3000TA中文.docx
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3000TA中文
3000TA微量氧分析仪
介绍
1.1、概述
TeledyneAnalyticalInstruments的3000TA微量氧分析仪是基于微处理器的测量气体中ppm级O2的分析仪。
本手册只包含通用的3000TA的盘装或架装仪表的内容，这些仪表应用于非危险的室内环境中。
1.2、典型应用
·惰性气体的保护监测；
·空气分离和液化；
·化学反应监测；
·半导体生产；
·石化过程控制；
·质量保证；
·气体分析检验。
1.3、分析仪的主要特点
3000TA微量氧分析仪先进而便于使用，主要特点：
·两行字符显示，微电子驱动，连续的提示和通知操作者；
·大型高亮度显示器，高分辨率、精确的O2读数，从ppm级到25%氧含量；
·不锈钢传感器模块；
·先进的微燃料电池，专门设计用于微量分析，保用期1年，使用寿命达2年；
·通用的宽量程分析应用；
·8位微处理器（CMOS），32KBRAM和128KBROM；
·3个用户可定义的输出范围（0-10ppm到0-25%），能最好地与用户的过程设备匹配；
·用传统的20.9%作空气标定；
·对于给定的测量，自动量程使分析仪自动地选择预置的量程，手动切换允许固定在一个希望的范围内分析；
·两个可调的含量报警和系统故障报警；
·在启动初期和根据命令进行自诊断，连续的电源监测；
·两种RFI防护方法；
·4个模拟量输出：
两个用于测量（0-1vdc和隔离的4-20mAdc）和两个量程定义输出；
·传统的通用的钢制盘装或架装机壳，带有滑出型电气抽屉。
1.4、型号设计
3000TC：
标准型。
3000TC-C：
除标准配置外，还有分立的用于零点和量程气接口和内置的控制阀，控制阀由3000TC控制，与分析仪的操作同步地在气体间切换。
1.5、前面扳（操作接口）
标准的3000TA装在一个坚固的金属壳中，所有的操作和显示都在前面板完成。
见图1-1。
前面板有13个用于操作的按健，1个显示表，1个荧光显示器和1个用于观察流量计的窗口。
功能键：
6个压敏薄膜开关用于切换分析仪的特定功能。
·Analyze：
执行样气中氧含量分析；
·System：
执行与系统相关的任务（在第4节操着中详述）；
·Span：
标定量程；
·Zero：
标定零点；
·Alarms：
设置报警点和属性；
·Range：
设定仪器的3个用户定义的量程范围。
数字输入键：
6个压敏薄膜开关用于输入数据给仪器，通过VFD显示器；
·Left&Right箭头：
在VFD显示器上，对当前显示的功能进行切换；
·Up&Down箭头:
增加或减少显示的当前功能的数值;
·Enter：
将VFD显示顺序地移到下一屏幕，如果无下一屏幕，则切换到Analyze屏；
·Escape：
顺序地将VFD显示移到上一屏，如无上一屏，则切换到Analyze屏。
数显仪：
LED显示器，连续地显示分析结果。
数字显示接口：
VFD显示器是易于使用的人机接口，它显示结果、选项和立即反馈给操作员的信息。
流量计：
用于监测流过传感器的气体流量，范围：
0.2-2.4SLPM。
待机按钮：
待机按钮可以关闭显示和输出，但电路仍运行。
注意：
要彻底关断仪表电源，必须将电缆拔下。
机壳暴露或前门打开时电源仍连接时，要格外注意不要接触电路板。
开门：
用窄工具按下前面板右上方的门锁，可以打开前面板，进而安装微燃料电池。
拆卸电路板需要卸下仪表后面的螺钉，将机芯从机壳中抽出。
1.6、LCD与VFD的区别：
LCD是黑色字符，绿色背景，而VFD是黑色背景，绿色字符，VFD不需要调整对比度。
1.7、后面板（设备接口）
后面板如图1-2所示，包含有气路和电路的输入/输出接口。
有些操作的叙述可能在仪表中没有体现，这里作了简单的描述，详细描述在第3节有关安装中。
电源连接：
通用AC电源。
·气路入和出：
1个输入（必须外部配阀门）和一个放空输出。
·模拟量输出：
0-1Vdc含量输出加上一个01Vdc量程输出，和一个隔离的4-20mAdc加上一个量程输出。
·报警连接：
2个含量报警和1个系统报警。
·RS-232口：
串行接口，用于信号输出和指令输入。
·远程电极：
只用于控制3000TA的外部电磁阀。
·远程量程/零点：
数字输入，用于外部控制分析仪的标定。
·标定接点：
提示外部设备分析仪正在标定，读数不是正在测量的样气值。
·量程接点：
4个分立的，指示量程的继电器接点输出，低、中、高和标定。
·网络I/O：
用于局域网的串行数据通讯。
用于进一步扩展，在此没有用。
·选项：
·标准气接口：
分立的接头，用于零点、量程和样气输入，内部阀门用自于动切换气体。
提示：
2、原理
2.1、介绍
分析仪含有3个系统。
1、微燃料电池传感器；2、样气系统；3、信号处理及显示控制。
样气系统设计用于获取样气并将样气送进分析仪，并保证在进行分析之前不会污染和发生变化。
微燃料电池是一个电化学原电池，他将样气中的氧含量转化为电流信号，此电流信号经处理，显示和控制子系统，简化了分析仪的操作并精确地处理采集的数据。
2.2、微燃料电池传感器
2.2.1、工作原理
3000TA系列采用的氧传感器是一个微燃料电池，是由AnalyticalInstruments设计生产的，是一次性塑封电化学传感器。
燃料电池的有效成分是1个阴极、1个阳极和15%液态KOH溶液。
阳极、阴极被浸没在溶液中，这个电池将化学反应的能量转化为外电路的电流信号，其作用类似于电池。
但是，普通电池与微燃料电池的区别是：
在普通电池中，所有的反应电池都封装在电池中，而在微燃料电池中，其中一个反应介质电池外部的要分析的样气中。
微燃料电池是一个介于电池和纯燃料电池间的。
2.2.2、微燃料电池的结构（anatomy）
微燃料电池是一个直径11/4”高11/4”的柱体，用极为惰性塑料制成，实际上可以放心的置于任何环境或气体中。
尽管他的一端可以渗透过样气中的氧，但是仍被有效的密封。
电池的另一端是含有2个同心金属箔环的接触平面，在传感器体配件中的金属环配有弹簧接点。
图2-1说明了其外部特征。
图2-2是微燃料电池的剖面，说明了其内部结构。
电池的上部是一个Telflon扩散膜，其厚度被精确控制。
扩散膜的下部是氧敏感元件——阴极，表面积几乎达4cm2，阴极有许多孔，以确保上表面被电解液充分的湿润。
阴极镀有惰性金属。
阳极在阴极地下部，由铅制成，适当的设计使参与化学反应的金属最大化。
在电池的底部，即阳极的下面，是一个弹性膜片，设计适应于随着寿命变化的内部体积的变化。
这个弹性保证敏感膜片保持在适当位置，以使电流输出稳定。
从阴极上部的扩散片到阳极下面的弹性底膜片间的空间充满电解液，阴极和阳极浸没在公共的池子中，他们都有一个导体将他们连接到外部接触平面上的接触环上，接触平面在电池的底部。
2.2.3、化学反应
样气经过Teflon膜片扩散，样气中的氧在阴极的表面被还原，半反应式如下：
O2+2H2O+4e-4OH-（阴极）
在电解液的水中，4个电子与一个O2分子结合，产生4个氢氧基。
氧在阴极被还原时，在阳极铅被同时氧化，半反应式如下：
Pb+2OH-Pb2++H2O+2e-（阳极）
（每个被氧化的铅原子中有2个电子被转移，上述阳极反应式中转移发生2次，转移4个电子，以平衡在阴极上的反应。
）
当外部电路被提供时，在阳极表面释放的电子流到阴极表面。
这个电流与到达阴极O2量程比例。
测量这个电流确定混合气中的O2含量。
燃料电池的全反应式是上述两个半反应式的和：
2Pb+O22PbO
这个反应将持续到气体中无氧化铅的成分存在，如：
碘、溴、氯和氟。
燃料电池的输出被如下因素限制：
1、当时电池中的氧含量2、阳极材料量。
无氧存在时，没有电流产生。
2.2.4、压力的影响
为了表示压力增加，则通过扩散膜到达阴极表面的氧含量也增加，导致外电路电流增加，即使样气中的氧含量未变化。
在标定期间保持燃料电池的样气压力（通常是排放压力）也同样重要。
2.2.5、标定特性
保持燃料电池表面的样气压力恒定，则燃料电池外电路的电流只与混合气中O2含量成正比，即是一个线性关系。
如图2-3所示，测量电路不需对非线性进行补偿。
另外，无氧存在时，特性曲线靠近绝对零点（±1ppmO2），所以，调整还是用于补偿由于电池的偏移和电路的偏移（电路零点在上电初始时自动进行）。
2.3、采样系统
采样系统将分析仪后面板输入的气体传送到微燃料电池，根据运行方式不同可能是标准气。
3000TA样气系统设计、安装保证经过样气的气体成分不会发生变化。
样气几乎不会遇到死空间，最小的残余气体空间能影响微量分析。
标准仪表的样气系统包括在后面板的样气入口处和出口处的1/4“
管卡套接头，对于公制系统安装，如果需要提供φ6转换器，装在电池下方的流量计可以观察流过系统的样气或标准气的流量。
图2-4为标准方式下的管路安排和流路框图。
图2-5为流路框图（样气），对于标准仪表，标准气可通过电磁阀，由三通直接接到样气入口。
框图的阴影部分表示出3000TA-C型所附加的部件。
阀门装在仪表内部并由仪表内电路控制。
2、4、电路及信号处理
3000TA采用8031微处理，带有32KBRAM、128KROM进行信号处理。
I/O和分析仪的显示控制功能。
系统电源采用通用电源模块设计可满足任何国家的电源。
图2-6表示出电源和主电路板的位置。
信号处理电路包括：
微处理、A/D、D/A转换器将在主板上，主板装在机壳底部，前置放大器板装在主板的上面，移出后面板后，可抽出这些板。
图2-7为分析仪的电路框图。
有O2存在时，电池产生电流，一个电流电压放大转换器将此电流转换为电压，此电压在第二级放大器中放大。
第二级放大器还对O2传感器的输出进行温度补偿，这个放大电路采用一个热敏电阻，装在电池体上，电阻的阻值随电池体的温度变化而变化。
此变化量与电池的输出成分反比（对应于同样的温度变化）。
这样使信号与温度无关。
第二级放大器的输出送到一个18位的A/D转换器，转换器由微处理器控制。
随前面板输入而变化的数字化含量信号由微处理器控制，相应的控制信号直接显示于报警和通信，同样的数字信号送到12位D/A转换器产生4-20mAdc和0-1vdc模拟含量信号输出和模拟量程ID输出。
电源信号同样被测量，显示异常。
3、安装
3000TA的安装内容包括：
拆包装、安装、气路连接、电路连接、安装燃料电池和系统测试。
3.1、拆包装
分析仪发送时，包括所有安装和运行准备的材料，小心地打开包装，检查有无损坏，如有损坏立即通知运输代理。
3.2、安装分析仪
3000TA适用于室内普通区域使用。
它不能用于任何类型的危险区域。
标准型号设计为盘装型式，图3-1说明了3000TA的标准前面板和安装框。
有4个安装孔。
图号D-62928（在本手册的后面）有关面板外形图。
作为特殊定货，可提供19”架装结构，对于架装形式，1个或2个3000系列分析仪盘装到架装盘上，有关尺寸看附录。
所有的操作控制装在控制面板上，控制面板挂在左边并作为前门折叠，使能安装和拆卸电池块，此门有弹簧支持，当按下门锁时，门将打开，打开角度为900。
半径为7.125英寸见图3-2。
3.3、后盘面连接
图3-3为3000TA的后面图，有气路输入/输出口，电源通迅，数字和模拟含量输出。
标准形式不含有零点和量程气输入口，但可作为选项。
3.3.1、气路连接
在使用仪表之前，要确定仪表是用于增压系统，真空系统和低压系统应用。
检查随机节流阀配件，这个部件含有2个节流阀和1个1/4”直径的管接头。
注意2个13/4”长1/4”直径的管是节流件，它有一个开口端和一个带有小节流孔的闭合端。
没有节点的节流件用于低压和真空系统。
对于高压系统（5-50psi），使用带有节点的节流件。
对于增压系统，使用没有节点的节流件和接头，装到样气入口上，小的环形节流孔将与仪表的后面相背（逆着气流方向），对于压力低于5psig的应用也采用同样的方法。
对于真空应用（5-10inHg），使用无节点的节流件和接头，但是装在排气孔上，小的环形节流孔应向着仪表的后面（逆着气流方向）。
警告：
无节流件时运行仪表可能会导致微燃料电池损坏，
此仪表采用1/4“管接头，对于公制的应用，提供一个φ6mm得适配器，对于安全连接：
1.将管子插入管接头并拧紧螺丝直到管子不能用手自由旋转（这样通常需要增加1/8圈）。
2.用一个扳手使接头稳定，用另一个扳手旋转卡套帽11/4圈。
SampleIn：
在标准型号中，气路连接在SampleIn和Exhaustcut处进行，标准气必须利用相应的阀门和三通连接到样气入口。
气体入口压力应相应的调整，压力应在2-50psig，一旦连接，需保持前面板流量计读数合适（ 0.1-2.4SLPM），对于非增压系统或低压系统（低于2psig），建议采用真空泵。
确切的方案取决于过程。
如果需要大流量来增加系统响应速度，在分析仪入口前面加旁路。
Exhaustout：
排放连接必须符合（constistentwith）构成气体的危险等级，查看各级法律，如果必要，要确保排放管到一个适当控制区域。
ZeroInandSpanIn（可选）
这些是由于输入量程气和零点气的附加接口。
内部有用于自动在标气和样气间切换的电控阀门。
这些阀门完全置于3000TA电路的控制下，只有通过远程标定输入才能远程控制，在下面描述。
压力、流量及安全性方面的考虑与前面叙述的SampleIn接口部分相同。
3.3.2、电气连接
为了安全连接，应确保无裸线伸出连接器，剥线端必须完全插入到端子中，在正常维护中，裸线可能与手、工具或衣服等接触。
主电源：
电源卡插座和保险丝盒在同一部件中，将电源卡的阴插头插入插座即可。
警告：
一旦仪表与电源相连，仪表电路就有电，前面板上的Standby开关只用于将显示和输出关断。
电源电压为85-250vdc，47-63Hz
保险丝安装：
在电源插座右边的保险丝盒，可装美国或欧洲标准的保险丝，在保险丝何未使用时，用一个跳线替代保险丝出厂时未装保险丝，装上适当的保险丝是安装的一部分（有关保险丝的更换见第5部分：
维护）
Analogoutput：
模拟输出：
在仪表的后面有连接4个DC输出信号的端子。
每个输出有两根线，有极性接点。
见图3-4
输出信号是：
0-1vdc（量程%）：
电压随氧含量增加而增加，从对于0ppm的0v到对应满量程的1v。
0-1vdc（量程ID）
0-25v=低量程；0.5v=中间量程；0.75v=高量程；而1v=空气标准量程
4-20mAdc（%量程）
电流随氧含量增加而线性增加，0ppm时对应于4mA，全刻度ppm时对应于20mA〉。
8mA=低量程；12mA=中间量程；16mA=高量程；而20mA=空气标定量程。
报警继电器：
3个报警回路连接端子用于连接内部报警继电器接点。
对于报警类型提供c型触点，每个都有一个常开和常闭触点，仪表的后面板说明了触点连接框图，触点容量3A，250VAC，阴性负载。
见图2-5
域值报警1
可组态为高报警（含量高于域值动作），或低报警（含量低于域值报警）
·可组态为故障或正常；
·可组态为锁存或非锁存；
·可组态为失效；
域值报警2
可组态为高报警（高于域值报警），或低报警（低于域值报警）同域值报警1
系统报警：
电源故障，自检为故障时动作（按·按钮复位关电源，然后再次按·和除System外的其他按钮，重新开始。
数字远程标定输入：
从远程标定控制接受0v（off）或24v（on）输入。
标零：
在+和-段输入5-24v是分析仪进入标零方式。
信号源的任一端可以接地。
加上0-1v电压结束标零方式。
一个同步信号必须相应的打开和关闭外部标零电磁阀。
见3、3、3远程测试连接（3000TA-C可选内部阀自动操作）。
标量程：
在+和-段输入5-24v是分析仪进入标量程方式。
信号源的任一端可以接地。
加上0-1v电压结束标量程方式。
一个同步信号必须相应的打开和关闭外部标量程电磁阀。
见3、3、3远程测试连接（3000TA-C可选内部阀自动操作）。
标定接点：
分析仪处于标定方式时，此继电器触点闭合。
远程标定协议：
为了适当地对3000TA的远程数字输入定时，用户的控制器必须监测CalRelayContact。
当此触点打开时，分析仪处于分析方式，远程标定输入正在被查询，可以送入标零或标量程命令。
当此触点闭合，分析仪正已开始标定，他将忽视标定请求且不记忆这种要求。
一旦送出标定命令并得到响应（触点闭合），可以释放触点。
如果触点持续闭合直至标定结束，则重复标定过程。
例如：
1、测试（CrclcalRelayContact），当CRC打开，送标零命令直到CRC闭合（CRC很快闭合）
2、当CRC闭合，取消标零命令。
3、当CRC再次打开，送标量程命令直到CRC闭合。
4、当CRC闭合，取消标量程命令。
5、当CRC再次打开，完成标定，开始分析样气。
提示：
远程测试连接（3、3、3）提供信号确保标定阀被同步控制，3000TA-C除外。
量程标志继电器：
有4个用于量程标志的继电器触点，前3各继电器用于升序，即低量程安排为量程1标识，中间量程安排为量程2标识，而高量程安排为量程3标识，第4量程为空气标定量程（25%）。
网络I/O：
1个用于局域网协议的串行数字I/O，现在该口还未设置功能，准备用于将来可选功能。
RS-232口：
标准的RS-232通讯口用于将分析仪与计算机终端或其他设备相连，需要标准的9芯D型连接器。
此数字是数字形式的状态信息，2秒钟更换一次，叙述如下：
·含量为ppm级或%级；
·正在使用的量程范围；
·量程；
·何种报警被禁止（AL-Xdisabled）
·何种报警被激活（AL-XON）
每一个状态输出后面跟着是一个回车符并换行。
有3个输出功能已被使用，如表3-1所示
表3-1由RS-232输入的命令
命令
内容
As（Enter）
立即启动一个自动标定量程
AI（Enter）
立即启动一个自动标定零点
At（Enter）
触发输入，停止/启动所有来自RS-232C的状态信息输出，直到再出现at（Enter）。
RS-232协议如表3-2所示
参数
设定
波特率
2400
位
8位
奇偶
无
停止位
1
信息更新
2秒
3、3、3、远程测试连接器
3000TA是单机壳仪表，没有远程测试单元，而用其他方法实现控制外
部采样/标零/表量程阀门。
如图3-6所示：
端子布置
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
结构
匹配电路（如果需要的话）
电磁阀
3
+15VDC
5
+15VDC
电磁阀
9
+15VDC
电磁阀
11
+15VDC
电磁阀
4
采样（ret）
电磁阀2（返回）
6
标零（ret）
电磁阀3（返回）
10
量程（ret）
电磁阀7（返回）
12
放空（ret）
电磁阀4（返回）
图3-6：
远程测试连接
从这些输出的电压定义如下：
OV为关；15V为开。
最大输出电流为100mA（如果同时有2个输出为ON，则每个必须限制在50mA），如果需要更大的电流或不同的电压，可采用中间继电器，功率放大器等匹配电路提供实际需要的电流。
此外，每一个单独的线还有一个串联的FET（厂效应管），常开型，导通电阻5Ω（最坏9Ω），这将限制可获得的电压，取决于所用的负载电阻，见图3-7。
3.4、安装微燃料电池
刚运到的仪表的电池体中未装微燃料电池，使用仪表之前应装上微燃料电池。
一旦用完或电池暴露在空气中时间太长，就需要更换微燃料电池，如果仪表长时间闲置不用时，也应更换电池。
3.5、系统测试
在通电之前应该：
·加查气路连接的完整性和准确性，确定无泄漏；
·检查电气连接的完整性和准确性，确认无暴露的导体。
·确认节流装置已适当的安装（见图3、3、1）。
·检查入口压力在规定的范围内（见3、3、3）。
通电对仪表进行测试：
重复第4节所述的自诊断测试（4、3、5）
4、运行
4.1、介绍
一旦仪表安装完毕，则可根据应用进行组态，应进行如下工作：
·设置系统参数；
·如要求，可设置密码，要求操作员注册；
·如需要，设置和启动一个自动标定周期；
·标定；
·定义三个用户可选的量程，然后选择自动量程还是固定量程；
·设置报警点和报警动作的方式（锁运、故障等）；
在对仪表进行组态势，以下缺省值取作用：
Ranges：
LO=100ppm；MED=1000ppm；HI=10000ppm
AutoRanging：
ON
AlarmRelays：
取消，1000ppm；HI，无故障，无锁运。
Zero：
自动，每0日0小时
Span：
自动，在8.0ppm，每0日0小时
如选择不用密码保护，缺省的密码自动地显示在密码屏上（当启动时），操作员可以通过简单的按Enter进入分析仪的所有功能。
4.2、使用DataEntry和Function按键
DataEntry按钮：
<>按键用于选择VFD显示器上当前菜单上的内容。
选到的项目点亮。
所选的项目包含有可更改的内容时，可用▲▼按钮来增减该项数值。
Enter按钮用于接受VFD显示器上的新的输入，而Escape按钮用于取消任何新的还未被Enter按钮接受的输入。
图4-1显示了通过function按钮操作的功能的层次，分析以上的6个功能按键是：
·Analyze：
这是一个常规的操作模式，分析仪测量样气中的氧含量，显示结果并提示报警条件满足。
·System：
系统功能包括6个子功能，通常是分析仪的内部运行，
·自动标定建立；
·密码安排；
·自测试开始；
·查看软件版本；
·注册；
·显示负值；
·Zero：
用于进行零点标定；
·Span：
用于进行量程标定；
·Alarms：
设置报警点和确定哪个报警激活的取消，HI或LO报警锁定和/或故障。
·Range：
用于设置3个分析量程并可选择自动量程切换或固定量程，通过选择适当的按键，可在任一时间选择任一功能（用了密码保护功能除外），这个手册的顺序是初始条件下的。
每个功能在下述过程中作更详细的描述。
在这一过程中的适当点，对应与操作为VFD屏幕文本，在一个单元格形式下，按键名字显示为斜体。
4.3、系统功能
系统功能的子功能描述如下：
·Auto-cal：
用于定义一个自动标定顺序和/或启动一个自动标定。
·PSWD：
可用标准的ASCⅡ码设定的与数字的密码。
（见安装和更改密码，可用的ASCⅡ字符），一旦一个单一的密码被接受并激活，操作员必须再次输入密码以设定功能来改变仪表的运行，如设定量程和零点，调整报警点或定义分析范围。
密码被接受后，操作员必须注册以激活密码。
这时即可连续操作仪表，不需再输入密码。
只能定义一个密码，仪表的缺省密码是TETAI。
·Log
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