ULTRAMAT 23 气体分析仪.docx
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ULTRAMAT23气体分析仪
第三章ULTRAMAT23气体分析仪
第一节概述
1.0介绍
ULTRAMAT23气体分析仪一次能够测量四种气体组分：
最多可测量三种红外敏感气体，例如：
CO、CO2、NO、SO2、CH4、R22（氟里昂CHCIF2）以及采用电化学氧气测量单元测量O2。
ULTRAMAT23气体分析仪可应用于烟气排放监测系统以及过程与安全监测。
其信号输送灰控室CRT上。
图3-1ULTRAMAT23气体分析仪
1.1气体分析仪的测量原理
ULTRAMAT23使用了两个相互独立并可选择的测量原理。
Ø红外气体测量：
这种光谱方法是以对非分散性IR辐射的吸收为基础的。
测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。
图3-2红外通道的操作模式
Ø氧含量测量：
氧气传感器是根据一个燃料池的工作原理来工作的。
氧气在阴极与电解液的分界面被转换成电流，并且所产生的电流与氧气的浓度成正比。
`
图3-3氧气测量单元的操作模式
1.2特征
Ø可对分析以进行简单快速地编程和调试
Ø由于使用了环境空气（对于不带氧传感器，也可以用N2）进行自动标定，所以分析仪实际可做到免维护，且在自标定过程中，零点和线性度也都得到标定。
Ø根据实际应用，每1～2个月才需用标定气标定一次
Ø大屏幕且带有背光灯的LCD显示测量值；通过菜单操作实现编程输入、功能测试和标定
Ø在规定的范围内，每种组分可有两个量程；所有量程都是线性的。
自动切换量程带有量程识别功能
Ø自动校正大气压力的波动
Ø气体流量监测；当流量＜1L/min发出低流量报警信号
Ø维护请求报警
Ø可为每种组分的上下限报警任意设置上下限
Ø用于开启/停止样气泵、触发自标定和让几个设备同步的三个二进制输入
Ø用于故障、维护请求、维护切换、设置极限、量程识别以及外部电磁阀的八个继电器输出可自由配置
Ø四个电气隔离的模拟量输入RS485为基本配置，可选：
RS232转换器
Ø通过PROFIBUS-DP/PA接口接入网络
Ø作为服务和维护工具的SIPROMGA软件
Ø八个附加的继电器输出（可选）
Ø八个附加的二进制输出（可选）
1.3技术规范
1.3.1技术数据
表3-1
常用的技术数据
测量组分
最多4个组分，其中三种红外敏感组分外加氧含量
模拟量输出
最多4个，浮空，0/2/4-20mA，线性化
负载
≤750Ω
特点
线性化
显示
带LED背光及对比度可调的
LCD，有各种功能键，80个字符
（4行/每行20个字符）
EMC抗干扰
（电磁兼容性）
满足NAMURNE21（05/93）或者EN50081-1，EN50082-2中的标准要求
使用位置
前面面板垂直
继电器输出
8个，用于例如：
故障，维护请求，设置极限，功能检测，最大负载AC/DC24V/1A1，8个附加的输出（可选）
二进制输入
3个，用于例如：
开启/停止泵，触发自标定和让几个设备同步，8个附加的输入（可选）
串行接口
RS485
预热时间
大约5min2）
自标定功能
自动对分析仪进行标定，循环时间可调（从0
（1）～24小时）
便携式分析仪
（HxWxD）
170mm×465mm×392mm
框架
19″，4个标准高度单元=177mm×483mm
重量
大约10kg
电源
电源
AC100V，﹢10%/﹣15%，50Hz
AC120V，﹢10%/﹣15%，50Hz
AC200V，﹢10%/﹣15%，50Hz
AC230V，﹢10%/﹣15%，50Hz
AC100V，﹢10%/﹣15%，60Hz
AC120V，﹢10%/﹣15%，60Hz
AC230V，﹢10%/﹣15%，60Hz
功率
大约60VA
气体入口条件
样气压力
绝压0.5-1.5bar3）
样气流量
66～120L/h（1.2～2L/min）
样气温度
0～50℃
样气湿度
＜90%RH4，无凝液
环境条件
允许的环境温度
储存和运输过程中：
﹣30to﹢70°C
操作时：
＋5to＋45°C
允许的湿度
储存和运输过程中：
年平均＜90%RH2
允许的压力变化范围
700～1200mbar
1.3.2红外测量的技术数据
干扰变量
有自标定的迁移
可忽略
无自标定的迁移
＜最小量程的2%/
温度
自标定循环时间为3h时，每变化10K时，最大误差为铭牌上最小量程的2%
大气压力
压力改变1%时，＜量程的0.2%，通
过内部压力传感器校正
电源
变化±10%时，＜输出信号范围的0.1%
电源频率
频率变化±5%时，满量程值的±2%
电磁场10V/m，80%振幅调节，
≤最小量程的1%
10kHz-500kHz
≤最小量程的2%
显示延迟（90%时间）
取决于死时间和所选择的衰减
衰减（电气时间常数）
可选范围:
0～99s
输出信号的噪音
＜铭牌上最小量程的1%
显示分辨率
取决于所选择的量程；小数点后的数字位数可以选择
输出信号的分辨率
＜输出信号范围的0.1%
特性
线性化
线性化误差
在最大量程中：
＜满量程值的1%
在最小量程中：
＜满量程值的2%
重复性
≤最小量程的1%
1.3.3氧气测量的技术数据
量程
0～5%或者0～25%O2，参数可以设定
干扰变量
有自标定的迁移
可忽略
无自标定的迁移
暴露于空气中，典型值为1%O2/年
温度
＜0.5%O2/20K,以20°C的测量值为基准
大气压力
压力改变1%时，＜测量值的0.2%
辅助气
以%表示的NH3量程会减少仪器寿命
典型的燃烧废气
干扰＜0.05%O2
输出信号的噪音
＜满量程值的0.05%O2
显示延迟
（90%时间）
取决于死时间和所选择的衰减，但是，当流量大约为1L/min时，不可以＜30s
显示分辨率
＜满量程值的0.2%
输出信号的分辨率
＜输出信号范围的0.2%
使用寿命
测量21%O2时，大约为2年
重复性
＜0.05%O2
1.4结构
1.4.1显示屏和输入面板
图3-4由显示屏和小键盘构成的输入面板
显示为有背景灯照亮的液晶显示屏，它有4行，每行20个字符（5×8点矩阵）并由薄膜覆盖。
显示中一行会显示一个测量组分。
行显示从左到右：
测量值、单位和组分名称。
每行的最后两个位置是用来显示某些分析仪状态的。
它们的含意如下：
ØM：
维护请求
ØF：
有故障
ØL：
超过极限
Ø!
：
故障已被记录在日志中并且不再存在
ØR：
遥控控制
ØC：
功能控制（分析仪被解码，或者通过RS485串行接口来连接，或者自标定，或者大约在预热模式进行到第30分钟时）
ØP：
泵在运行
ØU：
未编码
1.4.1内部气路
图3-5内部气路
1、样气/标定气的入口
2、自标定气/零气的入口或样气/标定气的入口（通道2）
3、机壳吹扫入口/斩波器吹扫
4、气体出口
5、膜式安全过滤器
6、电磁阀
7、样气泵
8、流量计
9、压力开关
10、取样单元
11、氧气测量单元
12、限流器
13、凝液罐
14、凝液罐
15、红外测量单元
16、带过滤器的凝液罐
17、气体出口
18、气体出口（通道2）
第二节安装
Ø选择一个尽可能没有振动的安装地点。
在操作过程中，必须要确保分析仪的环境温度保持在允许环境温度范围内。
Ø如果要将ULTRAMAT23安装在一个机柜内或台式机架上，那么它就必须要放在支撑滑轨上。
只将分析仪前面的安装螺丝锁住是不够的，因为分析仪的重量可能会让底架承受过量的负荷。
Ø仪器后面面板上的散热片必须要放置在一个有适度空气对流存在的地方。
2.1安装和连接简图
图3-6安装和连接简图
2.1气连接和内部气路
Ø样气路
一个外直径为6mm或者1/4″的管会作为连接设备存在。
管所用的材料：
PE，FPM或者PTFE。
如果样气将会流入到一个排气管路中，请遵守以下几点：
•排气管路的压力必需要是稳定的。
如果不这样，则需使用另外一个独立的排气管路或者是
•在分析仪和排气路之间安装一个衰减容器（＞1L）
•排气管路始终都要以下降梯度方式放置，这样做是因为水会在它里面产生冷凝。
Ø自标定气/零气路径
相对应的气体必需要通过一个细过滤器来吸入。
在自标定气（零气）中，测量气体组分的总量必需要小到可以忽略不计。
特别地，当为CO2量程＜3%的仪器进行一个自标定时，空气必需要通过一个CO2吸收器（例如：
碱石灰）来供给。
Ø斩波器部分吹扫的路径
对于一些特定的CO2量程，斩波器部分要用入口压力为3～3.5bar的干净氮气或者无CO2的合成空气来进行吹扫。
2.2样气处理
样气必须要经过足够的处理以避免对它流经部件造成污染。
ULTRAMAT23通常在下述几种设备之后：
Ø一个带有过滤器的气体取样装置
Ø一个样气冷却器
Ø一个分析过滤器（1～2µm）
Ø一个外部抽气泵（样气路＞20m）（见图3-5）。
根据样气组分的不同，可能需要一些额外的设备，例如：
一个清洗瓶，额外的过滤器和一个减压器。
图3-7样气处理
2.3电气连接
警告
在电气安装过程中必须要遵守以下规定：
各个国家特定的电源系统安装标准中所规定的额定电
压低于1000V（在德国：
VDE0100）。
如果不遵守这些规定，就可能会导致工作人员的死亡、受伤和（或）财产的损失。
Ø电源连接
分析仪上有一个电源插头，它只能由合格人员来连接到电源上。
连接电缆的横截面面积必需要≥1mm2，并且这里所用的保护性接地导线至少要具有与L和N相等的横截面面积。
如果主电缆不是双重绝缘的，则它就必需要和信号电缆分开放置。
在分析仪的附近，必需要提供一个很容易接入并且很容易识别出是属于分析仪的主断路开关。
机架型分析仪已经在仪器的后面面板上安装有一个主断路开关，这个开关始终都要被确保是容易接入的。
检查当地的主电压是否与分析仪标签上所规定的电压一致。
Ø信号电缆的连接
RC元件必须要按照图3-7所示那样连接以作为一个抑制在继电器连接处（例如极限继电器）产生火花的方法。
注意：
RC元件会因某感应组件而导致响应滞后（例如：
电磁阀）。
因此RC元件应该根据以下的经验公式来定大小：
R=RL/2；C=4L/R2L。
下面的值通常就是足够的了：
R=100Ω和C=200nF此外，确保你只使用了一个非极化的电容器C。
当使用直流电时，可能用一个火花抑制二极管来取代RC元件。
图3-8抑制在继电器触点处产生火花的方法
模拟量输入的参考接地电势是机壳电势。
模拟量的输出是波动的，但是却有一个共同的负极。
输入/输出电缆必需要根据针脚分配图连接。
导线的横截面面积应该≥0.5mm2。
接口电缆不可以长于500m。
注意
电缆（除了主电缆）必需要带屏蔽线，并且它们屏蔽物的两端也必需要接地。
注意
24V的电源必需要带有安全电气隔离功能，并且可防止过低电压。
2.4针脚分配
图3-9ULTRAMAT23针脚分配（标准型）
第三节操作
3.1输入键
表3-2
编号
名称
含意
功能
1
MEAS
测量
测量；终止输入操作；退出输入模式（从任何菜单级）；从输入模式切换到测量模式并重新给分析仪编码
2
CAL
自标定
自动标定；用环境空气或氮气进行标定
3
PUMP
泵
启动/停止内部样气泵
4
ESC
退出
在输入模式中：
退回到上一级菜单或取消当前输入或取消标定*
5
↑
向上箭头
增加所选的数值；选择先前的菜单项
6
↓
向下箭头
减少所选的数值；选择之后的菜单项
7
→
向右箭头
将输入光标向右移一位（循环，例如：
当光标到达右缘时，它会将光标设定到左缘）
8
ENTER
输入
在测量模式中：
切换到输入模式在输入模式中：
导入已输入的参数或者调用一个菜单项
如果需要满足特定的要求，输入则会被抑制。
此时一个相应信息会在显示屏上短时间地输出。
3.2模式
分析仪可以处于下列三种操作模式中的一种模式：
Ø预热模式
Ø测量模式
Ø输入模式
图3-10预热模式，测量模式和输入模式
3.2.1预热模式
接通电源之后，ULTRAMAT23会测试各显示元件。
在该测试过程中，
所有的元件同时点亮约5秒钟。
旁边的这个显示框会随后在剩余的预热时间里出现，剩余的预热时间
以秒做倒计时到00:
00（分钟：
秒）
在预热模式过程中，分析仪首先会进行一个自标定。
自标定气体（氮
气或者空气）的流量在底行中显示，标定的剩余时间在它上面显示。
该标定不可中断。
在自标定的最后一分钟，分析仪将切换到用样气进行吹扫阶段。
在吹
扫阶段结束时，分析仪将切换到测量模式；然而，如果分析仪进行了
另外一次自标定，则只有在大约30分钟之后才能获得真正的测量精度，
这时也是预热模式结束之时。
3.2.1测量模式
被测组分以及它们的数值、单位（mg/m3）、vpm或体积百分数在显示屏中同时输出。
分析仪的状态发生一个改变时，相应的字母会出现在最后二列中。
分析仪保持在测量模式下直到进行自动标定（自动，遥控控制或手动）或者直到手动将分析仪切换到输入模式时为止。
3.2.2输入模式
在输入模式中，你可查看仪器的各个参数或者标定和参数化分析仪。
小心：
只能由经过培训的专家，同时在参考本说明手册的情况下才能对分析仪进行标定和/或参数化。
一旦你选择了输入模式，那么出现的第一个菜单就是主菜单，它显示4
条菜单项。
你可以通过它们来选择ULTRAMAT23的各个输入功能：
Ø分析仪状态
你可以调用子菜单，它会提供有关分析仪状态的信息，例如：
日志的各款项，诊断数据和工厂数据。
Ø标定
你可以使用标定气体来标定分析仪的零点和灵敏度
Ø参数你可以使分析仪的功能满足于你的具体应用，例如：
通过改变输入极限、量程和时间常数
Ø配置你可以定义分析仪接口的分配等等，例如，继电器和当前各输出的分配
3.2.2.1密码等级
ULTRAMAT23提供有二个密码等级以防止未授权或者无意的输入。
当你第一次调用一个有密码保护的功能时，分析仪会要求你输入已经设置好的三位数密码。
注意
一旦你熟练掌握ULTRAMAT23的操作之后，你应该修改密码。
工厂设定的最低等级（1级）密码为“111”，较高一级（2级）密码为“222”。
下述功能受到1级密码保护：
Ø菜单“分析仪状态”中的对话框“日志/故障”和“维护请求”，子菜单“状态”。
Ø菜单“标定”
Ø菜单“参数”
Ø下述功能受到2级密码保护：
Ø菜单“配置”
注意
如果分析仪要求你输入1级密码，你可以输入2级密码来代替，解开2级密码的同时1级密码也被解开。
一旦较高密码等级（2级密码）被解开时，1级密码也会自动地被解开。
3.2.2.2键操作步骤
本节通过一个实例来说明如何用键来操作分析仪。
分析仪处于测量模
式中。
Ø通过按下ENTER键来从测量模式切换到输入模式。
你首先进入主菜单，光标在第一行左边的字符“A”处闪烁。
Ø你可用↑和↓键将光标设定在每行的开始处，光标的移动为循环式移动，也就是说，如果你将光标移动到显示屏的顶边以上，它就会重新出现在显示屏的底行上，反之也一样。
Ø通过按下ENTER键来调用相应的菜单项。
当你按下↓键两次时，光标会位于“P”处。
Ø此时通过按下ENTER键来调用子菜单“参数”。
接着会出现旁边这个显示框，你会被要求在这里输入1级密码。
Ø你可以用↑和↓键来改变光标所指处的密码数值。
Ø用→键移到下一个密码位置，这个功能也是循环进行的，当你将光标移出密码的最后一个位置时，它又会重新出现在密码的第一个位置上。
Ø通过按下ENTER键来关闭密码输入。
Ø再次按下ENTER键则调用子菜单“量程”
Ø此时选择组分1到4，随后所设定的各量程将分别与它们相对应，一共可有4种组分存在。
Ø
如果你的分析仪根据相应要求配置过，则你可以通过按下↑或↓键来
选择另一个组分，例如在本实例中选择组分3。
Ø按下ENTER键，分析仪将提供其它的菜单项，你可通过按↑和↓键来对它们进行选择。
Ø按下ENTER键，进入所选定的功能中。
在该实例中，在选择功能“切换CO量程”之后会出现旁边的显示。
第一行包含有标题，第二行包含有参数并且它的值可以被修改，光标位于该行。
只有补充信息才会显示在第三行和第四行中。
若要切换量程，
方法如下：
Ø按下ENTER键
Ø光标跳到量程数字上，你可用↑和↓键中的一个键来修改该数字。
Ø当你再次按下ENTER键时，量程的修改将会被导入并且你同时返回到起始行。
你不能在这个过程中进行任何其它的设定。
若要这么做，你就必须要
重新退出这个菜单显示。
方法如下：
Ø按下ESC键，在菜单次序中你便返回一级菜单。
Ø按下MEAS键，这之后你有以下几种可能性：
用ENTER键处理先前的菜单项，或用↑或→和ENTER键返回到测量模式，这样做就会导入你在最后解码操作之后所做的所有修改，或用↓和ENTER键返回到测量模式，这样做修改不会被导入。
一旦你在分析仪上进行了上述次序的练习，那么你就已经熟练掌握了操作ULTRAMAT23的很多重要要点。
3.2.2.3使用ESC键
你可以按下ESC键来触发二种不同的功能：
第一，你可以取消一个已开始的过程，例如：
Ø一个数值的输入
Ø用标定气体进行的一个标定过程
Ø如果发生一个故障，例如：
流入分析仪的样气流消失，任何一个功能。
第二，可用ESC键退回到子菜单中的较高一级菜单
（“卷回”）。
这个过程与用ENTER键选择子菜单的过程相反（“向前卷动”），如果你反复按动ESC键，那么就会一步步地返回到主菜单。
如果在主菜单中你再次按动ESC键，则分析仪从输入模式切换到测量模式。
3.3分析仪状态
3.3.1分析仪状态菜单
在该菜单中，你可通过其它菜单项来调用ULTRAMAT23的状态信息
3.3.2分析仪状态：
状态：
日志/故障
该对话框显示一个记录了所有故障信息的日志。
每种类型的故障信息
只在日志中出现一次并以字母数字文本的形式输出浏览日志受到一级
密码保护。
你可以：
Ø用→键将记录的所有故障连续显示。
Ø用ENTER键删除正在显示的故障信息，如有下一条故障信息，它会随后出现。
你应删除那些故障原因已被除去的故障信息。
注意
虽然你删除了故障信息，但并没有消除故障原因
Ø当存储的所有故障信息都被显示后，会输出一个相应的文本。
用→键可终止日志的显示。
注意
如果分析仪处于测量模式，当显示屏右缘出现“F”时，你便可识别出发生了一个故障。
显示屏右缘的“！
”表示一个故障已被记录并且当前不再存在。
3.3.3分析仪状态：
状态：
维护请求
该对话框隐含了那些已经记录在日志中的维护请求。
如果某些参数的
值已经达到定义过的极限，那么就会设定一个维护请求，但分析仪仍
能测量（例如：
自标定偏差或O2传感器状态；也可参见本节后面部分）。
相应的信息以字母数字文本的形式输出。
该功能的访问受到1级密码保护。
维护请求列表中的操作（继续、删除）可采取与故障日志中的操作相类似的方法进行。
注意
如果分析仪处于测量模式中，当显示屏的右缘出现一个“M”时，你就可以识别出分析仪发出了一个维护请求。
3.3.4分析仪状态：
状态：
自动标定偏差
该对话框表示了两个自标定过程之间设定点的偏差。
各个参数的含意
如下：
Ø前面二行的文本提供了自标定过程次数的信息，它是自标定参考值被最后设定后分析仪所进行的自标定次数。
Ø
Deviation是实际值与设定点间的测量偏差，它不可以超过设定的最大值。
ØMax.allowed是偏差的最大允许值。
有关设定最大值的问题，该功能专门用于组分。
3.3.5分析仪状态：
状态：
O2传感器状态
由于传感器的老化过程，在它的操作过程中，测量元件的电压会下降。
如果它下降到最小值（5.0mV）时，测量元件就不再可能会产生准确
的信息（故障信息）。
因此，当O2测量元件的电压低于6.0mV（维护
请求）时，就应替换它。
ØReading是O2测量元件的当前电压。
ØMaint.req和Fault是两个最小值，当低于它们时则会输出一个维护请求或一个故障信息。
3.3.6分析仪状态：
诊断值
可以被显示的诊断值为故障排除和调节提供了重要的信息。
你可从该
菜单中选择4个不同的功能组：
3.3.7分析仪状态：
诊断值：
IR诊断值
在该子菜单中，你可调用红外量程的诊断值：
ADU是：
在温度补偿之前，模拟量-到-数字量转换器的电压值和信号
值，这些值需根据相应组分而定。
V-ADCt是：
在温度补偿之后，模拟量-到-数字量转换器的电压值和信
号值。
底行中的T与分析仪部分的温度相对应，TS是IR源的温度（没
有使用IR源.“*****”=无测量值）。
Rawvalues是以满量程值的%（=100%）表示的测量值。
Notlimitedconcen.为测量模式中的数值，即使超过了最大量程的上限和下限，也能在此处大约显示气体的浓度。
负值也可以显示（有效零）。
当前的量程会在本显示的最后两栏中输出。
3.3.8分析仪状态：
诊断值：
O2诊断值
该对话框显示了选择性氧气传感器的诊断值：
ØSensorsig是O2传感器的当前电压（单位为mV）
ØO2是当前氧气值
ØData是O2传感器的安装日期
ØInst.volt是安装O2传感器时，它的电压。
3.3.9分析仪状态：
诊断值：
压力传感器诊断
该对话框显示了压力传感器的诊断值。
显示的各个数值具有以下含意：
ØADUpressure是在A/D转换器输出处测得的压力传感器电压。
ØPressureamb.air为当前的大气压力（单位是mbar）。
3.3.10分析仪状态：
诊断值：
其它诊断值
该菜单通常被用来调用其它诊断功能。
你可调用以下对话框：
电源/IR源
Ø电源：
主电压上的数据是以%各个主电压的标称值来表示的（例如：
100%相当于230V或者120V）。
Ø原始电压：
原始电压是校正之后的电压
Ø光源1，光源2：
IR源电压的数据以伏特为单位，前提是IR源存在。
参考/电桥
Ø参考：
分析仪中电子器件的参考电压。
Ø电桥：
测量电桥的电源电压。
LCD温度
温度会决定显示屏的对比度。
有关LCD对比度的调整
模拟量输出
对于每个被测组分，都会显示它的输出电压值（单位为V，但是由于空
间所限，其没有被标出）以及当前输出量程的起始量程值（0，2或是4mA）和满量程值（20mA）。
3.3.11分析仪状态：
工厂设置硬件
工厂设置是一些在分析仪递送之前就已经设定好的参数，例如：
仪器的
系列号，型号和订货号
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