NH3分析仪氨逃逸

1.1 NH3分析仪

1.1.1 仪器概述

氨逃逸在线分析仪的核心测量模块（如右图）采用的是目前最先进的TDLAS技术。

TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)是可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称，由于激光二极管采用半导体材料制成，通常又称为可调谐半导体激光吸收光谱技术。

TDLAS技术本质是一种吸收光谱技术，也是通过分析光被气体的选择吸收测得气体浓度。采用发射一束光通过待测气体，在另一端接收，发射器与接收器间的距离确定了光程，测量原理基于比尔定律：

因此可以通过对吸收率的测量来反演吸收分子浓度。

首先选定被测气体某条吸收谱线的频率位置然，后选择相应发射频率范围的激光二极管，设置适宜的温度值以确定激光中心频率，通过注入低频率的锯齿波电流，使激光频率扫描过整条吸收谱线从而获得单线吸收光谱数据，吸收光谱的单线特性可以避免背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰 保证测量的准确性。

1.1.2 技术优势

与传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源不同的是， DLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好) 且波长可调谐的半导体激光器作为光源。因此，DLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点。

n  不受背景气体交叉干扰

半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/106，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。

n  不受粉尘和视窗污染干扰

非分光红外气体分析仪在分析粉尘含量较大的气体时，粉尘和被污染的光学元件会引起气室透光率的变化，而固定波长的光源又无法区别气体和粉尘的吸收，因此无法自动修正粉尘对光学元件的污染影响。而半导体激光的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描过没有气体吸收的区域。当波长位于吸收区域时可测得包含气体和粉尘在内的总透光率T总，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘透光率T粉尘，从而可以准确获得被测气体的透光率T气体 =T总/ T粉尘。DLAS技术通过激光波长扫描技术修正了粉尘和视窗污染对测量的影响。

n  不受被测气体环境参数变化干扰

被测气体环境参数—温度或压力变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。而DLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析，因此可较容易地对温度、压力效应进行修正。为此系统内置了温度和压力自动修正功能，能根据实际测量得到的被测气体温度和压力对气体成分测量值进行自动修正，从而可实现精确的在线气体分析。

综上所述，单线光谱技术、激光波长扫描技术和环境参数自动修正技术使DLAS技术可以被用于实现气体的原位分析，因此比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。并且由于激光气体分析系统省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护标定方便、可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的水平。

1.1.3 技术参数

测量组分:NH3

量程:0-50ppm（按客户需求而定，最低可达0-10ppm）

检测下限:0.1ppm（10米光程）

响应时间:1秒（指仪表的响应时间，而系统响应时间还需要考虑预处理导致的滞后）

校正:出厂设定

气体压力:25—2000mbar

系统漂移:无漂移

模拟量输出:4-20mA

数字通讯接口:RS232

电源:220VAC

吹扫气:仪表级压缩空气

环境温度:-10℃—50℃

伴热温度:200℃

安装方式:在位式

1.2 预处理单元

1.2.1 系统流路简介

本系统的流路主要由测量流路、反吹流路、标定流路及涡旋制冷流路组成，具体流路示意图如下：

 

系统进入测量状态后，电动执行机构带动两通球阀切换到采样气路，在引流泵的作用下，被测气体经由探头杆、，两通球阀、二级过滤器进入NH3模块，NH3模块利用吸收技术（TDLAS）对气体进行分析，得到NH3的浓度（高温热湿法），最后排空。

系统定时会进入校准状态进行自动调零，此时两通球阀切换到校准气路，校准电磁阀打开，在引流泵的作用下，环境空气经过滤器、校准电磁阀后进入气体室，对气体室中残留的被测气体进行吹扫，吹扫干净后，对NH3进行一次调零；系统定时会进入反吹状态对采样探头进行反吹，此时两通球阀切换到反吹气路，反吹电磁阀打开，系统自动控制反吹电磁阀开或关，实现对探头过滤器的反吹。

   

1.2.2 电气控制原理

系统电气连接如图所示：

系统通过接口板上面的单片机对继电器进行控制，再通过继电器对电动球阀和电磁阀进行控制，从而让系统完成一系列的动作。具体运行流程如下节所叙。

注意：图中不包含配电箱电气。

 

1.2.3 系统运行流程

 

 

预热/故障/维护状态：

引流泵停止工作，两通球阀处于反吹状态，避免样气进入，系统停止测量。

该状态包含预热、故障和维护三个子状态。

预热：系统一旦上电，首先进入预热子状态，在此状态下，温控器控制加热器，对探头、伴热管、加热盒进行加热，直至三者的温度均达到设定温度后，系统自动进入测量状态，这个时间一般在半小时以内，如果在一个设定的时间（如1小时）内，温度无法达到，说明加热器存在问题，系统将进入故障子状态。

故障：一旦系统检测到任何一个PT-100出现温控故障，则系统进入故障状态，直至故障解除。

维护：一旦用户按下Mode+ESC组合键，则系统进入维护子状态，直至用户再次按下Mode+ESC组合键退出此状态，此状态可用于系统的维护。

测量状态：

进入测量状态后，系统控制两通球阀切换到采样状态，开启引流泵，开始测量并定时更新测量结果，同时启动自动反吹、自动校准定时器。

校准/反吹状态：

以下情况下，系统进入校准/反吹状态：

自动校准定时时间到，校准又分为调零和量程校准；

自动反吹定时时间到；

手动校准；

进入此状态后，两通球阀切换到校准状态，此时流路被分割为两路，一路为反吹气路，另一路为校准气路。

反吹气路中，系统控制反吹阀进行脉动反吹，如图：

 

校准气路中，以调零为例，调零电磁阀开启，在引流泵的作用下，空气抽入气体室，从而实现NH3的调零。

预校准/反吹状态：

一旦用户在界面上触发预校准（含预调零和量程预校准），则系统切换到预校准/反吹状态，对于预调零，空气被抽入，界面上提供确认校准按钮，按下后进入校准/反吹状态。