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ULTRAMAT 23 使用了多種相互獨(dú)立并可選擇的測量原理。

紅外氣體測量

ULTRAMAT 23 紅外氣體測量原理基于氣體分子具有特定的紅外光吸收波段，采用單光束交變紅外分析方法。一個輻射源 (7) 被加熱到約 600 °C ，然后光源發(fā)出的紅外輻射由一個斬波器 (5) 以 8 1/3 Hz 的頻率進(jìn)行調(diào)制。

IR 放射物穿過樣本室 (4)，樣氣流到樣本室中，由于被測成分的冷凝作用，樣氣的密度降低了。

接收室建立有兩到三層檢測器，充滿了被測成分。

光譜吸收波段的中間位置的能量優(yōu)先被第一層檢測室 (11) 吸收。邊緣波段的光則被第二層檢測器室 (2) 和第三層檢測器室 (12) 吸收。

上、下層之間的吸收經(jīng)微流量傳感器耦合。來自上層和下層的負(fù)反饋導(dǎo)致光譜靈敏度帶的帶寬變窄。提高分辨精度、消除紅外交叉干擾。改變劃片 (10) 的位置，可以改變下層檢測氣室的紅外吸收。

旋轉(zhuǎn)斷束器 (5) 在樣本室內(nèi)產(chǎn)生一個脈動氣流，微流量傳感器 (3) 再把氣流轉(zhuǎn)換成電信號。

微流量傳感器中有兩個被加熱到大約 120 oC的鎳格柵，這兩個鎳格柵和兩個電阻形成惠斯通電橋。脈動氣流與鎳格柵的稠密分布一起引起了格柵電阻變化。這回導(dǎo)致橋路中的偏移，偏移量取決于樣氣的濃度。

注

進(jìn)入到分析儀的樣氣必須不含灰塵。必須防止樣品室中發(fā)生冷凝。因此，大多數(shù)應(yīng)用中有必要對氣體進(jìn)行改性。

在分析儀所處的環(huán)境空氣中不含有高濃度的被測組分。

ULTRAMAT 23，紅外通道的工作原理（以三層檢測器為例）

使用空氣進(jìn)行自動標(biāo)定 (AUTOCAL)

ULTRAMAT 23 可以使用空氣（如環(huán)境空氣）進(jìn)行自動標(biāo)定。自動標(biāo)定的周期可調(diào)（1 至 24 小時，0= no AUTOCAL），腔室用空氣進(jìn)行清洗。然后檢測器會生成信號 U0（在樣本室內(nèi)無吸收）。該信號既可以作為待測紅外組分的零點(diǎn)標(biāo)定，又可以作為滿量程的標(biāo)定信號。

隨著被測成分的濃度增加，樣本室內(nèi)的吸收也隨著增加。由于采用這種預(yù)吸收，因此探測器中的可探測輻射能量減小，從而信號電壓也隨之降低。對于 ULTRAMAT 23 單束產(chǎn)品，被測成分和測得電壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可以近似表示為以下指數(shù)公式：

U = U0 · e-kc

c 濃度
k 設(shè)備相關(guān)常量
U0零氣基本信號（無被測成分的樣氣）
U 檢測器信號

放射能量中的變化、采樣室的污染、或是探測器元件的老化都會對 U0 產(chǎn)生相同的影響，結(jié)果如下所示：

U’ = U’0 · e-kc

除取決于密度 c 之外，隨著 IR 源的老化，測量電壓不斷出現(xiàn)變化，或者是由于污染的持久性。

每個 AUTOCAL 都會根據(jù)當(dāng)前有效的值跟蹤總特性。還將以這種方式來補(bǔ)償溫度和壓力波動。

如上所述，只要設(shè)備監(jiān)視的 U 值仍處于一定的容許范圍之內(nèi)，就可以忽略測量中污染和衰變的影響。

兩個或兩個以上的 AUTOCAL 間的范圍誤差可在 ULTRAMAT 23 和一報(bào)警報(bào)文輸出上單獨(dú)進(jìn)行組態(tài)。如果該值跌落到原始出廠設(shè)置 U0 值的 50 % 一下，儀器就會輸出報(bào)警。大多數(shù)情況下，這是由于樣本室被污染造成的。

校準(zhǔn)

可將測量單元設(shè)置為每隔 1 到 24 小時使用環(huán)境空氣或氮?dú)庾詣有?zhǔn)零點(diǎn)。根據(jù)新確定的 U’o 和作為默認(rèn)值存儲的設(shè)備特定參數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算紅外敏感元件的校準(zhǔn)點(diǎn)。我們建議使用校準(zhǔn)氣體每年對校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行一次檢查。（有關(guān) TüV 細(xì)信息，參見選擇與訂貨數(shù)據(jù)下的“校準(zhǔn)間隔(TüV)”）。

如果安裝有電化學(xué)傳感器，建議使用空氣進(jìn)行自動校準(zhǔn)。除了紅外敏感元件的零點(diǎn)校準(zhǔn)之外，還可以同時自動校準(zhǔn)電化學(xué)氧氣2傳感器的校準(zhǔn)點(diǎn)。單點(diǎn)校正后，氧2傳感器的特性足夠穩(wěn)定。電化學(xué)傳感器的零點(diǎn)只需要通過連接氮?dú)饷磕隀z查一次。

校準(zhǔn)

紫外測量

ULTRAMAT 23，紫外測量原理

該測量原理是使用雙光束光度計(jì)來測量與具體分子相關(guān)的紫外輻射光譜帶吸收。

光源是一種采用 AlGaN 或 InGaN 半導(dǎo)體的固態(tài)二極管 (LED) (1)。為了改進(jìn)信號分析，光源以脈沖光源形式工作。

紫外輻射光線經(jīng)過準(zhǔn)直后先通過一個分光器 (3)，產(chǎn)生兩個大小完全相同的光束（測量光束和參比光束）。測量光束通過樣品室 (6)，樣氣流入該樣品室，并根據(jù)被測組分的濃度而得到衰減。將根據(jù)朗伯-比爾定律，對這種衰減進(jìn)行評估。

測量光線由位于樣氣從中流過的樣品室下游的一個光二極管 (4) 進(jìn)行記錄（測量信號）。同樣，參比光線由另一個光二極管進(jìn)行記錄（5，參比信號）。測量信號與參比信號的比值用來計(jì)算氣體組分濃度。

該分光器還可以連接第二個光源 (2) 以測量另一種氣體組分。通過這種方式，可以交替測量二氧化硫 (SO2) 和氮氧化物 (NO2) 的吸收，并通過傳感器級電路將其轉(zhuǎn)換為連續(xù)濃度值。通過適當(dāng)選擇 LED，可實(shí)現(xiàn)其它樣氣測量應(yīng)用。

氧含量測量

氧氣傳感器基于燃料電池原理來工作的。氧氣在陰極和電解液的邊界層發(fā)生轉(zhuǎn)換。電子發(fā)射電流在鉛陽極和陰極之間流動，并流經(jīng)一個存在測量電壓的電阻器。測得的電壓與樣氣中的氧濃度成正比。

使用弱酸性的電解液，相比其它類型的傳感器，對于交叉干擾不敏感，諸如 CO2，CO，H2 和 CH4等的影響。

注

氧氣傳感器可以用于大于 1% 和小于 1% 這兩種氧氣濃度。但是，在從高濃度到低濃度（小于 1%）的突然變化的情況下，該傳感器將需要更長的運(yùn)行時間，以獲得一個恒定的測量值。特別是在測量點(diǎn)之間切換時，應(yīng)考慮到該情況，并設(shè)置合適的沖洗次數(shù)。

ULTRAMAT 23，氧傳感器的工作原理

用于測定硫化氫的電化學(xué)傳感器2

硫化氫通過擴(kuò)散阻擋層（氣體隔膜）進(jìn)入到傳感器中，并在工作電極處氧化。在反電極上發(fā)生減少大氣中氧氣的形式的反應(yīng)?？梢詫㈦娮拥淖鳛榕c氣體濃度成正比的電流在連接器針腳上傳輸。

校準(zhǔn)

當(dāng)連接有氮?dú)饣蚩諝鈺r，“自動校準(zhǔn)”(AUTOCAL) 會自動重新校準(zhǔn)零點(diǎn)。建議每月使用校準(zhǔn)氣檢查校準(zhǔn)點(diǎn)（45 至 50 vpm）。

必須每隔一小時執(zhí)行一次自動校準(zhǔn)（例如，使用環(huán)境空氣）。在執(zhí)行該操作時，必須確保環(huán)境空氣按照 11°C 的露點(diǎn)飽和。

如果干燥的環(huán)境空氣無法保證滿足該條件，調(diào)整氣體必須通過加濕器，然后通過一個冷卻器（露點(diǎn) 11°C）。

如果載氣含有如下成分，則絕對不能使用硫化氫傳感器：

• 含有氯的化合物
• 含有氟的化合物
• 重金屬
• 氣溶膠
• 堿性組分
• NH3 > 5 vpm

硫化氫傳感器的工作原理2

順磁性氧氣電池

與其它氣體相比，氧具有極高的順磁性。該屬性用作測量方法的基礎(chǔ)。

兩個永久磁鐵在測量單元中產(chǎn)生不均勻的磁場。如果氧分子流入到測量單元 (1) 中，它們將被吸入到磁場中。這將產(chǎn)生脫離磁場的兩個反磁性空心球體 (2)。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動以光學(xué)的形式記錄，并用作控制補(bǔ)償流量的輸入變量。這會通過金屬絲環(huán) (3) 產(chǎn)生與圍繞兩個空心球體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相反的轉(zhuǎn)矩。補(bǔ)償電流與氧氣的濃度成比例。

校準(zhǔn)

在處理空氣時使用自動校準(zhǔn)功能對校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)（對應(yīng)于使用電化學(xué)氧氣傳感器進(jìn)行的校準(zhǔn)）。為了遵守技術(shù)數(shù)據(jù)，在測量范圍小于 5% 的情況下，必須每個星期使用氮?dú)鈱槾艤y量單元的零點(diǎn)進(jìn)行一次校準(zhǔn)，在測量范圍較大的情況下，必須每兩個月使用氮?dú)鈱槾艤y量單元的零點(diǎn)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。

或者，也可以使用惰性氣體（如氮?dú)猓┻M(jìn)行自動校準(zhǔn)。在測量范圍的極限點(diǎn)在很大程度上保持穩(wěn)定時，每年調(diào)整一次極限點(diǎn)就足夠了。

順磁性氧氣電池的工作原理

交叉干擾，順磁性氧氣電池

交叉靈敏度（伴生氣體的濃度為 100%）