LGA-4100半导体激光气体分析仪

LGA-4100半导体激光气体分析仪由激光发射模块发出的激光束穿过被测烟道（或管道）,被安装在直径相对方向上的光电传感模块中的探测器接收，分析控制模块对获得的测量信号进行数据采集和分析，得到被测气体浓度。在扫描激光波长时，由光电传感模块探测到的激光透过率将发生变化，且此变化仅仅是来自于激光器与光电传感模块之间光通道内被测气体分子对激光强度的衰减。光强度的衰减与探测光程之间的被测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减可以分析获得被测气体的浓度。

图2 基于半导体激光吸收光谱（DLAS）测量技术系统组成示意图

l 原位测量，检测灵敏度，响应速度快；

l 体化设计，结构紧凑，可靠性；

l 模块化设计，可现场更换所有功能模块；

l 智能化程度，操作、维护方便。

1) 单线光谱技术

“单线光谱”测量技术利用激光的光谱比较窄、远小于被测气体的吸收谱线的性，选择某位于定波长的吸收光谱线，使得在所选吸收谱线波长附近无测量环境中其它气体组分的吸收谱线，从而避免了这些背景气体组分对该被测气体的交叉吸收干涉，图3是“单线光谱”测量原理图。

图3 “单线光谱”测量原理图

2) 激光频率扫描技术

LGA-4100半导体激光气体分析仪通过调制激光频率使之周期性地扫描过被测气体吸收谱线，激光频率的扫描范围被设置成大于被测气体吸收谱线的宽度，从而在次频率扫描范围中包含有不被气体吸收谱线衰减的图1.1中的“Ⅰ”区和被气体吸收谱线衰减的“Ⅱ”区。从“Ⅰ”区得到的测量信号可以获得粉尘和视窗的透光率Td，从“Ⅱ”区得到的测量信号可以获得粉尘和视窗以及被测气体的总透光率Tgd=Td*Tg。因此，激光现场在线气体分析系统通过在个激光频率扫描周期内对“Ⅰ”、“Ⅱ”两区的同时测量可以准确获得被测气体的透光率Tg=Tgd/Td，从而自动修正粉尘和视窗污染产生的光强衰减对气体测量浓度的影响。

3) 谱线展宽自动修正技术

在气体温度和压力发生变化时，被测气体谱线的展宽及度会发生相应的变化，从而影响测量的准确性。通过输入(4-20)mA方式的温度和压力信号，LGA-4100半导体激光气体分析仪能自动修正温度和压力变化对气体浓度测量的影响，从而保证了测量数据的精确性。

LGA-4100分析仪的供电如下图4所示，24V DC电源首先被接入到隔爆的正压单元（并没有直接给正压腔体内的电路），正压单元内的控制电路开始检测从正压腔体内的压力传感器传来的压力信号，并显示在压力指示条上，同时根据该压力来判断是否给正压腔內电路供电。

                           图4 LGA-4100分析仪供电原理图

正压单元面板主要由电源指示灯、状态指示灯和压力指示条组成，其中：

压力指示条：用于指示正压压力数值，指示条共10格，代表0Pa-1000Pa的差压范围，每格代表压力100Pa。

电源（Power）指示灯：红色LED指示灯，用于指示正压控制模块的电源情况。红灯亮表示正压控制模块已经正常上电。

状态（State）指示灯：能显示红、绿、黄的LED三色指示灯，其中：

a) 指示灯不亮：发射和接收单元内部压力处于低压状态（小于300Pa），正压控制单元不接通发射和接收单元的供电电源；

b) 指示灯呈黄色：发射和接收单元内部压力已从低压状态进入正常工作状态（500Pa-1000Pa），正压控制单元正处于换气延时（15分钟）等待中。此时，正压控制单元仍不接通发射和接收单元的供电电源；

c) 指示灯呈绿色：发射和接收单元内部压力已经达到正常工作状态，并完成换气，此时正压控制单元接通发射和接收单元的供电电源，系统处于正常工作状态。

d) 指示灯呈红色：发射和接收单元压力处于警告工作状态，此时压力可能可能处于欠压(300Pa-500Pa)或者过压(>1000Pa)状态，此时正压控制单元仍会接通发射和接收单元的供电电源。

2) 正压压力的调节

由仪表的供电原理可知，仪表要正常上电工作，正压压力必须大于等于500pa，并保持15分钟以上，那么仪表的正压是怎样实现和调节的呢？

图5 仪表吹扫和正压气路图

如图5所示，正压气体由吹扫单元接入，经过滤、减压、流量控制，首先被送到发射单元；接着被引到接收单元，再由接收单元的阻燃器排空，而压力传感器就安装在接收单元内腔。综上，在整个正压气路气密性良好的基础上，只要调节进气减压阀的压力即可调节正压压力。

3) 开机步骤

了解了仪表的供电原理和正压调节的方法，仪表的上电应该就没有问题了，但仍有些细节需要注意。

l 确认仪表的电源、信号输入/输出、吹扫及正压气源连接正确。

l 卸开进吹扫单元的气源总管，打开总管球阀，进行气源管道吹扫，清除管道内的铁锈等杂质。

l 连接进吹扫箱的气源总管，调节减压阀调节旋钮。使吹扫气体减压阀压力表显示为0.4Mpa左右。

l 打开焊接法兰根部的维护切断阀。

l 接通系统电源后，电源状态指示灯（POWER）点亮红色，证明正压单元已上电成功。

l 观察接收单元的正压压力指示条，微调减压阀调节旋钮，使正压压力指示条保持5-9个点亮。

  l 根据防爆规范要求，系统在达到正压要求延时换气15分钟之后，发射和接收单元内部才正式通电运行，此时正压控制模块的电源指示灯变为绿色，发射单元LCD液晶屏界面显示出上电自检信息，仪表上电成功。

LGA-4100分析仪日常的巡检内容有下几项：

1)、检查仪表测量值是否正常

仪表的检测数据般都有规律或者经验数据，当工艺没有显著变化的情况下，仪表的测量值出现有别于经验数据的异常，我们通常情况下都会同时检查工艺和仪表。

2)、检查仪表透过率是否在10%以上（报警59/60）

3）、检查吹扫气体压力和流量，检查正压压力是否正常

4）、检查报警码显示

LGA-4100分析仪在工作异常时，会自动在液晶屏上显示，报警码后有相应的报警说明

标定注意事项：

Ø 如只是日常检查或怀疑测量不准，建议通入标气比对，而不用进行标定操作。

Ø 如仪器输出是联锁控制的，在标定前应先断开联锁，标定完成后再接回联锁。

Ø 在标定前为了防止误操作，可以使用标定菜单中的备份功能；若在标定过程中出现意外情况可以使用标定菜单中的恢复功能；

Ø 在仪器面板液晶显示屏上有错误或警告报警信息出现时，不能实施标定工作。

Ø 标准气体容器到标定管进气口之间应使用尽量短的连接管线。

Ø 标定时人要站在上风处，尾气排放在通风，偏僻的地方。

图6  LGA-4100激光气体分析仪标定流程

以下仅为LGA-4100分析仪的按键操作，必须在标定流程下进行。

1) 标定零点的步骤

l 按上图所示连接气管，通入零点气体，（在连接标定气阻流器的情况下），将减压阀出口压力表调节至3kg/cm²，通气持续5分钟。

l 待“气体浓度”显示值稳定后。注：假如显示值和标准气的值相差很大的情况，客户必须重新检查管路和设置的正确性。

l 按“SET”键，进入密码设定，输入密码“1111”。

l 然后通过主设置界面，通过“＜”或“＞”键，使光标移到“离线标定”，按“SET”键确认“离线标定”。

l 在“离线标定”菜单下通过“＜”或“＞”键选择“调整零点”。

2) 标定满度的步骤

l 在【离线标定界面】更改以下的参数

Ø 按“＜”或“＞”键使光标移到“标定光程”设置，气路的连接如上图的情况下，此时“标定光程”就是设标定管的长度，如没有殊说明，长度为0.4616M或1.1216M。

Ø 然后按“＜”或“＞”键使光标移至“标定温度”，然后按“SET”键选择“输入方式”进行设定即可，标定温度的设定就是标定管所在位置的温度（即环境温度）。

注意：因为外界环境温度经常会变化，所以必须重新设置。

Ø 然后按“＜”或“＞”键使光标移至“标定压力”，然后“SET”键选择“输入方式”进行设定即可，

Ø 标定压力的设定就是标定管所在位置的压力（即环境压力：基本为个大气压力0.1Mpa）。

l 之后按“＜”或“＞”键把光标移到“标定预览”，按“SET”键。

l 然后设定“标定浓度”，按“SET”键进行设定，设定的原则：就是根据标气瓶上小标签上的标注的浓度值的大小。

l 按上图通入标准气体，（在连接标定气阻流器的情况下），将减压阀出口压力表调节至3kg/cm²，通气5分钟。

l 待“气体浓度”显示值稳定后。注：假如显示值和标准气的值相差很大的情况，客户必须重新检查管路和设置的正确性。

l 然后通过“＜”或“＞”键使光标移至“确认标定”。按“SET”键，仪器开始标定，显示标定进度画面。

当LGA-4100分析仪的测量值与手工分析值或经验值偏或偏低时，我们该如何处理呢？下来主要就导致测量值异常的几个常见问题进行分析，并介绍相应的处理方法。

图7 测量值异常处理流程

1) 判断手工分析和经验值的准确性。

通常在仪表的测量值大于或小于手工分析值或经验值时，我们就认为LGA-4100分析仪异常了。但是以手工分析值作为LGA-4100分析仪正常与否的标准是不科学的。

例如，传统气体分析仪器奥氏气体分析仪，常用于CO₂、O₂、CO、H₂、烃类等的含量测定。其工作原理是利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分。

具体来说：用40％的氢氧化钠吸收试样中的二氧化碳；用焦没食子酸钾溶液吸收试样中的氧气；用氨性氯化亚铜溶液来吸收试样中的氧化碳。然后根据吸收前后试样体积的变化来计算各组分的含量。CH4和H2用爆炸燃烧法测定，剩余气体为N2。

奥氏分析仪的绝对误差般为±0.2%，因为其操作复杂，分析周期长，分析人员的操作技能和“态度”对分析的精确度有很大影响。所以，我们认为奥氏手工分析的结果可以作为定性结论，即可以以其测量值作趋势图与LGA-4100分析仪的分析结果趋势比较。

经验值般都不会存在问题，但套用经验值时定要确认工艺情况是否和通常情况样。

2) 工况问题

工艺发生改变后，往往会对被测组分的含量造成影响，例如，炉炼铁喷煤系统中的原料煤由无烟煤更换为烟煤，煤粉仓中的CO含量定会增加。燃气锅炉减小了空气鼓风量时，气废气管道中的可燃气含量肯定会增加。故仪表测量值异常时，我们首先需了解工艺是否有异常，二者是否有关联。

3) 仪表参数检查

在本手册2.2节中，详细的介绍了参数对仪表测量值的影响。仪表参数其可能被误操作，其二在仪表采用自动温度、压力补偿时，温度和压力信号异常时，仪表的测量值也会出现偏差。故测量值出现异常时，确认仪表的参数的正确也是必选的工作。

4) 吹扫流量检查

由本手册2.5和2.6节中可知，当吹扫流量低于设定值时，吹扫不充分会导致实际测量光程大于设定的测量光程，导致测量误差。吹扫流量过大时同样会导致测量错误。

5) 标准气验证LGA-4100分析仪是否正常测量

LGA-4100分析仪测量功能是否正常，有效的方法就是标准气验证。即将接收和发射单元安装到标定管上，通入标准气体，并设定相应的参数，看仪表是否能准确的测量标气浓度。具体操作方法和流程可参见本手册3.2节。

6) 检测吹扫气体中是否含有被测组分

测量的方法和检测标气浓度的方法相同，吹扫气中含有被测组分对仪表测量的影响和处理方法参见本手册2.6节。

7) 如以上方法均不能解决，请联系聚光客户服务部。

仪表透过率过低

图8 透过率问题处理流程

1) 检查有无异常工况

工况的异常将会导致透过率降低，如管道内气体未经原定处理系统净化（初冷器、除尘器等）；进入其他非常组份（水气、粉尘）标。可通过工艺协调调查清楚。

2) 检查和调整吹扫气体流量及压力

3) 检查和清洁光学视窗

l 依次关掉仪器电源、根部球阀、吹扫减压阀；

l 松开锁箍，拆下发射和接收单元，取下玻环，清洁玻环上的光学玻片；

l 重新装回玻环和发射、接收单元，旋紧锁箍； 

l 打开根部球阀，开启减压阀，将压力调节至(4-6)kg/cm²；
4) 装上标定管通

正常情况下仪器安装在标定管上时，仪器的透过率大于90%，可以据此来判断仪器本身是否存在问题。

5) 检查清理吹扫内棒

在吹扫气体停止吹扫时，过程气体进入吹扫内棒，形成死气，且球阀部位的气体温度降低，其中的些灰尘、杂质易沉积在吹扫内棒中，阻挡激光通路。

我司门设计了可带气操作的除污工装使用方法如下：

注意：维护时需至少两人配合协调工作。

a) 组装除污工装（除污杆表面涂上少许硅脂/黄油，保证密封和润滑）；

b) 拔下除污手柄并从该端套上锁箍；

c) 把除污组装件从钢刷那端插入发射单元仪器法兰，注意垫环上有销钉孔要和仪器法兰上的销钉对应起来（垫环安装与玻环相似）之后旋紧锁箍；

d) 打开吹扫流量控制针阀，打开探头球阀，装上除污手柄，握住除污手柄顺时针方向旋转并慢慢往前推进；推进至大约钢刷过吹扫内棒顶头再顺时针方向旋转慢慢往后拉，这样反复2到3次；

e) 把除污棒拉回至刚开始安装位置，关闭探头球阀，检查系统气密性后再关闭吹扫流量控制针阀（气密性完好表现为吹扫转子位置为流量计下端）。松开锁箍，拆下垫环；

f) 换接收单元除污，方法步骤如上。

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