آنالایزر گاز نوری-آکوستیک لیزری از نوع داخل حفره ای. آنالایزرهای گاز لیزری SITRANS SL آنالایزر گاز لیزری

مشخصه

این دستگاه برای تجزیه و تحلیل گاز عملیاتی هوای اتمسفر با استفاده از طیف‌سنجی لیزری نوری-آکوستیک طراحی شده است.

اصل کار آنالایزر گاز مبتنی بر تولید امواج صوتی در هوا در طول تعامل یک پرتو لیزر مدوله شده با مولکول های ناخالصی گاز است که تابش لیزر را در طول موج معین جذب می کند. امواج صوتی توسط یک میکروفون به سیگنال های الکتریکی متناسب با غلظت گاز جذب کننده تبدیل می شوند. با تنظیم طول موج لیزر و استفاده از داده های طیفی شناخته شده بر روی ضرایب جذب گازهای مختلف، می توان ترکیب ناخالصی گاز شناسایی شده را تعیین کرد.

یکی از ویژگی های متمایز این آنالایزر گاز، ترکیب در یک طرح واحد از یک لیزر CO2 موجبر قابل تنظیم و یک آشکارساز نوری-آکوستیک پمپاژ (OAD) از نوع دیفرانسیل است. OAD در داخل حفره لیزر قرار دارد و با لیزر یک ساختار واحد را تشکیل می دهد. به لطف این، تلفات عناصر نوری کاهش می یابد، قدرت داخل کانال کاری OAD و استحکام کل ساختار افزایش می یابد. آنالایزر گاز از یک لیزر CO2 هدایت موج با تحریک فرکانس بالا (HF) استفاده می کند که به طور خودکار در طول خطوط قابل تنظیم است، که در آن حالت تولید دوره ای پالس با تعدیل توان ژنراتور RF تنظیم می شود که امکان بهینه سازی انرژی را فراهم می کند. مصرف با تنظیم چرخه وظیفه پالس های تحریک. طراحی نوع دیفرانسیل OAD مورد استفاده دارای دو کانال صوتی تشدید کننده است

که در آن امواج صوتی ضد فاز تشکیل می شود، که با معرفی پردازش مناسب، اجازه می دهد تا هنگام عبور هوا از کانال ها، نویز را به حداقل برسانید.

این ویژگی‌های دستگاه منحصربه‌فرد هستند و در کنار هم حساسیت تشخیص بسیار بالایی را برای دستگاه‌های اپتیکال-آکوستیک، سطح کم نویز سخت‌افزاری و مصرف انرژی کلی نسبتاً کم فراهم می‌کنند.

آنالایزر گاز قادر به ثبت حداقل ضرایب جذب ناخالصی های گاز در اتمسفر در جریان گاز در سطح ~ 5 × 10-10 cm-1 با عملکرد بالا ذاتی در روش های نوری تجزیه و تحلیل گاز است. به لطف این ویژگی ها و همچنین توانایی تنظیم طول موج تابش لیزر در ناحیه 9.3 ÷ 10.9 میکرون، آنالایزر گاز امکان اندازه گیری در زمان واقعی غلظت های پایین گازهای جوی و انسانی (در سطح ppb 1 یا کمتر)، مانند C2

H4، NH3، O3، C6، SO2، SF6، N2

O، CH3، CH3، و غیره،

شامل جفت تعدادی مواد منفجره و مواد سمی (در مجموع حدود 100 ماده).

این ویژگی ها امکان استفاده از دستگاه را برای نظارت بر غلظت ترکیبات مولکولی شیمیایی در هوای جو و فرآیندهای تکنولوژیکی، تجزیه و تحلیل هوای بازدمی به منظور شناسایی بیماری های مختلف و غیره فراهم می کند.

اعمال یک اثر

مزایای آشکار روش OA، همراه با استفاده از لیزرهای قابل تنظیم فرکانس پیوسته به اندازه کافی قدرتمند، آن را به ویژه برای حل مسائلی که نیاز به اندازه گیری جذب ضعیف تابش توسط گازهای مولکولی دارند، جذاب می کند. اول از همه، این مربوط به مشکلات آنالیز گاز در غلظت های کم و فوق کم مولکول ها در محیط است.

مقاله در مورد موضوع

ارتباطات سیگنال و وسایل ارتباطی مدرن در اکسپدیشن ها
هشدار ارتباطی اکسپدیشن قطب شمال در هر سفر دریایی یا زمینی، در هر پیاده روی یا پرواز، ممکن است یک وضعیت اضطراری ایجاد شود که در نتیجه شرکت کنندگان آنها تمام تجهیزات، منابع آب، غذا یا بخش قابل توجهی از آنها را از دست خواهند داد. ارتباطات رادیویی مهمترین عنصر...

یک آنالایزر گاز لیزری بسیار حساس برای تجزیه و تحلیل محتوای گازهای ناخالص در نمونه های هوا طراحی شده است. عناصر اصلی تجزیه و تحلیل گاز: یک لیزر CO 2 موجبر، یک سلول نوری-آکوستیک تشدید کننده، و یک کامپیوتر که کتابخانه آن حاوی اطلاعاتی در مورد خطوط جذب 37 گاز است. اطلاعات در مورد حدود تشخیص گاز تجزیه و تحلیل گاز توسعه یافته ارائه شده است. حد تشخیص آمونیاک با خطای 15% 0.015 ppb است.

نیاز به نظارت مداوم بر محتوای تعداد زیادی آلاینده در هوا در مناطق بزرگ با هزینه مناسب و کار، وظیفه تجهیز سرویس کنترل محیطی به آنالایزرهای گازی را که الزامات زیر را برآورده می کند: 1) آستانه تشخیص در سطح حداکثر غلظت مجاز مواد مورد تجزیه و تحلیل؛ 2) گزینش پذیری بالا نسبت به مواد خارجی؛ 3) تجزیه و تحلیل چند جزء؛ 4) کارایی بالا (زمان چرخه اندازه گیری کوتاه در هنگام گرفتن یک نمونه)، ارائه توانایی کار در حرکت و پاسخ نسبتاً سریع به فراتر از سطح غلظت معین. 5) تداوم اندازه گیری به مدت 2-4 ساعت برای تعیین اندازه منطقه آلوده.

روش‌های تشخیص گاز موجود را می‌توان به سنتی (غیر طیف‌سنجی) و نوری (طیف‌سنجی) تقسیم کرد. این کار مزایا و معایب روش های سنتی اصلی را از نقطه نظر استفاده از آنها برای تجزیه و تحلیل ناخالصی های گازی ترکیب پیچیده در هوا فهرست می کند.

روش‌های طیف‌سنجی که توسعه سریع آن‌ها با ویژگی‌های منحصربه‌فرد لیزر مشخص می‌شود، امکان رفع معایب اصلی ابزارهای سنتی را فراهم می‌کند و سرعت، حساسیت، انتخاب‌پذیری و تداوم آنالیز لازم را فراهم می‌کند. در بیشتر موارد، برای تشخیص آلودگی هوا با روش های طیف سنجی، از ناحیه mid-IR طیف استفاده می شود، جایی که نوارهای ارتعاشی اصلی اکثریت قریب به اتفاق مولکول ها متمرکز شده اند. مناطق مرئی و UV در این زمینه اطلاعات کمتری دارند.

جایگاه ویژه ای در خانواده آنالایزرهای گاز لیزری IR توسط دستگاه های دارای لیزر CO 2 اشغال شده است. این لیزرها بادوام، قابل اعتماد و آسان برای کار هستند و می توانند بیش از 100 گاز را شناسایی کنند.

در زیر ما یک آنالایزر گاز (نمونه مدل) را توصیف می کنیم که شرایط فوق را برآورده می کند. یک لیزر CO 2 موجبر به عنوان منبع تابش استفاده می شود؛ عنصر حساس یک سلول نوری-آکوستیک تشدید کننده (ROAC) است. روش نوری-آکوستیک مبتنی بر ثبت یک موج صوتی برانگیخته شده در گاز بر اثر جذب تابش لیزر مدوله شده با دامنه در یک r.o.a.ya است. فشار موج صوتی متناسب با توان جذب شده توسط میکروفون ثبت می شود. بلوک دیاگرام آنالایزر گاز در شکل نشان داده شده است. 3.1. تابش مدوله شده لیزر CO 2 به واحد تنظیم طول موج برخورد می کند. این واحد یک توری پراش است که به شما امکان می دهد طول موج تابش را در محدوده 9.22-10.76 میکرون تنظیم کنید و 84 خط لیزر را بدست آورید. سپس، تابش از طریق سیستمی از آینه ها به حجم حساس RAO هدایت می شود، جایی که آن گازهایی که تابش ورودی به آن را جذب می کنند، ثبت می شوند. انرژی تابش جذب شده باعث افزایش دمای گاز می شود. گرمای آزاد شده بر روی محور سلول عمدتاً از طریق همرفت به دیواره های سلولی منتقل می شود. تابش مدوله شده باعث تغییر متناظر در دما و فشار گاز می شود. تغییر فشار توسط غشای میکروفون خازنی درک می شود که منجر به ظهور یک سیگنال الکتریکی دوره ای می شود که فرکانس آن برابر با فرکانس مدولاسیون تابش است.

شکل 3.1. بلوک دیاگرام آنالایزر گاز

شکل 3، 2 طرحی از حفره داخلی r.o.a.ya را نشان می دهد. این توسط سه حجم فعال استوانه ای شکل می گیرد: حجم های 1 و 2 به صورت متقارن با قطر 20 میلی متر و حجم داخلی 3 با قطر 10 میلی متر. پنجره های ورودی 4 و خروجی 5 از مواد BaF 2 ساخته شده اند. میکروفون در پایین سلول نصب شده و از طریق سوراخ 6 به قطر 24 میلی متر به ولوم فعال متصل می شود.

شکل 3.2 حفره داخلی یک سلول نوری-آکوستیک تشدید کننده. 1، 2 - حجم های خارجی، 3 - حجم داخلی. 4، 5 - پنجره های ورودی و خروجی، 6 - سوراخ میکروفون

تشدید نوری" ناشی از جذب تابش لیزر توسط گاز، در شرایط عادی در فرکانس مدولاسیون تابش 3.4 کیلوهرتز رخ می دهد و سیگنال پس زمینه ناشی از جذب تابش توسط پنجره های R.O.A.Y حداکثر در فرکانس 3.0 کیلوهرتز است. فاکتور کیفیت در هر دو حالت بیش از 20 است. این طراحی RPOAR حساسیت بالایی از آنالایزر گاز را فراهم می کند و امکان سرکوب سهم سیگنال پس زمینه را با استفاده از تقویت کننده فرکانس و فاز انتخاب می کند. در عین حال، RPOAR نسبت به آن حساس نیست. نویز آکوستیک خارجی دامنه سیگنال الکتریکی هنگام اندازه گیری غلظت با فرمول تعیین می شود

که در آن K ثابت سلول، توان تابش لیزر، b ضریب جذب تابش توسط گاز، C غلظت گاز است.

قبل از اندازه گیری، آنالایزر گاز با استفاده از گاز آزمایشی (CO2) با غلظت مشخص کالیبره می شود.

دامنه با استفاده از یک برد ADC موجود در رایانه Advantech اندازه گیری می شود. از همین رایانه برای کنترل واحد تنظیم طول موج و محاسبه غلظت گازهای اندازه گیری شده استفاده می شود.

برنامه پردازش اطلاعات توسعه یافته برای تجزیه و تحلیل کمی و کیفی مخلوط گاز با استفاده از طیف جذب تابش لیزر از لیزر CO2 در نظر گرفته شده است. اطلاعات اولیه برای برنامه، طیف جذب اندازه گیری شده مخلوط گاز تجزیه شده است. نمونه ای از طیف جذب نیتروژن، رسم شده در واحدهای ضخامت نوری، نشان داده شده در شکل 3، 3a، و در شکل 3، 3b، نمونه ای از طیف جذب با مقدار کمی آمونیاک ارائه شده است.

شکل 3.3 طیف جذب: a - نیتروژن در فشار اتمسفر معمولی، b - مخلوط نیتروژن - آمونیاک.

ضخامت نوری، که در آن

cm -1 atm -1 - ضریب جذب گاز j ام در خط لیزر i، C i، atm - غلظت گاز j، i

کتابخانه اجزای ممکن حاوی مقادیر ضرایب جذب است و ماتریسی از ابعاد (N x m) است. تعداد گازهای نمایش داده شده در کتابخانه m = 37 است، حداکثر تعداد خطوط لیزر تحلیل شده N 84 است (21 خط در هر شاخه از لیزر CO 2).

در فرآیند تجزیه و تحلیل طیف یک مخلوط گازی که توسط خطوط جذب گازهای موجود در مخلوط روی هم قرار می‌گیرند، برنامه اجزایی را از کتابخانه انتخاب می‌کند که به بهترین وجه طیف مخلوط را توصیف می‌کند. یکی از معیارهای اصلی برای جستجوی بهترین مجموعه مولفه‌ها، مقدار انحراف ریشه میانگین مربع بین طیف تجربی و جذبی است که در نتیجه تکرارها یافت می‌شود:

الگوریتم حل مسئله معکوس - جستجوی غلظت ها با استفاده از یک طیف جذب شناخته شده - با استفاده از روش حذف گاوسی و روش منظم سازی تیخونوف ساخته شد و مشکلات اصلی در اجرای آن با ارزیابی پایداری راه حل (عناصر ماتریس ضریب جذب، و همچنین عبارت‌های آزاد، فقط تقریباً شناخته شده‌اند)، انتخاب یک پارامتر منظم‌سازی و یافتن معیارهایی برای توقف فرآیند تکراری.

جدول اطلاعات محاسبه شده در مورد حدود تشخیص برخی از گازها توسط آنالایزر گاز توصیف شده را ارائه می دهد:

ویژگی های اصلی عملیات تجزیه و تحلیل گاز: تعداد گازهای اندازه گیری شده به طور همزمان - تا 6. زمان اندازه گیری 2 دقیقه; حد تشخیص برای دی اکسید کربن 0.3 ppm: حد تشخیص آمونیاک 0.015 ppb: محدوده اندازه گیری برای دی اکسید کربن 1 ppm -10٪. محدوده اندازه گیری آمونیاک 0.05 ppb-5 ppm. خطای اندازه گیری 15%; ولتاژ تغذیه 220 ولت ± 10٪. [1]

آنالایزر گاز لیزری "LGAU-02" برای اندازه گیری غلظت هیدروکربن های گازی موجود در هوای پمپ شده از سلول گاز دستگاه طراحی شده است. آنالایزر گاز را می توان هم در نسخه مستقل و هم به عنوان بخشی از آزمایشگاه های سیار خودرو و هوانوردی استفاده کرد. مجموعه شامل:

• آنالایزر گاز لیزری "LSAU-02"؛
• واحد کنترل از راه دور با منابع سیگنال صدا؛
• علاوه بر این: رایانه شخصی با نرم افزار نصب شده.

برنج. 1

نموداری از سازماندهی یک آزمایشگاه خودرو برای جستجوی نشت از خطوط لوله گاز زیرزمینی در شکل نشان داده شده است. 1 در آزمایشگاه هوانوردی می توانید بدون محرک جریان با ایجاد یک ورودی هوای موثر با فشار هوای بیرون انجام دهید و در گاری دستی می توانید به جای دستگاه نمونه برداری زمینی از یک دستگاه نمونه برداری از راه دور استفاده کنید.

مزایای تجزیه و تحلیل گاز "LGAU-02" هنگام حل مشکلات آشکار می شود:

• تشخیص نشت از خطوط لوله گاز زیرزمینی شبکه های گاز شهری، و همچنین از خطوط لوله اصلی و توزیع با استفاده از آزمایشگاه خودکار که اندازه گیری را در حال حرکت انجام می دهد.
• تشخیص نشتی از خطوط لوله گاز زیرزمینی، بالای زمینی و هوایی با استفاده از یک کامیون دستی که در حال حرکت اندازه گیری می کند.
• تشخیص نشت از خطوط لوله اصلی گاز با استفاده از آزمایشگاه هوانوردی.
• اندازه‌گیری تغییرات در پس‌زمینه متان (هیدروکربن) در مناطق وسیع (بررسی هیدروکربن) با استفاده از یک آزمایشگاه هوایی به منظور جستجوی ذخایر نفت و گاز و پایش محیطی وضعیت جو.

برنج. 2

• این نرم افزار به شما اجازه می دهد تا آرشیو را نگهداری کنید. گزارش رویداد نیز نگهداری می شود.

عملکرد مجتمع

• آنالایزر گاز به شکل یک واحد اندازه گیری نوری-الکترونیکی در محفظه ضد گرد و غبار و پاشش آب IP54 ساخته شده است و مجهز به پنل کنترل از راه دور مجهز به نشانگر آنالوگ، دکمه تنظیم صفر و صدای دو مرحله ای است. و هشدار نور برای افزایش غلظت با آستانه پاسخ قابل تنظیم. سهولت نصب و نگهداری دستگاه، قابلیت اطمینان بالا، ابعاد کوچک و مصرف برق، امکان استفاده از آن را در حالت مستقل، در کامیون های دستی، در اتومبیل ها و تقریباً در هر ناو هواپیمابر، از جمله گلایدر و مینی هواپیما، فراهم می کند. . آنالایزر گاز می تواند کاملاً مستقل عمل کند و به جای کنترل از راه دور، هر دستگاه اندازه گیری ولتاژ DC از 0 تا 5 ولت را می توان متصل کرد. کامپیوتر با رابط RS 232C، از جمله یک رابط قابل حمل. هنگامی که یک سیستم ناوبری ماهواره ای آنالایزر گاز-رایانه ای متصل است، نقشه برداری از میدان آلودگی گاز امکان پذیر است. محرک جریان را می توان از طریق دکمه تعویض ولتاژ تغذیه ویژه در پنل جلویی دستگاه متصل کرد.

تجربه عملیاتی

• تجربه عملیاتی از سال 1998، شرکت گاز شهر سن پترزبورگ "لنگاز" و از سال 2004، شرکت واحد دولتی مسکو "Mosgaz" آزمایشگاه های خودرو را برای جستجوی نشت گاز طبیعی از خطوط لوله گاز زیرزمینی شهری بر اساس "LGAU-02" راه اندازی کرده اند. . نمونه های اولیه این دستگاه به عنوان بخشی از آزمایشگاه های هوانوردی در طی بررسی های ژئوشیمیایی جوی در مجموعه ای از کارهای اکتشاف گاز و نفت در تاتارستان، چوواشیا و در شمال قلمرو کراسنویارسک و در طی بررسی های زیست محیطی جو در شهرهای تولا و مسکو استفاده شد. . علاوه بر این، این دستگاه ها به عنوان بخشی از آزمایشگاه های خودکار برای بررسی های زمین شناسی مناطقی که خاک های تکنولوژیک در تعدادی از مناطق توسعه انبوه در مسکو توزیع شده اند، و همچنین به طور مستقل هنگام انجام بررسی های ژئوشیمیایی زمینی در کره مورد استفاده قرار گرفتند. بر اساس آنالایزر گاز، یک مجتمع کامپیوتری روی هواپیما برای بررسی گازهای هیدروکربنی هوانوردی ایجاد شد. در فصل صحرایی سال 2001، مدت زمان پرواز این مجموعه در هواپیمای An 2 بدون یک بار خرابی دستگاه از 600 ساعت فراتر رفت و حجم کل منطقه تحت پوشش حدود 30 هزار متر مربع بود. کیلومتر

چشم انداز توسعه مجتمع

• پیاده سازی رابط های USB اضافی.
• اتصال یک دستگاه ناوبری ماهواره ای GPS با نقشه تعاملی منطقه؛
• پیاده سازی امکانات اضافی در صورت درخواست کاربر.

مجله «ابزار و فنون تجربی»، 1378، شماره 5

آنالایزر لیزری گاز برای جستجوی نشت گاز از خطوط لوله گاز زیرزمینی

مجله ابزار و سیستم های کنترل، 1377، شماره 9

آنالایزر گاز هیدروکربنی جذب لیزری داخلی

حق چاپ 1998-2005 مرکز مهندسی MEPhI

عملکرد دستگاه آنالایزر گاز لیزری Yokogawa TDLS200 بر اساس روش طیف سنجی جذبی لیزر دایود است.

این دستگاه با گزینش پذیری بالا و پایداری طولانی مدت مشخص می شود و تجزیه و تحلیل سریع "درجا" (مستقیم در لوله) گازهای دارای اجزای خورنده یا دماهای بالا را ارائه می دهد. اصل کارکرد این دستگاه چیست و در کجا استفاده می شود؟

آنالایزر گاز لیزری از طیف‌سنجی جذبی دیود لیزری قابل تنظیم (TDLAS) استفاده می‌کند و توانایی اندازه‌گیری غلظت در یک نمونه گاز با گزینش پذیری بالا و بدون تماس مستقیم را دارد - فقط با تابش نمونه گاز با تشعشعات یک دیود لیزر قابل تنظیم. به این ترتیب می توان اندازه گیری های سریع و دقیق در محل را در کانال های فرآیندی تحت شرایط مختلف انجام داد. برای مثال، اندازه‌گیری‌ها را می‌توان در دماهای تا 1500 درجه سانتی‌گراد و همچنین در محیط‌های فشار ضربانی انجام داد. آنالایزر گاز لیزری Yokogawa TDLS200 همچنین می تواند در حضور گازهای خورنده یا سمی اندازه گیری کند. سیگنال های تحلیلی دقیق تولید شده توسط آنالایزر دارای حداقل زمان پاسخگویی هستند که به افزایش بازده محصول، بهبود بهره وری انرژی و ایمنی در فرآیندهای مختلف تولید کمک می کند. سادگی طراحی (بدون قطعات متحرک یا قطعات با عمر مفید محدود) عملکرد و کنترل را بدون تعمیر و نگهداری تضمین می کند.

آنالایزر گاز لیزری Yokogawa TDLS200 نوع جدیدی از آنالایزر گاز لیزری است که برای اندازه گیری های صنعتی استفاده می شود. ادغام منطقه پیک خطاهای اندازه گیری ناشی از تغییرات فشار و وجود گازهای دیگر در نمونه را حذف می کند. همچنین تعیین دقیق غلظت اجزای گاز را حتی در زمانی که دما و سایر پارامترهای آن به طور همزمان تغییر می کنند، ممکن می سازد. این مقاله یک نمای کلی از آنالایزر گاز لیزری TDLS200، عملکردها و اصل اندازه گیری آن ارائه می دهد و همچنین نمونه هایی از کاربرد آن را مورد بحث قرار می دهد.

آنالایزر گاز دارای یک واحد تشعشع و یک واحد تشخیص است که معمولاً در طرفین مقابل یکدیگر (در سراسر) مجرای گازی که جریان گاز فرآیند از آن عبور می کند قرار می گیرند. این گزینه برای کانال های گاز تا عرض 20 متر استفاده می شود.

پنجره های نوری قسمت های داخلی آنالایزر را از محیط اندازه گیری شده جدا می کند. تابش لیزر نیمه هادی از پنجره نوری واحد تشعشع، گاز اندازه گیری شده، پنجره نوری واحد تشخیص عبور کرده و به ردیاب نوری می رسد. ردیاب نور پرتو لیزر را ثبت می کند و انرژی آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. دستگاه محاسباتی واحد تابش طیف جذب جزء اندازه گیری شده را تعیین می کند، ناحیه پیک طیف را محاسبه می کند، آن را به غلظت جزء تبدیل می کند و به عنوان سیگنال آنالوگ 4 ... 20 میلی آمپر خروجی می دهد.

مکانیزم تنظیم دارای طراحی راه راه است که تنظیم زاویه محور نوری را آسان تر می کند و در عین حال محکم بودن خط لوله را حفظ می کند که به ویژه برای فرآیندهای صنعتی مهم است. اتصال واحد انتشار و واحد تشخیص با استفاده از یک دستگاه تنظیم محور نوری، تنظیم محور نوری را نه تنها برای پیکربندی استاندارد (دو واحد در هر دو طرف لوله، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است) ساده می کند، بلکه برای سایر موارد نیز گزینه های نصب این راه حل فنی به شما امکان می دهد روش نصب دستگاه را انتخاب کنید که برای اجزای در حال اندازه گیری و طراحی تکنولوژیکی فرآیند مناسب است و در عین حال شرایط اندازه گیری بهینه را تضمین می کند.

TDLS200 از تکنیک طیف سنجی جذب لیزری دیود (TDLAS) استفاده می کند. این روش بر اساس اندازه گیری طیف جذب تابش (منطقه مادون قرمز/نزدیک مادون قرمز) مشخصه مولکول های یک ماده به دلیل انرژی های انتقال ارتعاشی و چرخشی مولکول ها در جزء اندازه گیری شده است. منبع تابش برای تشکیل طیف یک لیزر نیمه هادی با پهنای خط طیفی بسیار باریک است. مشخصه طیف جذب نوری مولکول های اساسی مانند O2، NH3، H2O، CO و CO2 در ناحیه مادون قرمز تا نزدیک مادون قرمز است. اندازه گیری میزان تابش جذب شده در یک طول موج خاص (جذب طیفی) امکان محاسبه غلظت جزء مورد اندازه گیری را فراهم می کند.

برخلاف طیف‌سنج‌های معمولی با وضوح پایین، TDLS200 از یک پرتو لیزر با پهنای خط طیفی بسیار باریک استفاده می‌کند. امیتر یک دیود لیزر قابل تنظیم است که با تنظیم دمای لیزر و جریان تحریک می توان طول موج آن را تغییر داد. این امکان اندازه گیری یک پیک جذب منفرد از چندین موجود در طیف را فراهم می کند. بنابراین، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، یک پیک جذب منفرد که توسط گازهای دیگر تداخل نداشته باشد را می توان برای اندازه گیری انتخاب کرد.

به دلیل انتخاب طول موج بالا و عدم تداخل سایر اجزا در مخلوط گاز، نیازی به آماده سازی نمونه اضافی نیست، که به TDLS200 اجازه می دهد تا در محل (مستقیم در فرآیند) استفاده شود.

TDLS200 طیف جذب ایزوله یک جزء از مخلوط گاز را بدون تداخل اجزای مزاحم اندازه گیری می کند. اندازه‌گیری با جارو کردن طول موج یک دیود لیزری قابل تنظیم در امتداد یک پیک جذب واحد از قطعه مورد اندازه‌گیری انجام می‌شود.

اگرچه طیف جذب اندازه گیری شده توسط TDLS200 از اجزای مداخله گر جدا می شود، شکل طیف ممکن است بسته به دمای گاز، فشار گاز و اجزای خارجی موجود در مخلوط گاز تغییر کند (اثر گسترش). برای انجام اندازه گیری در چنین شرایطی، جبران باید انجام شود.

آنالایزر گاز TDLS200 طول موج تابش لیزر نیمه هادی را در امتداد خط جذب جزء مورد اندازه گیری اسکن می کند و غلظت آن را از ناحیه طیفی جذب با ادغام ناحیه پیک محاسبه می کند.

تحلیلگر گاز Yokogawa TDLS200، به دلیل توانایی اندازه گیری سریع "درجا" (مستقیماً در خط لوله)، می تواند با موفقیت در فرآیندهای فنی موجود هم برای تنظیم سرعت بالا استفاده شود، زمانی که سیگنال های لازم برای کنترل فرآیند شامل قرائت غلظت اجزاء مستقیماً به DCS و برای کنترل وضعیت های فرآیند فنی در زمان واقعی داده می شود. بنابراین، TDLS200 می تواند به بهینه سازی عملکرد فرآیندهای مختلف صنعتی کمک کند. در این بخش به اندازه گیری غلظت باقیمانده NH3 در گاز دودکش می پردازیم. لطفاً توجه داشته باشید که استفاده از TDLS200 برای بهینه سازی فرآیند احتراق در مقاله دیگری از Yokogawa (3) توضیح داده شده است. برای جزئیات بیشتر به این گزارش مراجعه کنید.

آمونیاک (NH3) برای حذف NOx (پاکسازی گازهای دودکش از اکسیدهای نیتروژن)، افزایش کارایی گرد و غبار و جلوگیری از خوردگی به گاز دودکش وارد می شود. NH3 اضافی هزینه های عملیاتی و مقدار NH3 باقیمانده را افزایش می دهد و در نتیجه بوی متعفن ایجاد می کند. بنابراین، مقدار NH3 در گاز خروجی نیاز به اندازه گیری، نظارت و تنظیم دارد. به عنوان مثال، در تجهیزات تصفیه گازهای خروجی کوره‌های احتراق از اکسیدهای نیتروژن، از فرآیند DeNOx SCR (کاهش کاتالیستی انتخابی) استفاده می‌شود که در آن NOx با تزریق NH3 و کاتالیز انتخابی فرآیند احیا به N2 و H2O کاهش می‌یابد. غلظت NH3 (به ترتیب ppm) گازهای دودکش در زمان واقعی اندازه گیری می شود.

ابزار اندازه‌گیری سنتی NH3 با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری غیرمستقیم NOx (روش شیمی‌لومینسانس و روش الکترود یونی) زمان پاسخ‌دهی طولانی دارند، برای جلوگیری از چسبندگی NH3 نیاز به نصب یک خط نمونه‌برداری شامل لوله‌های گرم شده دارند، و بنابراین هزینه‌های نگهداری بالا مانند سیستم‌های اندازه‌گیری پیچیده. از سوی دیگر، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، آنالایزر گاز لیزری TDLS200 مستقیماً در خط لوله فرآیند نصب می شود و NH3 را مستقیماً اندازه گیری می کند که به طور قابل توجهی زمان پاسخ را کاهش می دهد و تعمیر و نگهداری را ساده می کند. علاوه بر این، سیگنال غلظت NH3 تحلیلی با پاسخ سریع می تواند برای تنظیم و بهینه سازی تزریق NH3 استفاده شود.

گزینش پذیری بالا، زمان پاسخ کوتاه، سهولت تعمیر و نگهداری که به لطف فناوری اندازه گیری استفاده شده و طراحی آنالایزر به دست آمده است، استفاده از آن را در طیف گسترده ای از فرآیندهای تکنولوژیکی ممکن می سازد. کاربردها نه تنها اندازه‌گیری NH3 مورد بحث در این مقاله، بلکه تعیین CO و O2 در بهینه‌سازی احتراق، اندازه‌گیری مقدار کمی آب در نیروگاه‌های الکترولیز و غیره را شامل می‌شوند. استفاده از چنین آنالایزرهای گازی می‌تواند کمک قابل توجهی به حفظ محیط زیست و کاهش هزینه های عملیاتی، به لطف استفاده از آن برای کنترل فرآیند، و نه فقط برای اهداف نظارت.

کازوتو تامورا،

یوکیهیکو تاکاماتسو،

تومویاکی نانکو،