RU219452U1 - MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER FTIRGAS 22 - Google Patents

MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER FTIRGAS 22 Download PDF

Info

Publication number
RU219452U1
RU219452U1 RU2023109664U RU2023109664U RU219452U1 RU 219452 U1 RU219452 U1 RU 219452U1 RU 2023109664 U RU2023109664 U RU 2023109664U RU 2023109664 U RU2023109664 U RU 2023109664U RU 219452 U1 RU219452 U1 RU 219452U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
gas analyzer
measuring module
analytical
analyzer according
Prior art date
Application number
RU2023109664U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Андреевич Горшков
Владимир Васильевич Шевченко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Евротехлаб"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Евротехлаб" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Евротехлаб"
Application granted granted Critical
Publication of RU219452U1 publication Critical patent/RU219452U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использована для измерений содержания газообразных веществ и их идентификации. Газоанализатор многокомпонентный включает корпус, насос, блок питания, процессор, газовый тракт, датчики давления и температуры и измерительный модуль. При этом измерительный модуль включает штуцеры для входа и выхода газа и аналитические ячейки в виде датчика кислорода и Фурье-спектрометра. Кроме того, газоанализатор многокомпонентный дополнительно содержит блок термостатирования, обеспечивающий возможность обогрева газового тракта и аналитических ячеек измерительного модуля. Преимущества полезной модели заключаются в обеспечении непрерывного отбора и прокачки анализируемой среды через газоанализатор с непрерывным автоматическим и одновременным измерением содержания компонентов, таких как SO2, NO, NO2, CO, HF, HCl, NH3, N2O, СО2, CH4, СН2О, включая H2O и О2, и осуществлении непрерывного экологического и технологического контроля. The utility model relates to analytical instrumentation and can be used to measure the content of gaseous substances and their identification. The multicomponent gas analyzer includes a housing, a pump, a power supply unit, a processor, a gas path, pressure and temperature sensors, and a measuring module. In this case, the measuring module includes fittings for gas inlet and outlet and analytical cells in the form of an oxygen sensor and a Fourier spectrometer. In addition, the multicomponent gas analyzer additionally contains a temperature control unit that provides the possibility of heating the gas path and analytical cells of the measuring module. The advantages of the utility model are to ensure continuous selection and pumping of the analyzed medium through the gas analyzer with continuous automatic and simultaneous measurement of the content of components such as SO 2 , NO, NO 2 , CO, HF, HCl, NH 3 , N 2 O, CO 2 , CH 4 , CH 2 O, including H 2 O and O 2 , and the implementation of continuous environmental and technological control.

Description

Заявленная полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использована для измерений содержания газообразных веществ и их идентификации. Газоанализатор многокомпонентный FTIRGAS 22 может применяться в различный отраслях промышленности таких, как металлургия, производство строительных материалов, легкая и пищевая промышленность, химическая и нефтехимическая промышленность, машиностроение и электроэнергетика, для контроля качества технологических процессов, мониторинга концентрации газов в воздухе рабочей зоны для охраны труда персонала, а также для контроля за количеством выбросов парниковых газов в атмосферу.The claimed utility model relates to analytical instrumentation and can be used to measure the content of gaseous substances and their identification. The multi-component gas analyzer FTIRGAS 22 can be used in various industries such as metallurgy, production of building materials, light and food industries, chemical and petrochemical industries, mechanical engineering and power industry, for quality control of technological processes, monitoring of gas concentrations in the air of the working area for personnel protection, as well as for monitoring the amount of greenhouse gas emissions into the atmosphere.

Из «Уровня техники» известен корреляционный анализатор газов, который содержит оптически связанные модулятор, корреляционную и сравнительную кюветы, оптическую систему и блок приемника излучения, а также блок синхронизации и блок обработки сигналов, управляющий вход которого через блок синхронизации связан с модулятором. Кроме того, в него введены блок опорного излучателя, оптически связанный с модулятором, а также разделительный блок, блок выборки-сравнения и блок управления, при этом выход блока приемника излучения соединен с входом разделительного блока, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами блока выборки-сравнения и блока обработки сигналов, выход блока выборки-сравнения через блок управления связан с управляющим входом разделительного блока, а его управляющий вход подключен к блоку синхронизации (см. патент РФ № 2035717 С1, опубл. 20.05.1995, кл. МПК G01N 21/61).A gas correlation analyzer is known from the Prior Art, which contains an optically coupled modulator, correlation and comparison cuvettes, an optical system and a radiation receiver unit, as well as a synchronization unit and a signal processing unit, the control input of which is connected to the modulator through the synchronization unit. In addition, it includes a reference emitter unit optically connected to the modulator, as well as a separation unit, a sampling-comparison unit and a control unit, while the output of the radiation receiver unit is connected to the input of the separation unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the sampling-comparison unit and the signal processing unit, the output of the sampling-comparison unit is connected through the control unit to the control input of the separation unit, and its control input is connected to the synchronization unit (see Fig. patent of the Russian Federation No. 2035717 C1, published on May 20, 1995, IPC class G01N 21/61).

Также из «Уровня техники» известен мультисенсорный газоанализатор, который содержит средство отбора проб, устройство обнаружения, аналитический процессор, выпускную часть и источник питания. Средство отбора проб включает пробоотборную головку и обеспечивает предварительную обработку пробы газа, помимо отбора пробы газа, дополнительно осуществляет регулирование давления, снижение температуры, удаление пыли, удаление жидкости. Средство отбора проб выполнено с возможностью стабилизации газовой фазы и/или фильтрации определенного компонента; устройство обнаружения обеспечивает измерение. Аналитический процессор обрабатывает информацию, полученную от мультисенсорного устройства обнаружения, с помощью программного обеспечения для обработки данных и выводит информацию о компонентах. Питание подается от аккумулятора. Комбинированная аналитическая система выполняет качественный и/или количественный мультисенсорный анализ с использованием технологии многоэлементного анализа (см. патент CN 101587068 B, опубл. 28.03.2012, МПК: G01N 21/35; G01N 25/66; G01D 21/02).Also known from the "Prior Art" is a multi-sensor gas analyzer, which contains a sampling tool, a detection device, an analytical processor, an exhaust part and a power source. The sampling means includes a sampling head and provides pre-treatment of the gas sample, in addition to sampling the gas, additionally performs pressure regulation, temperature reduction, dust removal, liquid removal. The sampling means is configured to stabilize the gas phase and/or filter a specific component; the detection device provides the measurement. The analysis processor processes the information received from the multi-sensor detection device with the help of data processing software and outputs information about the components. Power is supplied from the battery. The combined analytical system performs qualitative and/or quantitative multi-sensor analysis using multi-element analysis technology (see patent CN 101587068 B, publ. 03/28/2012, IPC: G01N 21/35; G01N 25/66; G01D 21/02).

Техническая проблема заключается в том, что известные устройства имеют ограничения по типу и количеству одновременно анализируемых газообразных соединений не способны функционировать в непрерывном режиме.The technical problem lies in the fact that the known devices are limited in the type and number of simultaneously analyzed gaseous compounds and are not able to operate in a continuous mode.

Задачей настоящей полезной модели является решение вышеуказанной технической проблемы.The objective of the present utility model is to solve the above technical problem.

Технический результат заключается в обеспечении непрерывного отбора и прокачки анализируемой среды через газоанализатор с непрерывным автоматическим и одновременным измерением содержания компонентов, таких как SO2, NO, NO2, CO, HF, HCl, NH3, N2O, СО2, CH4, СН2О, включая H2O и О2, и осуществлении непрерывного экологического и технологического контроля.The technical result consists in ensuring continuous selection and pumping of the analyzed medium through the gas analyzer with continuous automatic and simultaneous measurement of the content of components such as SO 2 , NO, NO 2 , CO, HF, HCl, NH 3 , N 2 O, CO 2 , CH 4 , CH 2 O, including H 2 O and O 2 , and the implementation of continuous environmental and technological control.

Технический результат обеспечивается тем, что газоанализатор многокомпонентный включает корпус, фильтр, распределённый блок, насос, блок питания, плата, газовый тракт, датчики давления и температуры и измерительный модуль. При этом измерительный модуль включает штуцеры для входа и выхода газа и аналитические ячейки в виде датчика кислорода и Фурье-спектрометра. Кроме того, газоанализатор многокомпонентный дополнительно содержит блок термостатирования, обеспечивающий возможность обогрева газового тракта и аналитических ячеек измерительного модуля и возможность анализа газов с высоким содержанием паров воды.The technical result is ensured by the fact that the multicomponent gas analyzer includes a housing, a filter, a distributed unit, a pump, a power supply unit, a board, a gas path, pressure and temperature sensors, and a measuring module. In this case, the measuring module includes fittings for gas inlet and outlet and analytical cells in the form of an oxygen sensor and a Fourier spectrometer. In addition, the multicomponent gas analyzer additionally contains a temperature control unit that provides the possibility of heating the gas path and analytical cells of the measuring module and the possibility of analyzing gases with a high content of water vapor.

В соответствии с частными случаями осуществления устройство может иметь следующие особенности.In accordance with particular cases of implementation of the device may have the following features.

Газоанализатор выполнен с возможностью подачи анализируемого газа на штуцер для входа и его прохождения в Фурье-спектрометр через датчик кислорода, при этом измерительный модуль включает три объединенных штуцера для входа, образующих обогреваемый коллектор, и один штуцер для выхода газа.The gas analyzer is configured to supply the analyzed gas to the inlet fitting and pass it to the Fourier spectrometer through the oxygen sensor, while the measuring module includes three combined inlet fittings forming a heated manifold, and one gas outlet fitting.

Насос в виде насоса эжекционного типа установлен в измерительном модуле, который также содержит обогреваемую линию для сброса газа и датчики давления и температуры.The pump in the form of an ejection type pump is installed in the measuring module, which also contains a heated gas discharge line and pressure and temperature sensors.

Аналитические ячейки выполнены с возможностью передачи измерительных сигналов на персональный компьютер.Analytical cells are configured to transmit measurement signals to a personal computer.

Газоанализатор выполнен с возможностью функционирования с пробоотборным зондом и пробоотборной линией, обеспечивающей возможность транспортировки газовой пробы от пробоотборного зонда до входа газоанализатора и поддержания температуры газовой пробы выше точки росы по воде или кислотной точки росы.The gas analyzer is configured to operate with a sampling probe and a sampling line that provides the possibility of transporting a gas sample from the sampling probe to the gas analyzer inlet and maintaining the gas sample temperature above the water dew point or acid dew point.

Газоанализатор выполнен в виде измерительного модуля, обеспечивающего возможность его установки в газоаналитический шкаф.The gas analyzer is made in the form of a measuring module, which makes it possible to install it in a gas analytical cabinet.

Датчик кислорода выполнен в виде ячейки на основе диоксида циркония, а Фурье-спектрометр содержит интерферометр Майкельсона.The oxygen sensor is made in the form of a cell based on zirconium dioxide, and the Fourier spectrometer contains a Michelson interferometer.

Два штуцера для входа выполнены с возможностью подачи на них поверочной газовой смеси.Two fittings for inlet are made with the possibility of supplying a calibration gas mixture to them.

Сущность настоящей полезной модели поясняется следующими иллюстрациями:The essence of this utility model is illustrated by the following illustrations:

Фиг. 1 - схема пневматического подключения газоанализатора, в соответствии с частным случаем его выполнения;Fig. 1 - diagram of the pneumatic connection of the gas analyzer, in accordance with a particular case of its implementation;

Фиг. 2 - схема получения спектров;Fig. 2 - scheme for obtaining spectra;

Фиг. 3 - функциональная схема процесса измерения кислорода.Fig. 3 is a functional diagram of the oxygen measurement process.

Газоанализатор многокомпонентный 1 включает корпус, в котором установлены насос 2, блок питания переменным током, платы для обработки измерительной информации, газовый тракт и измерительный модуль 3, содержащий штуцеры для входа 4 (отсчитывая сверху - Вход 1, Вход 2 и Вход 3) и выхода газа 5 и аналитические ячейки в виде датчика кислорода 6 и Фурье-спектрометра 7. Датчик кислорода 6 выполнен в виде ячейки на основе диоксида циркония, а Фурье-спектрометр 7 содержит интерферометр Майкельсона.The multicomponent gas analyzer 1 includes a housing in which a pump 2, an AC power supply, boards for processing measurement information, a gas path and a measuring module 3 are installed, containing fittings for inlet 4 (counting from the top - Inlet 1, Inlet 2 and Inlet 3) and gas outlet 5 and analytical cells in the form of an oxygen sensor 6 and a Fourier spectrometer 7. The oxygen sensor 6 is made in the form of a cell based on zirconium dioxide, and the Fourier- spectrometer 7 contains a Michelson interferometer.

Кроме того, газоанализатор многокомпонентный 1 дополнительно содержит блок термостатирования, состоящий из нагревательных элементов заключенных в термоизолирующий материал, обеспечивающий возможность обогрева газового тракта и аналитических ячеек измерительного модуля 3. Для сохранения представительности пробы и проведения корректного анализа предусматривается обогрев всех элементов газоанализатора 1, контактирующих с пробой до температуры на 15-20°С выше уровня кислотной точки росы (как правило, от +185°C до +220°C), включая аналитические ячейки газоанализатора 1.In addition, the multicomponent gas analyzer 1 additionally contains a temperature control unit, consisting of heating elements enclosed in a thermally insulating material, which provides the possibility of heating the gas path and analytical cells of the measuring module 3. To preserve the representativeness of the sample and conduct a correct analysis, all elements of the gas analyzer 1 in contact with the sample are heated to a temperature of 15-20°C above the level of the acid dew point (usually from +185°C to +220°C), including the analytical cells of the gas analyzer 1.

Газоанализатор 1 выполнен с возможностью подачи анализируемого газа на штуцер для входа 4 и его прохождения в Фурье-спектрометр 7 через датчик кислорода 6, при этом измерительный модуль 3 включает три объединенных штуцера для входа 4, образующих обогреваемый коллектор, и один штуцер для выхода газа 5.The gas analyzer 1 is configured to supply the analyzed gas to the inlet fitting 4 and its passage to the Fourier spectrometer 7 through the oxygen sensor 6, while the measuring module 3 includes three combined inlet fittings 4 forming a heated manifold, and one fitting for the gas outlet 5.

Насос 2 выполнен в виде насоса эжекционного типа и установлен в измерительном модуле 3, который также включает обогреваемую линию для сброса газа и датчики давления 8 и температуры 9. Способ отбора пробы - принудительный, за счет эжекторного насоса 2, встроенного в измерительный модуль.The pump 2 is made in the form of an ejection type pump and is installed in the measuring module 3, which also includes a heated line for gas discharge and pressure sensors 8 and temperature 9. The sampling method is forced, due to the ejector pump 2 built into the measuring module.

Газоанализатор 1 может быть выполнен с пробоотборным зондом 10 с подогревом и фильтрующим элементом 11 и пробоотборной линией (в качестве конструктивных элементов). Пробоотборный зонд 10 предназначен для отбора проб анализируемого газа из газоходов и труб, в том числе проб с высоким содержанием паров воды, взвешенных частиц и коррозионных компонентов, фильтрации взвешенных частиц. Пробоотборная линия обеспечивает транспортировку газовой пробы от пробоотборного зонда 10 до входа газоанализатора 1 и поддерживает температуру пробы выше точки росы по воде или кислотной точки росы. Газоанализатор 1 с пробоотборным зондом 10 и пробоотборной линией могут применяться в качестве газоаналитических измерительных каналов автоматизированных информационно-измерительных систем контроля промышленных выбросов (АИС).The gas analyzer 1 can be made with a heated sampling probe 10 and a filter element 11 and a sampling line (as structural elements). Sampling probe 10 is designed for sampling the analyzed gas from gas ducts and pipes, including samples with a high content of water vapor, suspended particles and corrosive components, filtering suspended particles. The sampling line transports the gas sample from the sampling probe 10 to the inlet of the gas analyzer 1 and maintains the sample temperature above the water dew point or acid dew point. The gas analyzer 1 with the sampling probe 10 and the sampling line can be used as gas analytical measuring channels of automated information-measuring industrial emissions control systems (AIS).

Два штуцера из трех для входа 4 выполнены с возможностью подачи на них поверочной газовой смеси из баллона с поверочной газовой смесью 12.Two of the three fittings for inlet 4 are made with the possibility of supplying a calibration gas mixture to them from a cylinder with a calibration gas mixture 12.

Газоанализаторы обеспечивают выполнение следующих функций:Gas analyzers provide the following functions:

- непрерывное измерение содержания определяемых компонентов в анализируемой газовой среде;- continuous measurement of the content of the determined components in the analyzed gaseous medium;

- сбор, обработку, визуализацию, хранение полученных данных, представление полученных результатов в различных форматах;- collection, processing, visualization, storage of the obtained data, presentation of the results in various formats;

- передачу по запросу накопленной информации на внешние средства фиксации данных (удалённый компьютер, сервер, АСУ ТП, и др.) по интерфейсу Modbus TCP или опционально (4-20) мА.- transmission upon request of the accumulated information to external means of data fixation (remote computer, server, process control system, etc.) via the Modbus TCP interface or optionally (4-20) mA.

В таблице приведены технические параметры газоанализатора.The table shows the technical parameters of the gas analyzer.

ТаблицаTable ПараметрParameter ЗначениеMeaning Газоанализатор (газоанализатор многокомпонентный FTIRGAS 22)Gas analyzer (multicomponent gas analyzer FTIRGAS 22) Напряжение питания переменным током от сетиMains AC supply voltage 230 (±10%), В230 (±10%), V Максимальная потребляемая мощность газоанализатораMaximum power consumption of the gas analyzer 3,0 кВт3.0 kW Максимальная потребляемая электрическая мощность пробоотборного зонда и пробоотборной линииMaximum electrical power consumption of sampling probe and sampling line 17 кВт17 kW КорпусFrame Материал - листовая сталь, порошковая окраска.
Габариты - в зависимости от исполнения
Защита - IP 30 или IP 54 кВт (в зависимости от варианта исполнения)
Масса - до 300 кг, в зависимости от варианта исполнения
Material - sheet steel, powder coating.
Dimensions - depending on version
Protection - IP 30 or IP 54 kW (depending on version)
Weight - up to 300 kg, depending on the version
Температура окружающей средыAmbient temperature Для достижения максимальной точности необходима термостабилизация измерительного модуля ±1,0°СTo achieve maximum accuracy, thermal stabilization of the measuring module is required ± 1.0 ° С Измерительный модуль (ИК-Фурье спектрометр)Measuring module (IR-Fourier spectrometer) Кожухcasing Материал - листовая сталь, порошковая окраска.
Габариты (Ш × В × Г), мм - 610 × 590 × 450
Защита - IP 30,
Масса - до 67 кг в зависимости от конфигурации
Material - sheet steel, powder coating.
Dimensions (W × H × D), mm - 610 × 590 × 450
Protection - IP 30,
Weight - up to 67 kg depending on the configuration
Напряжение питания переменным током от сетиMains AC supply voltage 230 (±10%), В 230 (±10%), V МощностьPower до 450 Втup to 450 W Режим работы Working mode 100% времени (непрерывный)100% of the time (continuous) Температура окружающей средыAmbient temperature От +15°C до +25°C,
относительная влажность - до 80 %
Для достижения максимальной точности необходима термостабилизация ± 1,0°C
From +15°C to +25°C,
relative humidity - up to 80%
Thermal stabilization of ± 1.0°C is required for maximum accuracy
Спектральный диапазон, см-1 Spectral range, cm -1 800-7500 800-7500 Рабочая область спектра, см-1:Spectrum working area, cm -1 : 800-7500 800-7500 Спектральное разрешение, см-1:Spectral resolution, cm -1 : 0,5-8,0 0.5-8.0 Температура измерительной ячейкиMeasuring cell temperature до 220°C, стандартно 190°Cup to 220°C, typ. 190°C Длина светового пути в измерительной ячейкеLight path length in the measuring cell стандартно ~ 4.8 метровstandard ~ 4.8 meters Светоделительbeam splitter KBr с покрытием на основе Ge или BaF2KBr coated with Ge or BaF2 Стеклаglass BaF2 или KBrBaF2 or KBr Источник излученияRadiation source Высокотемпературный металлокерамический или MSTHigh temperature cermet or MST ДетекторDetector Пироприемник DLATGS или LiTaO3Pyro receiver DLATGS or LiTaO3

В газоанализаторе 1 реализована конструкция, основанная на принципах Фурье-спектрометрии. Принцип измерения концентрации компонентов газа основан на поглощении различными веществами инфракрасного света. Инфракрасный луч проходит через измеряемый газ, при этом происходит снижение его интенсивности в результате поглощения на определённой длине волны, что служит индикацией концентрации данного вещества. Схема реализации принципа спектроскопии приведена на фиг. 2. Инфракрасный свет сначала отражается сферическим зеркалом, расположенным на входном участке аналитической ячейки, и передаётся на второе зеркало. Благодаря изменяемому числу отражений тремя зеркалами длина пути света достигает 5 м. Инфракрасный свет выводится в блок излучения после последнего отражения сферическим зеркалом на выходном участке.The gas analyzer 1 implements a design based on the principles of Fourier spectrometry. The principle of measuring the concentration of gas components is based on the absorption of infrared light by various substances. An infrared beam passes through the gas to be measured, and its intensity decreases as a result of absorption at a certain wavelength, which serves as an indication of the concentration of this substance. The scheme for implementing the principle of spectroscopy is shown in Fig. 2. Infrared light is first reflected by a spherical mirror located at the input section of the analytical cell and transmitted to the second mirror. Thanks to the variable number of reflections by the three mirrors, the light path is up to 5 m.

Основным элементом оптической схемы Фурье-спектрометра 7 является двухлучевой интерферометр Майкельсона, состоящий из полупрозрачного светоделителя и двух плоских зеркал. Фурье-спектрометр 7 позволяет получать информацию о спектральном составе ИК-излучения и, следовательно, об оптических свойствах исследуемых образцов газа.The main element of the optical scheme of the Fourier spectrometer 7 is a two-beam Michelson interferometer, consisting of a semitransparent beam splitter and two flat mirrors. The Fourier spectrometer 7 makes it possible to obtain information about the spectral composition of IR radiation and, consequently, about the optical properties of the studied gas samples.

Схема получения спектров показана на фиг. 2. Излучение от излучателя падает на полупрозрачную поверхность светоделителя и расщепляется на два пучка. После отражения от соответствующих зеркал интерферометра излучение двух пучков складывается на светоделителе и направляется на детектор, преобразующий его в электрический сигнал. Если одно из зеркал двухлучевого интерферометра Майкельсона перемещать, то оптический путь для соответствующего пучка будет изменяться, и в точке приёма интенсивность излучения будет меняться вследствие интерференции пучков, отражающихся от подвижного и неподвижного зеркала.The spectrum acquisition scheme is shown in Fig. 2. Radiation from the emitter falls on the translucent surface of the beam splitter and is split into two beams. After reflection from the corresponding mirrors of the interferometer, the radiation of the two beams is added at the beam splitter and directed to the detector, which converts it into an electrical signal. If one of the mirrors of the two-beam Michelson interferometer is moved, then the optical path for the corresponding beam will change, and at the receiving point the radiation intensity will change due to the interference of the beams reflected from the moving and stationary mirrors.

Зависимость регистрируемого сигнала I(x) от оптической разности хода пучков в интерферометре x называется интерферограммой. Максимум сигнала интерферограммы соответствует нулевой разности хода, так как в этом случае все спектральные составляющие излучения пучков приходят в точку приёма в фазе. Интерферограмма содержит информацию о спектральном составе излучения. Спектр интенсивности S(σ) получается с помощью обратного Фурье-преобразования интерферограммы:The dependence of the recorded signal I(x) on the optical beam path difference in the interferometer x is called the interferogram. The maximum of the interferogram signal corresponds to zero path difference, since in this case all the spectral components of the beam radiation come to the receiving point in phase. The interferogram contains information about the spectral composition of the radiation. The intensity spectrum S(σ) is obtained using the inverse Fourier transform of the interferogram:

где σ - волновое число, xmax - максимальная оптическая разность хода. Спектр интенсивности зависит от спектра излучателя, спектральных характеристик элементов оптической схемы Фурье-спектрометра 7 и детектора.where σ is the wave number, x max is the maximum optical path difference. The intensity spectrum depends on the spectrum of the emitter, the spectral characteristics of the elements of the optical scheme of the Fourier spectrometer 7 and the detector.

Спектр пропускания, рассчитывается как отношение спектра интенсивности излучения, прошедшего через образец S(σ), к спектру интенсивности излучения, падающего на образец S0(σ):The transmission spectrum is calculated as the ratio of the intensity spectrum of the radiation transmitted through the sample S(σ) to the intensity spectrum of the radiation incident on the sample S 0 (σ):

и является характеристикой, зависящей только от свойств исследуемого образца, пропускание обычно выражают в %. Из величины пропускания можно определить оптическую плотность:and is a characteristic that depends only on the properties of the sample under study, the transmission is usually expressed in%. From the transmission value, you can determine the optical density:

В химических приложениях оптическую плотность обычно рассчитывают как десятичный логарифм, в физических - как натуральный.In chemical applications, optical density is usually calculated as a decimal logarithm, in physical applications - as a natural one.

Если выполняется закон Бугера-Ламберта-Бера, то из величины пропускания может быть рассчитан показатель (коэффициент) поглощения a из соотношения:If the Bouguer-Lambert-Beer law is satisfied, then from the transmission value, the absorption index (coefficient) a can be calculated from the ratio:

Для образца в виде плоскопараллельной пластины, материал которой отличается от окружающей среды по коэффициенту преломления, показатель поглощения рассчитывают из соотношения, учитывающего многократные отражения от поверхностей образца:For a sample in the form of a plane-parallel plate, the material of which differs from the environment in terms of the refractive index, the absorption index is calculated from the ratio that takes into account multiple reflections from the sample surfaces:

где R - коэффициент отражения от поверхности образца.where R is the reflection coefficient from the sample surface.

Измерения кислорода выполняют с помощью ячейки из диоксида циркония. Внутри этой ячейки измеряемый газ отделяется от эталонного (атмосферного воздуха), проходя через циркониевую мембрану. В зависимости от парциального давления кислорода ионы кислорода проникают через эту мембрану, создавая разность потенциалов.Oxygen measurements are made using a zirconia cell. Inside this cell, the measured gas is separated from the reference (atmospheric air) by passing through the zirconium membrane. Depending on the partial pressure of oxygen, oxygen ions penetrate this membrane, creating a potential difference.

Применяемый датчик кислорода 6 включает выпуск 13, электролизёр 14 с прокачкой электролита, создающего в измерительной ячейке 15 постоянную концентрацию кислорода, эталонную среду 16 и нагреватель 17. Благодаря известной зависимости сигнала от концентрации, достигается высокая точность измерения. Функциональная схема процесса измерения кислорода приведена на фиг. 3.The applied oxygen sensor 6 includes outlet 13, electrolyzer 14 with electrolyte pumping, which creates a constant oxygen concentration in the measuring cell 15, reference medium 16 and heater 17. Due to the known dependence of the signal on concentration, high measurement accuracy is achieved. The functional diagram of the oxygen measurement process is shown in FIG. 3.

Газоанализатор 1 формирует измерительный сигнал с учётом всех необходимых компенсаций. Измеренные данные передаются по протоколу Modbus TCP, или выводятся на мониторе персонального компьютера, или в виде аналогового выходного сигнала (4-20) мА. Управление газоанализатором может быть осуществлено посредством персонального компьютера.The gas analyzer 1 generates a measuring signal, taking into account all the necessary compensations. The measured data is transmitted via the Modbus TCP protocol, or displayed on a personal computer monitor, or as an analog output signal (4-20) mA. The gas analyzer can be controlled by a personal computer.

В соответствии с частным случаем выполнения, газоанализатор 1 выполнен в виде модуля, обеспечивающего возможность его установки в газоаналитический шкаф. При этом газоанализатор 1 является частью измерительной системы, которая включает следующие основные компоненты:In accordance with a particular case of execution, the gas analyzer 1 is made in the form of a module that makes it possible to install it in a gas analytical cabinet. In this case, the gas analyzer 1 is a part of the measuring system, which includes the following main components:

- аналитический шкаф с панелью управления (персональным компьютером с сенсорным экраном);- analytical cabinet with control panel (personal computer with touch screen);

- пробоотборный зонд 10;- sampling probe 10;

- обогреваемый пробоотборная линия;- heated sampling line;

- отвод газа: трубопровод из ПТФЭ (дополнительно: нагреваемый выпускной трубопровод);- gas outlet: PTFE pipeline (optional: heated exhaust pipeline);

- обогреваемый коллектор позволяет производить параллельный отбор пробы на другие анализаторы;- the heated collector allows to make parallel sampling on other analyzers;

В соответствии с частным случаем выполнения и использования, внутри промышленного шкафа (c защитой IP 54) для аппаратуры размещён модуль газоанализа (с защитой IP30), вентилятор охлаждения с решёткой (с защитой IP54) и коммутационное оборудование. Измерительный модуль навешивается внутрь шкафа на 4 винтах, для удобства монтажа в его конструкции предусмотрены две ручки (сверху кожуха) и прорезь-углубление снизу. На двери размещено окно для персонального компьютера с сенсорной панелью управления. Сверху в шкаф подводится электро- и пневмопитание, защита кабельных вводов обеспечена с помощью применения в конструкции промышленных герметичных штатных сальников (IP68).In accordance with the particular case of execution and use, inside the industrial cabinet (with IP 54 protection) for equipment there is a gas analysis module (with IP30 protection), a cooling fan with a grill (with IP54 protection) and switching equipment. The measuring module is hung inside the cabinet with 4 screws; for ease of installation, its design has two handles (on top of the casing) and a slot-recess at the bottom. On the door there is a window for a personal computer with a touch control panel. Electricity and pneumatic supply is supplied to the cabinet from above, cable glands are protected by using industrial sealed regular glands (IP68) in the design.

Газоанализатор 1 функционирует следующим образом и реализует следующие функции:The gas analyzer 1 functions as follows and implements the following functions:

- непрерывный отбор и прокачку анализируемой среды через измерительный модуль 3;- continuous selection and pumping of the analyzed medium through the measuring module 3;

- непрерывное автоматическое измерение содержания компонентов одновременно, таких как SO2, NO, NO2, CO, HF, HCl, NH3, N2O, СО2, CH4, СН2О, включая H2O и О2, для осуществления непрерывного экологического и технологического контроля.- continuous automatic measurement of the content of components simultaneously, such as SO 2 , NO, NO 2 , CO, HF, HCl, NH 3 , N 2 O, CO 2 , CH 4 , CH 2 O, including H 2 O and O 2 , for continuous environmental and technological control.

- визуализацию полученных данных с помощью программного обеспечения «FtirMon»;- visualization of the obtained data using the software "FtirMon";

- передача по запросу информации на внешние средства фиксации данных (удалённый компьютер, сервер, АСУ ТП, и др.) по протоколу Modbus TCP или через токовые выходы 4-20 мА (опция).- transmission upon request of information to external means of data recording (remote computer, server, process control system, etc.) via the Modbus TCP protocol or via 4-20 mA current outputs (option).

После включения и прогрева газоанализатор 1 считается готовым к проведению измерений. Измерения содержания определяемых компонентов в анализируемой среде выполняются в непрерывном автоматическом режиме.After turning on and warming up, the gas analyzer 1 is considered ready for measurements. Measurements of the content of the determined components in the analyzed medium are carried out in a continuous automatic mode.

При использовании газоанализатора 1, имеющего канал измерений содержания кислорода с пробоотборным зондом 10 и пробоотборной линией, перед выполнением измерений проводят проверку герметичности. Проверка осуществляется посредством подачи на вход пробоотборного зонда 10 или калибровочный порт, поочередно двух газовых смесей: нулевого газа (азот газообразный в баллоне под давлением по ГОСТ 9293) и ГСО-ПГС О2/N2 со значением объемной доли О2, соответствующим середине диапазона измерений. Результаты проверки считают положительными при выполнении следующих условий: если показания газоанализатора 1 по содержанию кислорода не превышают 0,25 % об. при подаче нулевого газа; если разница показаний газоанализатора и аттестованного значения объемной доли кислорода ГСО-ПГС О2/N2 не превышает 5 % отн. при подаче ГСО-ПГС О2/N2.When using a gas analyzer 1 having a channel for measuring the oxygen content with a sampling probe 10 and a sampling line, a leak test is performed before measurements are taken. Verification is carried out by supplying to the input of the sampling probe 10 or the calibration port, in turn, two gas mixtures: zero gas (nitrogen gas in a cylinder under pressure according to GOST 9293) and GSO-PGS O 2 /N 2 with the value of the volume fraction of O 2 corresponding to the middle of the measurement range. The test results are considered positive if the following conditions are met: if the readings of the gas analyzer 1 in terms of oxygen content do not exceed 0.25% vol. when applying zero gas; if the difference between the readings of the gas analyzer and the certified value of the volume fraction of oxygen GSO-PGS O 2 /N 2 does not exceed 5% rel. when applying GSO-PGS O 2 /N 2 .

Отбор анализируемой среды производится с помощью эжекторного насоса 2, встроенного в измерительный модуль 3 и использующего продувочный воздух под давлением 4 бара. На стороне всасывания к блоку распределения газа модуля газоанализатора 1 имеется 3 штуцера, 1-й подача ПГС, 2-й - выход пробы на дополнительный анализатор, 3-й отбор измеряемого газа через пробоотборный зонд. Неиспользуемые соединения (входы) герметично перекрываются. Отвод газа состоит из смеси продувочного воздуха и измеряемого газа с высоким расходом. Нулевой газ подаётся через соединение «Вход 3». Максимально допустимый расход составляет 600 дм3/ч.The selection of the analyzed medium is carried out using an ejector pump 2 built into the measuring module 3 and using purge air at a pressure of 4 bar. There are 3 fittings on the suction side to the gas distribution block of the gas analyzer module 1, the 1st is the supply of gas, the 2nd is the sample outlet to an additional analyzer, the 3rd is the selection of the measured gas through the sampling probe. Unused connections (inlets) are hermetically sealed. The gas outlet consists of a high flow mixture of purge air and sample gas. Zero gas is supplied through the "Input 3" connection. The maximum allowable flow rate is 600 dm 3 /h.

Анализируемый газ подается на входной штуцер 4, далее по газовому тракту проходит через датчик кислорода 6 и Фурье-спектрометр 7. Все элементы газового тракта, включая аналитические ячейки термостатируются и обогреваются до температуры на 15-20°С выше уровня кислотной точки росы (как правило, от +185°C до +220°C). Давление в измерительном модуле 3 также стабилизировано. Температура и давление контролируются посредством датчиков давления 8 и температуры 9. Измерительные сигналы от аналитических ячеек передаются на персональный компьютер, с установленным программным обеспечением, с помощью которого производится обработка измерительной информации и расчет измеренных значений по градуировочным характеристикам. На боковой стенке измерительного модуля 3 расположены разъем электропитания, кнопка включения, штуцера для градуировки азотом и воздухом, интерфейсы связи с персональным компьютером. На монитор персонального компьютера выводится главный измерительный интерфейс меню программного обеспечения, где отображаются:The analyzed gas is supplied to the inlet fitting 4, then passes through the gas path through the oxygen sensor 6 and the Fourier spectrometer 7. All elements of the gas path, including analytical cells, are thermostatically controlled and heated to a temperature of 15–20°C above the acid dew point level (usually from +185°C to +220°C). The pressure in the measuring module 3 is also stabilized. Temperature and pressure are controlled by means of pressure sensors 8 and temperature 9. Measuring signals from analytical cells are transmitted to a personal computer with installed software, which is used to process the measurement information and calculate the measured values according to the calibration characteristics. On the side wall of the measuring module 3 there is a power supply connector, a power button, fittings for calibrating with nitrogen and air, and communication interfaces with a personal computer. The main measurement interface of the software menu is displayed on the personal computer monitor, which displays:

- определяемые компоненты, установленные для газоанализатора;- determined components installed for the gas analyzer;

- результаты измерений содержания определяемых компонентов;- results of measurements of the content of the determined components;

- диапазоны измерений;- measurement ranges;

- единицы измерений.- units of measurement.

Газоанализатор обладает также рядом достоинств и преимуществ:The gas analyzer also has a number of advantages and disadvantages:

- FTIRGAS 22 - первый российский газоанализатор с «горячим» поточным FTIR анализатором;- FTIRGAS 22 - the first Russian gas analyzer with a "hot" in-line FTIR analyzer;

- Возможность изменения количества измеряемых компонентов и (или) диапазонов измерения без замены прибора;- Ability to change the number of measured components and (or) measurement ranges without replacing the device;

- Точный контроль HF после газоочисток на предприятиях алюминиевой отрасли; Предел обнаружения HF: 0,4 мг/м3 в диапазоне от 0 до 5 мг/м3;- Accurate control of HF after gas cleaning at the enterprises of the aluminum industry; Limit of detection HF: 0.4 mg/m 3 in the range from 0 to 5 mg/m 3 ;

- Измерения парниковых газов, таких как: N2O, СН4 и СО2;- Measurements of greenhouse gases such as: N 2 O, CH 4 and CO 2 ;

- Межсервисный интервал составляет 1 год. Калибровка шкалы требуется не чаще 1 раза в 6 месяцев для большинства измеряемых компонентов.- Service interval is 1 year. Scale calibration is required no more than once every 6 months for most measured components.

Claims (8)

1. Газоанализатор многокомпонентный, включающий корпус, насос, блок питания, процессор, газовый тракт, датчики давления и температуры и измерительный модуль, отличающийся тем, что измерительный модуль включает штуцеры для входа и выхода газа и аналитические ячейки в виде датчика кислорода и Фурье-спектрометра, кроме того, газоанализатор многокомпонентный дополнительно содержит блок термостатирования, обеспечивающий возможность обогрева газового тракта и аналитических ячеек измерительного модуля.1. A multicomponent gas analyzer, including a housing, a pump, a power supply, a processor, a gas path, pressure and temperature sensors, and a measuring module, characterized in that the measuring module includes fittings for gas inlet and outlet and analytical cells in the form of an oxygen sensor and a Fourier spectrometer, in addition, the multicomponent gas analyzer additionally contains a temperature control unit that provides the possibility of heating the gas path and analytical cells of the measuring module. 2. Газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подачи анализируемого газа на штуцер для входа и его прохождения в Фурье-спектрометр через датчик кислорода, при этом измерительный модуль включает три объединенных штуцера для входа, образующих обогреваемый коллектор, и один штуцер для выхода газа. 2. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that it is made with the possibility of supplying the analyzed gas to the inlet fitting and passing it to the Fourier spectrometer through the oxygen sensor, while the measuring module includes three combined inlet fittings forming a heated manifold, and one fitting for gas outlet. 3. Газоанализатор по п. 2, отличающийся тем, что насос в виде насоса эжекционного типа установлен в измерительном модуле, который также содержит обогреваемую линию для сброса газа и датчики давления и температуры. 3. The gas analyzer according to claim 2, characterized in that the pump in the form of an ejection type pump is installed in the measuring module, which also contains a heated line for gas discharge and pressure and temperature sensors. 4. Газоанализатор по п. 3, отличающийся тем, что аналитические ячейки выполнены с возможностью передачи измерительных сигналов на персональный компьютер.4. The gas analyzer according to claim 3, characterized in that the analytical cells are configured to transmit measurement signals to a personal computer. 5. Газоанализатор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью функционирования с пробоотборным зондом и пробоотборной линией, обеспечивающей возможность транспортировки газовой пробы от пробоотборного зонда до входа газоанализатора и поддержания температуры газовой пробы выше точки росы по воде или кислотной точки росы.5. Gas analyzer according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that it is configured to operate with a sampling probe and a sampling line that provides the possibility of transporting a gas sample from the sampling probe to the inlet of the gas analyzer and maintaining the temperature of the gas sample above the water dew point or acid dew point. 6. Газоанализатор по п. 5, отличающийся тем, что он выполнен в виде модуля, обеспечивающего возможность его установки в газоаналитический шкаф.6. The gas analyzer according to claim 5, characterized in that it is made in the form of a module, which makes it possible to install it in a gas analytical cabinet. 7. Газоанализатор по п. 6, отличающийся тем, что датчик кислорода выполнен в виде ячейки на основе диоксида циркония, а Фурье-спектрометр содержит интерферометр Майкельсона.7. The gas analyzer according to claim 6, characterized in that the oxygen sensor is made in the form of a cell based on zirconium dioxide, and the Fourier spectrometer contains a Michelson interferometer. 8. Газоанализатор по п. 2, отличающийся тем, что два штуцера для входа выполнены с возможностью подачи на них поверочной газовой смеси.8. The gas analyzer according to claim 2, characterized in that two inlet fittings are made with the possibility of supplying a calibration gas mixture to them.
RU2023109664U 2023-04-15 MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER FTIRGAS 22 RU219452U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU219452U1 true RU219452U1 (en) 2023-07-18

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU77046U1 (en) * 2008-06-26 2008-10-10 Федеральное Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский военный институт биологической и химической безопасности" Министерства обороны Российской Федерации (ФГОУ СВИБХБ МО РФ) INTERFERENCE GAS ANALYZER
JP2016217985A (en) * 2015-05-25 2016-12-22 横河電機株式会社 Multicomponent gas analysis system and method
RU181296U1 (en) * 2018-03-12 2018-07-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) MULTICOMPONENT LIDAR GAS ANALYZER OF THE MIDDLE IR RANGE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU77046U1 (en) * 2008-06-26 2008-10-10 Федеральное Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский военный институт биологической и химической безопасности" Министерства обороны Российской Федерации (ФГОУ СВИБХБ МО РФ) INTERFERENCE GAS ANALYZER
JP2016217985A (en) * 2015-05-25 2016-12-22 横河電機株式会社 Multicomponent gas analysis system and method
RU181296U1 (en) * 2018-03-12 2018-07-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) MULTICOMPONENT LIDAR GAS ANALYZER OF THE MIDDLE IR RANGE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
https://www.foedisch.org/hot-gas-analysis/, 22.09.2020. *
https://www.hindawi.com/journals/jspec/2015/136516/, 26.06.2016. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109983338B (en) Measurement of Hydrocarbon Fuel gas composition and Properties
Buchholz et al. Absolute validation of a diode laser hygrometer via intercomparison with the German national primary water vapor standard
US6780378B2 (en) Method for measuring concentrations of gases and vapors using controlled flames
CN105628637B (en) A kind of infrared gas analysis method and apparatus of three reference channels
CN107389606A (en) A kind of optical path length analysis method based on tunable semiconductor laser absorption spectrum
CN103675217A (en) Gas detection method and device
CN110057779B (en) Method and device for measuring gas concentration based on temperature automatic compensation TDLAS technology
RU219452U1 (en) MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER FTIRGAS 22
CN201152868Y (en) Relative response calibration system for four polar mass spectra gauge
CN112964834A (en) Calibration method of dynamic calibrator for fixed pollution source
CN111562228A (en) Nitrogen dioxide measuring device and measuring method
CN112697747A (en) Device and method for detecting decomposer, moisture and purity in sulfur hexafluoride gas
Frish et al. Handheld laser-based sensor for remote detection of toxic and hazardous gases
CN116183537A (en) Anti-interference NDIR mixed gas detection method and system based on differential elimination element
Geörg et al. MIR-ATR sensor for process monitoring
CN108535192A (en) LR laser raman gas-detecting device based on Multi-path proportional detection
CN205103155U (en) Gaseous on -line measuring appearance suitable for organic looks
WO1993020429A1 (en) Infrared analyzer for determining the concentration of multiple chemical components in a gas or liquid
CN206740638U (en) A kind of double air chambers of parallel spectrochemical analysis for gases
RU2502967C2 (en) Method of forming spectral database for fourier spectroradiometers
JP3366840B2 (en) Apparatus quality control method and device
CN107238595B (en) Alcohol concentration measuring device and measuring method for closed container
CN109696413A (en) Sample gas chamber, the infrared gas sensor based on QPSO algorithm and atmospheric pressure compensating method
CN212432974U (en) Nitrogen dioxide measuring device
Goldstein et al. Real-Time Optical BTU Measurement of Natural Gas at Line Pressure