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1、实验五 智能热导气体分析器的操作与维护一、 实验目的 了解智能热导气体分析器的工作原理和特性；掌握仪器的操作与维护。二、 工作原理1. 分析原理 热导气体分析器主要依据热量在传递过程中具有的热传导能力，不同的物质其热传导能力不同，各种气体在相同的条件下的热传导能力是不相同的。表征这种热传导能力用热导率来表示，气体的热导率随着温度的变化而变化。混合气体的热导率可近似地用叠加法来计算，它近似等于混合气体中各组份的体积百分含量和相应的热导率的乘积之和，即： (1)式中 混合气体的热导率； i混合气体中第i种组分的热导率； Ci混合气体中第i种组分的体积百分含量。 从式可知，要测量混合气体中某一组份的
2、含量必须满足下述条件：混合气体中不含干扰组份；待测组份热导率与背景气组份热导率有明显的差异，而且差异越大越好；背景气各组份之间热导率相同或相近。 如果满足上述条件，则式可近似简化为： (2)或 (3)根据式可知，要测量待测组份的体积百分含量 C1，必须测出混合气体的热导率。测量热导率的绝对值是很困难的，在实际工作中，通常采用间接测量法，即通过特殊设计的传送器，将气体热导率的变化转换为敏感元件阻值的变化，由检测电桥将信号检测出来，从而达到测量被测气体的体积百分含量的目的。2. 测量原理 仪器基于热导气体分析器的分析原理，采用铂丝作敏感元件组成不平衡电桥，恒压源给电桥加工作信号，以实现非电量与电量
3、的转换。电桥的参比臂内封入仪器测量范围下限所对应的气样（零气样），电桥的工作臂通入被测气体。当仪器通入“零”气样时，电桥处于平衡状态，输出信号为零，当含量大于“零”气样的被测气通入仪器时，电桥失去平衡，其不平衡信号的大小与被测组份的体积百分含量相对应。然后，将此信号进行放大、滤波、经智能化处理后输出标准信号和报警信号，大屏幕显示器直接显示出被测气体的体积百分含量及各种测量信息。三、 仪器组成1. 仪器结构图1 仪器结构框图仪器采用铸铝机箱的整体结构。仪器由传送器组合、主板组合、控制单元组合及机箱组成，所有这些部件都装在机箱内。主板组合安装在机箱底板右边；传送器装在机箱底板的左边，通过11 芯电
4、缆与装在机箱右边的主板组合相连；主板组合的电源变压器安装在箱内背部的右方，通过电缆及插座CZ1、CZ4 与主板组合相连；控制单元组合安装在机箱面板上，由电缆及插座CZ2 连接到主板组合上，机箱面板上有显示窗口，可直接观测气样的体积百分浓度值和各种信息，机箱面板上装有操作键盘，能够进行各种智能化操作。各部件与主板组合相连的接插件都带锁紧装置，保证连接可靠。机箱后部有两个气路接头，气路接头上分别挂有进、出口气样的标牌。定的过滤作用；机箱后部有三个电缆进线孔，分别是电源线、标准电流输出信号线、报警输出信号线。电缆穿入接线孔后用电缆紧固螺母拧紧，保证密封。铭牌贴在仪器的右壁，铭牌上标明了如下内容：仪器
5、名称及型号、测量对象、量程范围、背景组份、供电电源等。2. 传送器组合传送器是仪器的心脏部分，其主体是一个用铂丝作敏感元件的不平衡电桥，它将气体组份含量这一物理量转换成电量，从而实现气体组份含量的测量。敏感元件为高纯铂丝熔包玻璃结构，呈“1”字形，具有抗腐蚀和机械强度高的特点。传送器的气路为扩散对流方式。传送器中有一块小电路过渡板，板上装有电桥的另外两个电阻，骨架上还装有加热电阻、热敏电阻、温度保护器等。传送器所有信号由“11”芯连接电缆”连接到主板组合上。图2传感器的基本结构注意：RQD传感器上电前必须先通气，否则可能烧毁电桥！表1 传感器元件及作用名称作用骨架提供恒温环境加热电阻给骨架加热
6、过温保护器过温保护电桥电阻(4个140线绕电阻)构成电桥参比臂、测量臂构成电桥，为关键部分LM35温度传感器测量骨架温度热敏电阻用作温度控制电路的反馈3. 模拟电路板电路板分为以下几部分：稳压部分； 温控部分；调零部分；信号处理部分；电流输出部分。下面以PA200-RQD电路板为例讲解。稳压部分主要提供的电压：调试时应用表笔逐个核对15V，-15V提供给各个运算放大器的工作电压9V（PA100为1欧电阻两端的180mV）提供给电桥24V提供给电流输出用5V提供给数字电路板及显示器的工作电压图3稳压部分恒温调节部分图4恒温调节部分恒温部分的调试：(1)二极管稳压5.96.2V(2)调节电位器使温
7、度恒定在5860度，当加热指示灯微亮的时候即为恒定当前温度（可能需要反复调试）(3)左旋升温，右旋降温。如电位器旋到头仍不能达到要求温度，可考虑更换电阻R29传感器调零部分由于传感器电桥不可能完全平衡，所以增加此调零部分。(1)调试时须先通零点气（12L/h），待示数稳定后再进行调零。(2)调零部分是作为传感器零点的微调。不能过度依靠增加电位器阻值来达到调零目的，这样会造成仪器的灵敏度下降。(3)如若无法调零，在检查电路板确定无错误后，应考虑传感器本身的配对问题。图5传感器调零部分信号放大处理部分图6信号放大处理部分由于传感器的原始输出信号很小，所以采用一个差动放大电路来进行信号的放大。信号处
8、理部分调试：(1)先调整桥流（或桥压）在180mA（9V）。(2)通过选配电阻R9和调节电位器，同时调节调零部分，使得： 通零点气，使输出信号在200400mV的范围内。 通量程气，使输出信号在16001800mV的范围内。(3)重复标定：调节零点会影响量程，反之亦然，所以需要反复调试电流输出与上下限报警部分 包括输出电流值大小，继电器的通断等等。由于仪器的电源在此部分接入，调试时需格外小心。图7电流输出与上下限报警部分4. 控制及显示单元前置放大器输出的电压信号（0VU零线；L火线；GND地线报警点 1：未报警时H 与H1 常开，H 与H2 常闭；报警时H 与H1 闭合，H 与H2 断开报警
9、点 2：未报警时Low 与Low1 常开，Low 与Low2 常闭；报警时Low 与Low1 闭合，Low 与Low2 断开电流信号输出：I为输出正极，24VG 为输出负极3. 启动前的准备工作仪器在正式开机即接通电源之前必须按下列步骤进行一次系统的检查，确保正确后才能投运。按说明书本章第一条的要求，检查气路的连接是否正确；按说明书本章第二条的要求，检查电源和信号电缆的连接是否正确，接点是否松动，喇叭口接头是否拧紧；检查关闭箱盖的所有螺钉是否拧紧；在仪器的附件袋中有一份RQD-103Ex 隔爆型热导气体分析器装校记录卡，该卡记录了仪器的测量对象、背景气组份、量程范围等各种参数，此表不作技术保证
10、数据，可供调校仪器时参考，必须根据仪器编号对号入座，不能互换。4. 仪器的启动和预热仪器启动前必须先接通气体，可通入零点标准气或被测气体的流程气，切勿在无气的情况下启动仪器，以免烧坏检测元件。气样流量调节到12L/h 左右即可，然后接通电源，就可使仪器运行，预热三至四小时后，再对仪器进行校准。零点和终点标准气对应的mA 计算方法：如果输出4-20mA，则零点和终点标准气对应的mA 值分别为：六、 智能化组合的功能及键盘的操作1. 显示器该仪器采用大屏幕图形点阵液晶显示器，实现了丰富的测量状态信息显示和直观的菜单式操作界面显示。下图为测量状态下的信息显示。其中包括，测量值、测量参数名、实时时间、
11、测量组份、工程单位、量程模式、测量温度、输出电流及输出模拟条、状态信息等。显示屏幕对比度可以通过在测量界面下点按键盘的“”键来循环调节，每按键一次对比度变化一级。2. 操作键盘该仪器采用6 键薄膜触摸键盘，进行如校准、各种参数设置等操作。各键主要功能如下：3. 菜单项及说明4. 操作注意：高/低量程具有相同的起点（即零点，可以为零，也可非零）。不同的量程模式将影响测量值的计算及输出电流的大小，因此务必选择适合应用的量程模式。仪器有低量程（LowRange）高量程（HighRange）自动量程（AutoRange）等三种量程模式可供选择。低量程（LowRange）量程范围由C0、C1 确定。C0
12、 为零点，C1 为满度。要选择此模式，低量程必须经过了校准。选择此模式后，仪器按低量程的校准参数计算测量值，并按其量程范围输出电流。高量程（HighRange）量程范围由C0、C2 确定。C0 为零点，C2 为满度。要选择此模式，高量程必须经过了校准。选择此模式后，仪器按高量程的校准参数计算测量值，并按其量程范围输出电流。自动量程（AutoRange）量程范围由C0、C1、C2 确定。要选择此模式，高/低量程必须都经过了校准。选择此模式后，仪器将自动先按低量程的校准参数计算测量值，如果测量值高于C1，则按高量程的校准参数计算测量值。根据测量值的不同，将进行输出电流切换。即，测量值从低量程上升到高于低量程满度值时，输出其切换到与高量程对应；而当测量值从高量程下降至低量程满度值90%时，按低量程的校准参数计算测量值，输
