值也会变化。若得到准确的氢气测量值，仪表维护人员需要重新输入干扰值。这种去除干扰值的方式，不具有“自适应”性，若要得到准确的氢气含量值，需要不断地手动更改仪表中设置的干扰值。
去除干扰值的一劳永逸的办法是将热导式氢表和红外式二氧化碳分析表、甲烷分析表淘汰，重新购置工业色谱仪。色谱仪中的色谱柱，可以将不同待测成分彻底分开，从根本上解决分成分间互相干扰的问题。工业色谱仪虽然测量精度高，且不存在成分之间的干扰问题，但是与红外或热导式在线分析表相比，其价格较高。一台性能可靠的工业色谱仪的售价一般不低于四台红外或热导式分析仪的总和，特别是在红外或热导式分析表还可以正常工作的时候，就将这些仪表换成色谱仪，这显然提高了生产成本，造成了资源浪费，在经济上是不划算的。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，用于实现干扰值的自适应调节，即根据当前的甲烷和二氧化碳的含量，自动调节氢气监测中的干扰值，自动纠正测量误差，从而提升氢气含量的测量精度。
技术方案：一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，包括甲烷分析表、二氧化碳分析表、信号分配器、A/D转换器、处理器、D/A转换器以及电流驱动单元；所述热导式氢气在线分析仪输出的模拟电信号输入A/D转换器，甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号输入信号分配器；所述信号分配器用于将输入的信号复制成多路信号进行输出，其中一组输出信号输入到A/D转换器，A/D转换器将所述热导式氢气在线分析仪、甲烷分析表、二氧化碳分析表输出的模电拟电信号分别转换为数字信号后输入到处理器；所述处理器根据输入的甲烷和二氧化碳浓度值，首先通过查找表得出甲烷和二氧化碳浓度对所述热导式氢气在线分析仪测量氢气浓度产生的干扰值，然后在采集到的氢气浓度值中扣除所述干扰值，得到准确的氢气浓度值，并输出所述准确的氢气浓度值数字信号到D/A转换器；所述D/A转换器将所述准确的氢气浓度值数字信号转换成模拟电信号后输入电流驱动单元；所述电流驱动单元用于将所述模拟电信号转化为适合远距离传输的4-20mA标准信号送至DCS。
进一步的，所述信号分配器采用的是2*4型信号分配器，信号分配器将复制的一路甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号送至所述DCS。
进一步的，所述热导式氢气在线分析仪、甲烷分析表以及二氧化碳分析表均输出范围在4-20mA的工业标准信号。
有益效果：本发明的一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，利用低成本的电子元器件设计一个结构简单的电子系统，对分析表输出的4-20mA信号进行处理，在氢气、二氧化碳、甲烷共存的场合中，抑制甲烷和二氧化碳对氢气含量测量值的干扰，得到实时准确的氢气含量数值。具体的：
1.处理器实时感知甲烷和二氧化碳的含量，并通过计算得出当前含量下的二氧化碳和甲烷含量对氢气测量值的干扰值，并将干扰值抑制掉。这是一种自适应干扰值抑制方案，与在仪表中设置固定干扰值的方法相比，在甲烷、二氧化碳含量变化时，本发明也能准确地测量氢气含量。
2.目前，若要通过升级仪表设备来达到去除干扰值的目的，一劳永逸的办法是将热导式氢表和红外式二氧化碳分析表、甲烷分析表全部淘汰，重新购置工业色谱仪。但是，将现有的可以工作的热导式和红外式分析仪淘汰，会造成价值几十万元的资源浪费。本发明系统按目前器件的市场价，全部成本可以控制在300元人名币以内，只有上述方案总造价的千分之一，并且性能可靠，测量结果完全可以满足生产工艺的要求。
附图说明
图1为本发明系统的结构框图；
图2为本发明系统的运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，包括甲烷分析表、二氧化碳分析表、信号分配器、A/D转换器、处理器、D/A转换器以及电流驱动单元。
热导式氢气在线分析仪输出的模拟电信号输入A/D转换器，甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号输入信号分配器，以上三台仪表均输出范围在4-20mA的工业标准信号。信号分配器采用的是2*4型信号分配器，将输入的2路信号复制成4路信号进行输出，其中一组输出信号输入到A/D转换器，将复制的另一组甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号送至DCS。A/D转换器将热导式氢气在线分析仪、甲烷分析表、二氧化碳分析表输出的模电拟电信号分别转换为数字信号后输入到处理器。标准的4-20mA信号转化为数字量后，微处理器根据输入的甲烷和二氧化碳浓度值，首先计算出甲烷和二氧化碳浓度对热导式氢气在线分析仪测量氢气浓度产生的干扰值，然后在采集到的氢气浓度值中分别扣除该干扰值，得到准确的氢气浓度值，并输出准确的氢气浓度值数字信号到D/A转换器。D/A转换器将准确的氢气浓度值数字信号转换成模拟电信号后输入电流驱动单元。电流驱动单元用于将模拟电信号转化为适合远距离传输的4-20mA标准信号送至DCS以及显示器。
表1和表2分别给出了若干甲烷和二氧化碳含量对氢气测量值干扰的数据，这两组数据是在重庆川仪九厂生产的某型号氢气分析仪上获取。甲烷或二氧化碳对氢分析仪的干扰值，会因仪表厂商、仪表型号的不同而有所区别，具体的干扰值可通过实验获取。
表1
| 甲烷浓度值(％) | 对氢气的干扰值(％) |
| 5 | 0.971 |
| 10 | 1.566 |
| 15 | 2.341 |
| 20 | 3.116 |
| 25 | 3.891 |
| 30 | 4.666 |
| 35 | 5.441 |
| 40 | 6.216 |
| 45 | 6.991 |
| 50 | 7.766 |
| 55 | 8.541 |
| 60 | 9.316 |
| 65 | 10.091 |
| 70 | 10.866 |
| 75 | 11.641 |
| 80 | 12.416 |
| 85 | 13.191 |
| 90 | 13.966 |
表2
如图2所示，本系统工作时，若当前采样周期内未检测到干扰成分，即甲烷分析表和二氧化碳分析表输出约为0时，则无需进行扣除干扰值的计算，即热导式氢气在线分析仪输出值即为准确信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，其特征在于，包括甲烷分析表、二氧化碳分析表、信号分配器、A/D转换器、处理器、D/A转换器以及电流驱动单元；所述热导式氢气在线分析仪输出的模拟电信号输入A/D转换器，甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号输入信号分配器；所述信号分配器用于将输入的信号复制成多路信号进行输出，其中一组输出信号输入到A/D转换器，A/D转换器将所述热导式氢气在线分析仪、甲烷分析表、二氧化碳分析表输出的模电拟电信号分别转换为数字信号后输入到处理器；所述处理器根据输入的甲烷和二氧化碳浓度值，首先通过查找表得出甲烷和二氧化碳浓度对所述热导式氢气在线分析仪测量氢气浓度产生的干扰值，然后在采集到的氢气浓度值中扣除所述干扰值，得到准确的氢气浓度值，并输出所述准确的氢气浓度值数字信号到D/A转换器；所述D/A转换器将所述准确的氢气浓度值数字信号转换成模拟电信号后输入电流驱动单元；所述电流驱动单元用于将所述模拟电信号转化为适合远距离传输的4-20mA标准信号送至DCS。
2.根据权利要求1所述的热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，其特征在于，所述信号分配器采用的是2*4型信号分配器，信号分配器将复制的一路甲烷分析表和二氧化碳分析表输出的模拟电信号送至所述DCS。
3.根据权利要求1所述的热导式氢气在线分析仪的干扰值自适应抑制系统，其特征在于，所述热导式氢气在线分析仪、甲烷分析表以及二氧化碳分析表均输出范围在4-20mA的工业标准信号。
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