федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ»

Кафедра экологии и техносферной безопасности

РЕФЕРАТ

на тему: «Анализаторы кислорода»

Автор:

Максимов Р.И.

Факультет НЭ

Группа №W4150

Преподаватель:

Белобородов В.В.

Санкт-Петербург 2022

Содержание

Введение……………………………………………………………………..…….2

1.     Циркониевая технология………………………………………………….…..5

1.1.                    Циркониевый анализатор кислорода ZR Yokogawa……………….……9

2.     Термомагнитный принцип действия…………………………………………13

2.1.                     Термомагнитный анализатор кислорода XMO2………………………..15

3.     Парамагнитный принцип действия…………………………………….……17

3.1.                    Парамагнитный анализатор кислорода Teledyne3020M…………….…18

4.     Электрохимический принцип действия……………………………………..22

4.1.                     Анализатор кислорода Instatrans…………………………………..…….24

5.     Метод лазерной спектроскопии………………………………………….….26

5.1.                    Поточный лазерный анализатор LGA-4000…………………..….……..28

Заключение……………………………………………………………………….31

Список литературы ………………………………………………………….….32

Введение

Наиболее распространенной задачей в области газового анализа является контроль содержания кислорода в различных процессах, например при контроле промышленных выбросов, мониторинге загрязнения атмосферного воздуха, контроле выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Измерение кислорода критически важно для обеспечения безопасности производства и контроля качества продукции. Измерения концентрации кислорода в различных растворах и газах требует масса отраслей промышленности – химическая, нефтехимическая, фармацевтическая, пищевая промышленность и др. Любое применение каких-либо биотехнологий подразумевает знание концентрации кислорода.

Кислород– это сильный окислитель, взаимодействующий практически со всеми элементами таблицы Менделеева, образуя, при этом, оксиды. Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Существует довольно много химических способов определить концентрацию кислорода, наиболее популярным в этом отношении является метод Винклера. Он подразумевает проведение определенных химических реакций: реакция кислорода с гидроокисью марганца и йодометрическое титрование, благодаря которым представляется возможным определить количества вещества кислорода в единице объема. Однако возможны ошибки из-за наличия в воде редокс-активных примесей: наличие двух- и трехвалентного железа, нитритов, сульфидов и органических существ препятствует получению объективных данных. Несмотря на то, что метод Винклера включен в стандартный набор химических методов анализа растворов и разработано множество его модификаций, позволяющих избежать подобных ошибок, в полевых условиях не представляется возможным оперативно определить концентрацию кислорода.

С этой целью разработаны специальные приборы — анализаторы кислорода. Анализатор кислорода – это специализированный измерительный прибор, который предназначается для оперативной оценки содержания кислорода в растворах, смесях и других средах, в лабораторных, промышленных или полевых условиях.

Принципы работы анализаторов кислорода:

Для измерения кислорода используются несколько технологий:

1.     Циркониевая (измерение на уровне ppm);

2.     Термомагнитная (измерение на процентном уровне);

3.     Парамагнитная (измерение на процентном уровне);

4.     Электрохимическая (измерение в широком диапазоне от 0-10 ppb до 0-100%;

5.     Метод лазерной спектроскопии (измерение поглощения кислородом электромагнитного излучения).

1.                Циркониевая технология

Циркониевую технологию используют для анализа содержания кислорода на процентном уровне в дымовых газах при контроле промышленных выбросов. В других процессах с её помощью измеряют концентрацию кислорода на следовом уровне.

 Диоксид циркония ZrO2 обладает уникальным свойством: при температурах свыше 500 °C вещество, легированное оксидами иттрия или кальция, становится проницаемым для ионов кислорода. Если газы с различным парциальным давлением кислорода разделить перегородкой из диоксида циркония, то в кристаллической решётке пластинки возникнет поток ионов кислорода. Поток направлен в сторону газа с меньшим парциальным давлением кислорода и создаёт на противоположных сторонах пластинки разность потенциалов. Данное свойство диоксида циркония используется для измерения концентрации кислорода в газах.

Рис. 1. Принцип действия циркониевой технологии.

Диск из диоксида циркония выступает в качестве разделителя между исследуемым и опорным газом (пром. выбросом), к каждой стороне диска подведены электроды из платины. При нагревании диска возникает электродвижущая сила, величина которой зависит от различия в концентрациях кислорода по разные стороны диска. Её значение пропорционально логарифму отношения парциального давления кислорода в исследуемом и опорном газе (формула Нернста):

;

R — универсальная газовая постоянная,

T — температура,

F — постоянная Фарадея,

P2 — парциальное давление кислорода в опорном газе,

P1 — в исследуемом.

Циркониевая технология позволяет устанавливать измерительную ячейку непосредственно в высокотемпературный процесс, анализ не требует дорогостоящих систем отбора и подготовки пробы.

Как видно из формулы Нернста, выходной сигнал увеличивается с уменьшением концентрации кислорода в исследуемом газе. Это позволяет измерять концентрацию кислорода на следовом уровне.

Недостатком технологии является ощутимая погрешность, связанная с возможным догоранием и окислением на поверхности ячейки таких компонентов, как H2, CH4 или CO. В присутствии катализатора (платиновых электродов) эти газы проявляют сильные восстановительные свойства, они связывают кислород на поверхности ячейки и искажают показания прибора. Поэтому для такого типа измерений используются ячейки с золотыми электродами и более низкой рабочей температурой. К сожалению, из-за низкого сродства золота к диоксиду циркония они менее устойчивы к механическим повреждениям и загрязнениям. Отчасти эта проблема решается на стадии проектировки системы подготовки пробы. Для измерения следового кислорода в горючих смесях используется электрохимическая технология.

Преимущества:

·        устойчивость к «кислородному шоку»,

·        скорость работы намного выше, чем при электрохимическом анализе,

·        возможность проведения измерений во «влажной» среде (в газах с температурой точки росы до 180 °C).

Среди фирм, выпускающих циркониевые анализаторы кислорода, лидерами являются «Вестингауз», «Сервомекс», «Кент», предлагающие целую серию моделей, предназначенных для контроля содержания кислорода в дымовых газах печей любой мощности и назначения, т.е. при промышленных выбросах.

Типичная структура системы анализа отходящих газов показана на рис. 2

Циркониевый датчик помещается непосредственно в измеряемую среду, что исключает погрешности измерения, вносимые пробоотборной и пробоподготовительной системами, и уменьшает время запаздывания. Электронный блок, обеспечивающий стандартный выходной сигнал, переход с одного диапазона измерения в другой, индексацию результатов измерения непосредственно на месте, предназначен для настенного монтажа. Гибкий, трубопровод предназначен для подачи стандартного газа (воздуха).

Число  фирм, выпускающих аналогичные приборы, постоянно увеличиваются.

1.1.         Циркониевый анализатор кислорода ZR Yokogawa.

Циркониевые анализаторы кислорода Yokogawa предназначены для измерения концентрации кислорода в дымовых газах и смесях газов в пределах: 0-5….0-100 объемных % кислорода.

Циркониевый анализатор кислорода ZR Yokogawa состоит из двух основных блоков:

— зонда(детектора) с измерительной циркониевой ячейкой

— блока преобразователя.

Циркониевый анализатор кислорода ZR Yokogawa выпускается в интегральном (с совмещенными блоками) и раздельном (с раздельными блоками) исполнении. Циркониевым анализаторам кислорода раздельного и интегрального типа не нужны устройства пробоподготовки, они допускают прямой монтаж детектора в стенки трубы или печи. Анализатор в интегральном исполнении и преобразователь при раздельном исполнении стационарно врезается в процесс и монтируется на внешней стороне трубы или печи.

Рис.3. — Анализаторы кислорода ZR Yokogawa.

Преобразователь раздельного типа оснащается сенсорным жидкокристаллическим экраном, имеющим различные установочные дисплеи, калибровочные дисплеи, дисплеи тренда концентрации кислорода, которые отличаются простотой работы и расширенными функциональными возможностями. Преобразователь имеет различные стандартные функции, например, для выполнения измерений и вычислений, а также функции техобслуживания, включая самотестирование. Этот преобразователь используется как в анализаторе кислорода, так и анализаторе влажности для высоких температур.

В приборе интегрального типа детектор и преобразователь объединены, что уменьшает длину проводки, трубной обвязки и общую стоимость монтажа. Клавиатура в данном виде анализатора реализована в виде инфракрасных датчиков, улавливающих тепловое излучение человеческого тела. Подобная разновидность бесконтактных клавиатур позволяет настраивать прибор, не нарушая его герметичности, что значительно упрощает эксплуатацию прибора на площадке. Однако преимущество анализатора раздельного типа то, что подобная конструкция позволяет размещать датчик на расстоянии до 300 м от преобразователя и дает возможность контролировать процесс прямо из операторной. Это особенно актуально при эксплуатации прибора в суровых климатических условиях.

Конструктивное исполнение циркониевого анализатора кислорода ZR Yokogawa обеспечивает длительный срок службы в разных процессах, в т.ч. и в жестких условиях: при высоких температурах, в газовых потоках, загрязненных пылью и твердыми частицами, и т.п. Программируемый пользователем преобразователь обладает развитыми функциями, в частности, функцией самодиагностики, в т.ч. диагностика детектора — циркониевой ячейки.

Возможны по выбору пользователя автоматическая, полуавтоматическая, ручная калибровка, различные варианты конфигурации анализатора, использование многоканального преобразователя.

Основные характеристики циркониевого анализатора кислорода ZR Yokogawa:

·        Измеряемая среда: О2 в дымовых газах и смесях газов (кроме воспламеняющихся газов).

·        Пределы измерений мин.-макс.: 0-5…0-100 объемных % О2.

·        Воспроизводимость: 0,5% шкалы.

·        Время прогрева: 20 минут.

·        Время отклика: 90% отклика в течение 5 сек.

·        Температура измеряемой среды: 0…700°С; 0…1400°С (высокотемпературная модификация);

·        Давление измеряемой среды: до 250 кПа.

·        Температура окружающей среды:

зонд: 10…150°С;

·        преобразователь: -20.. .55°С.

·        Длина погружной части детектора:

0,4; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0м (для модификации общего назначения);

1,0; 1,5 м (для высокотемпературной модификации).

·        Реле сигнализации: по выбору из имеющихся 13 типов.

·        Питание: 220 В / 50 Гц.

·        Масса Циркониевого анализатора килорода ZR Yokogawa

зонда: 6 — 28 кг;

преобразователя: 6 кг.

2.                Термомагнитный принцип действия

Принцип действия газоанализатора термомагнитного базируется на зависимости от концентраций О2 магнитной восприимчивости газовых смесей, поскольку величина объемной магнитной восприимчивости кислорода выше на два порядка, нежели у большинства прочих газов.

Посредством устройств такого типа можно уверенно определять кислород в составе газовых сложных смесей. Газоанализатор термомагнитный функционирует, используя термомагнитную конвекцию содержащей кислород газовой смеси в неоднородных температурном и магнитном полях.

На рис. 4 представлена схема газового потока в измерительной камере газоанализатора МГК-348, в котором используется явление термомагнитной конвекции.

Если в смеси содержится кислород, то он взаимодействует с магнитным полем полюсов, в результате чего над термоэлементом возникает охлаждающий его газовый поток.

В свою очередь кислород, нагревшись, в значительной мере теряет свои магнитные свойства и выталкивается очередной «холодной» порцией анализируемого газа. Таким образом, над термоэлементом возникает непрерывный газовый поток, величина которого будет определяться концентрацией кислорода в смеси. Соответственно этому, степень охлаждения термоэлемента также будет определяться концентрацией кислорода. Различная температура и, следовательно, различное сопротивление плеч измерительного моста приведут к его разбалансировке. Напряжение дисбаланса, пропорциональное концентрации кислорода в анализируемой смеси, подается на вторичный регистрирующий прибор.

Автоматический магнитный газоанализатор на кислород МГК. Этот прибор предназначен для непрерывного определения концентрации кислорода в отходящих печных газах вращающихся и шахтных печей.

Исследуемая смесь газов пропускается через измерительную камеру 1 (рис. 4). Постоянные магниты 4 создают в камере сильное магнитное поле. В камере симметрично установлены два одинаковых термоэлемента 2 и 3 из платиновой проволоки, один из которых расположен в магнитном поле. Оба элемента включены в мостовую измерительную схему прибора.

Если в контролируемом газе не содержится кислород, то температура термоэлементов одинакова и мостовая схема находится в равновесии, а стрелка прибора стоит на нуле шкалы. При появлении в газе кислорода элемент 3, находящийся в магнитном поле, охлаждается конвективным потоком газа и его сопротив­ление изменяется. Мостовая измерительная схема при этом вы­ходит из равновесия и стрелка прибора отклоняется по шкале пропорционально содержанию кислорода в газе.

2.1.         Термомагнитный анализатор кислорода XMO2.

Рис.5.  Термомагнитный анализатор кислорода XMO2.

Рис.6.  Схема кислородной термомагнитной измерительной ячейки XMO2.

Парамагнитные свойства кислорода обуславливают втягивание в магнитное поле пробы кислородсодержащего газа. Магнитная восприимчивость кислорода уменьшается с увеличением температуры. Введение кислородсодержащей газовой смеси в магнитное поле, и ее нагрев приводит к возникновению вынужденного движения газовой смеси, при котором нагретая газовая смесь непрерывно вытесняется холодной смесью. Образующий конвекционный поток газа приводит к изменению сопротивления пары термисторов.

Определение концентрации кислорода и компенсация газового фона выполняется с помощью встроенного в преобразователь микропроцессора.

3.                Парамагнитный принцип действия

Парамагнитными свойствамиобладают кислород и окись азота, причем по абсолютному значению их магнитная восприимчивость в 100 раз и более превосходит магнитную восприимчивость остальных газов и паров. На этом основано измерение концентрации кислорода в многокомпонентной смеси.

 Рис. 7. Принцип действия парамагнитной технологии.

Два постоянных магнита создают неоднородное магнитное поле. В зоне его действия на тонкой нити подвешено гантелевидное тело из двух стеклянных сфер, заполненных азотом. На оси вращения сфер установлено зеркало, на которое направлен пучок света. Отражённый свет направляется на фотоприёмник.

Кислород из пробы стремится в точки с максимальной магнитной индукцией и выталкивает сферы, изменение положения сфер фиксируется фотоприёмником. Фотоприёмник в свою очередь связан с катушкой, нить от которой намотана на поперечине гантели. Чем выше сила тока, который требуется подать, чтобы вернуть сферы в исходное положение, тем больше кислорода в пробе.

Магнитная восприимчивость веществ зависит от температуры, поэтому для повышения точности измерений в некоторых приборах используется принцип термостатирования ячейки.

Преимущества:

·        быстродействие, как следствие простоты измерений и малого объема измерительной ячейки,

·        линейность выходного сигнала,

·        отсутствие значимого влияния фоновых газов,

·        возможность работы с коррозийными, агрессивными и горючими смесями,

·        отсутствие движущихся частей,

·        длительный срок службы.

3.1.         Анализатор кислорода Teledyne3020М

 Рис.8. Внешний вид анализатора кислорода 3020М.

Рис.9. Схема основных внутренних компонентов анализатора кислорода Teledyne3020M.

Технические характеристики

Диапазоны измерения

от 0-5 % до 0-100% программирование, (опционально 0-1%)

Взрывозащита

Exd IIB H2 T5/T6

Время отклика

90% истинного значения через <10 секунд

Рабочее давление

0,3-1,2 бар изб. на входе в анализатор, атмосферное (на сбросе пробы)

Калибровка

По газу с известной концентрации кислорода на уровне 80% от диапазона измерения, нулевой газ — основной фоновый газ без содержания кислорода

Рабочая температура

0°С… 50°С

Точность

±1 % от полного диапазона при постоянной температуре

Выходные сигналы

0-1В и 4-20мА постоянного тока, изолированные цифровой двунаправленный интерфейс RS-232 с возможностью расширения до RS-485

Чувствительность

0,5% от диапазона

Реле тревоги

одно реле тревоги срабатывает при отключении питания или неисправности анализатора, два программируемых реле пределов концентрации

Тип корпуса и класс защиты

Взрывонепроницаемая оболочка, IP67

Габариты

623 В х 388 Ш х 288 Г

Масса

50 кг

Электропитание

85- 240 В, 50/60 Гц

Описание

Полностью взрывозащищенная версия, имеющая все преимущества серии 3000М. Стандартная комплектация включает в себя полностью взрывозащищенный корпус NEMA 4/7 для установки в зоны В1-А, В1-Г, 3 программируемых пользователем диапазона диапазон калибровки, 2 программируемых реле пределов концентрации, двунаправленный RS-232C интерфейс, измерительную ячейку и линии подачи пробы из нержавеющей стали.!

Преимущества

·         Линейная характеристика на всех трех программируемых пользователем диапазонах

·         Автоматическое изменение диапазонов измерения

·         Возможность автоматической калибровки

·         Не требует газа продувки

4.                Электрохимический принцип действия

Для ряда применений единственным средством решения задачи измерения следов кислорода является электрохимический метод. Абсолютное большинство анализаторов следового кислорода в таких газах, как этилен, пропилен, природный газ, водород и других, выполнены на основе электрохимических сенсоров. Также электрохимические анализаторы отлично себя зарекомендовали при измерении кислорода на уровне ниже 10 ppm в инертных газах, таких как азот, аргон, гелий и др. Основным преимущество — отсутствие у них чувствительности к водороду и углеводородам, также содержащихся в инертных газах в микроконцентрациях.

Принцип работы электрохимического сенсора.

Принцип работы электрохимического сенсора прост и аналогичен принципу действия обычной батарейки. Принцип действия прибора основан на явлении протекания специфичной химической реакции (электрохимической реакции) в электрохимической ячейке, представляющей собой емкость с раствором электролита с электродами (анодом и катодом). Анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом, заполняющим ячейку. В результате в растворе возникают заряженные ионы, между электродами начинает протекать электрический ток, пропорциональный концентрации анализируемого компонента в пробе. Электрический датчик обрабатывает возникающий электрический сигнал.

Рис.10. Схема работы электрохимического принципа.

Контролируемый газ через противопылевой фильтр (также выполняющий функцию селективного (избирательного) фильтра) и гидрофобную мембрану диффундирует на измерительный (рабочий) электрод, выполненный из одного из благородных металлов (платина, золото, палладий либо другого драгметалла). Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод, и формируют во внешней цепи сигнал постоянного тока. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации детектируемого газа (кислорода). Благодаря контрэлектроду, потенциал электродов остаётся на неизменном уровне, значительно повышая стабильность ЭХЯ и улучшая её измерительные свойства.

4.1.         Анализатор кислорода Instatrans.

Рис. 11. Внешний вид Анализатора кислорода Instatrans.

Рис.12 . Схема поперечного сечения электрохимической ячейки анализатора кислорода Instatrans.

Технические характеристики

Диапазоны измерения

0-10,0-100,0-1000 ppm и 0-1,0-10,0-25%

Взрывозащита

1ExiaIIСT6 (при подключении через искробезопасный барьер)

Время отклика

90% истинного значения через <65 секунд

Рабочее давление

Атмосферное

Калибровка

По газу с известной концентрации кислорода на уровне 80% от диапазона измерения (плотность калибровочного газа должна быть максимально близка к плотности пробы), допускается калибровка по воздуху

Рабочая температура

0ºС… 50ºС

Точность

±1% от полного диапазона при постоянной температуре

Выходные сигналы

4-20мА постоянного тока

Чувствительность

0,5% от диапазона

Тип корпуса и класс защиты

Корпус для настенного монтажа IP65

Габариты

200х110х180мм

Масса

3,2 кг

Электропитание

12-24В постоянного тока по токовой петле

Наиболее универсальным анализатором кислорода в мире является модель Instatrans, предназначенная как для следовых, так и для процентных измерений кислорода в различных газах. При подключении анализатора через искробезопасный барьер, он может быть установлен во взрывоопасной зоне.

5.                  Метод лазерной спектроскопии

С каждым годом получают все более широкое распространение, лазерные анализаторы. Одними из основных применений данных анализаторов является измерение кислорода в дымовых газах, вакуумных колоннах синтеза углеводородов и трубопроводах отходящих газов, содержащих углеводороды и другие взрывоопасные компоненты. Лазерные анализаторы реализуют бесконтактный способ измерения и могут быть использованы для измерений в агрессивных или реакционноспособных газовых потоках.

Молекулы кислорода поглощают определенные длины волн электромагнитного излучения (760нм). Поглощение длин волн, близких к линии спектра поглощения минимально. Пропуская лазерный луч через анализируемый газ, содержащий молекулы кислорода, и настраивая длину волны луча на одну из точек линии спектра поглощения, и измеряя его интенсивность в конце оптического пути, мы можем измерять концентрацию кислорода в объеме, через который проходит лазерный луч. Способность быстрой настройки лазера на определенную длину волны используется для быстрого сканирования линии спектра поглощения и выбора наиболее подходящей длины волны, обеспечивая при этом стабильную повторяемость. В процессе сканирования интенсивность излучения лазерного луча, проходящего через измеряемый газ, регистрируется фотодетектором. Когда длина волны луча выходит за пределы линии спектра поглощения измеряемого вещества, интенсивность становится выше, чем на длинах волн, лежащих на линии спектра поглощения.

Рис. 13. Принцип работы лазерной спектроскопии.

Конструкция фотометрических анализаторов состоит из трех основных элементов: источника излучения, проточной камеры с пробой и фотодетектора. Также в измерительную систему входят вращающийся диск с отверстиями для модуляции сигнала, светофильтры и линзы для фокусировки луча. В зависимости от измеряемого компонента, диапазона измерения и состава пробы выбирается участок спектра, в котором измеряемый компонент поглощает максимальное количество длин волн, в то время, как фоновые компоненты пробы не поглощают излучение на этом участке спектра, или их поглощение незначительно. Выбранный спектр определяет тип источника и приемника излучения, а также тип светофильтров и конструкцию проточной ячейки. В случае, если требуется высокая чувствительность анализатора, используется дополнительная ячейка сравнения, которая заполнена газом сравнения. Кроме того, измерительная ячейка может иметь отражающую поверхность, при этом оптический путь между источником и приемником излучения возрастает, за счет того, что луч многократно отражается в ячейке.

Источниками излучения являются лампы различного типа, в зависимости от требуемого спектра излучения. Приемники излучения также имеют несколько вариантов исполнения. Наиболее распространенными являются детекторы основанные на сенсорах микропотоков, состоящие из двух камер, заполненных газом. В зависимости от интенсивности излучения, достигающего детектора, температура в камерах меняется, так как газ поглощает излучение и нагревается, в следствие чего, возникает микропоток газа между двумя камерами, фиксируемый сенсором микропотока и пропорциональный концентрации исследуемого газа.

5.1.         Поточный лазерный анализатор. Модель LGA-4000

Рис.14. Внешний вид поточного лазерного анализатора LGA-4000.

Основан на методе полупроводниковой лазерной спектроскопии.

Анализатор LGA-4000 состоит из источника излучения — лазера, приемника излучения с блоком обработки данных, и опционального центрального управляющего модуля. Источник и приемник устанавливаются друг напротив друга на трубопроводе или байпасе. Лазерный луч с определенной длиной волны проходит через газовый поток, протекающий по трубопроводу, от источника до приемника излучения. Обработанный электрический сигнал от приемника отправляется на центральный блок управления или внешние устройства регистрации данных.

Преимущества и особенности технологии:

·        Немедленный отклик на изменения в процессе

·        Исключает затраты на систему подготовки пробы и ее обслуживание

·        Подходит для измерения O2, CO, CO2, CH4, NH3, HCl, и H2O по объему

·        Исключает интерференции от фоновых компонентов и пыли, существенно повышая точность анализа

Принцип работы:

Молекулы измеряемого газа поглощают определенные длины волн электромагнитного излучения. Поглощение длин волн, близких к линии спектра поглощения минимально. Пропуская лазерный луч через анализируемый газ, содержащий молекулы измеряемого вещества, и настраивая длину волны луча на одну из точек линии спектра поглощения, и измеряя его интенсивность в конце оптического пути, мы можем измерять концентрацию интересующего нас вещества в объеме, через который проходит лазерный луч.

Способность быстрой настройки лазера на определенную длину волны используется для быстрого сканирования линии спектра поглощения и выбора наиболее подходящей длины волны, обеспечивая при этом стабильную повторяемость. Например, для кислорода, длина волны спектра поглощения составляет 760нм.

В процессе сканирования интенсивность излучения лазерного луча, проходящего через измеряемый газ регистрируется фотодетектором. Когда длина волны луча выходит за пределы линии спектра поглощения измеряемого вещества, интенсивность становится выше, чем на длинах волн, лежащих на линии спектра поглощения. Благодаря поочередному измерению интенсивностей лучей с длинами волн спектра поглощения и с длинами волн, не входящими в него, анализатор LGA-4000 обеспечивает высокую точность измерения и высокую чувствительность.

Рис.15.  Схема установки лазерного анализатора LGA-4000.

Применения:

·         Металлургия (доменные печи, коксовые печи, конвертерные газы)

·         Нефтехимия (регенерация катализатора при каталитическом крекинге, установки регенерации серы и др.)

·         Энергетика (котлы,отапливаемые углем и мазутом, рукавные фильтры, экономайзеры)

·         производство синтезгаза, мусоросжигательные заводы

·         производство цемента и стекла

·         производство аммиака и минеральных удобрений

Заключение

Применение анализаторов кислорода контролирует изменения концентрации кислорода в промышленных выбросах, что несет в себе экологическую безопасность производственных процессов, существенно повышает эффективность проведения химико-технологических процессов и долговечность работы дорогостоящего оборудования, обеспечивая экономический эффект, несоизмеримо превышающий стоимость приборов. Так же подробное описание каждого анализатора кислорода позволяет нам понять принцип действия и алгоритм работы прибора, что поможет нам подобрать нужный анализатор для того или иного технологического процесса.

Список литературы

1.     Кулаков М.В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М., 1983.

2.                Выдержка из книги Степанова Н.Н. «Современные методы и приборы для определения содержания кислорода, применяемые в нефтеперерабатывающей промышленности».

3.                Анализатор кислорода АДГ-210 Руководство по эксплуатации 5К1.552.047 РЭ.

4.                http://www.tyumen-pribor.ru/paramagnitnyy-analizator-kisloroda-v-gazah-mg8

5.                https://lifeo2.ru

6.                https://lifeo2.ru/xmo2.html

7.                http://www.ngpedia.ru/pg136x0lJ1t9X5S7w9w8c50004037488/

8.                https://lifeo2.ru/#!/catalog/lazernye_analizatory/107