TDLAS激光O2监测系统

氧量分析仪是运用电化学/离子流/激光检测原理与新型微机技术相结合研发而成的新型智能化的氧气分析仪。进口传感器，具有寿命长、精度高、响应快等特点，对复杂背景气有较好的选择性。7寸彩色触摸电容屏显示，美观大气，触感灵敏。测量值和数值曲线双显示，简洁直观。

系统主要技术参数

（1）测量范围：O2（0.0～5.00）%（量程可选）；

（2）大允许误差：±0.1%F.S；

（3）分辨率：0.01%；

（4）稳定性：零点漂移±1%FS/7d；

量程漂移±1%FS/7d；

（5）重复性：0.1%；

（6）预热时间：10min；

（7）样气流量：（0.3～0.5）L/ min；

（8）样气接口尺寸：G1/2；

（9）电器接口尺寸：1/2NPT；

（10）工作电源：AC220V±10%，50HZ；

（11）工作环境：温度 －5℃～+45℃；

湿度 ≤90%RH；

（12）防爆等级：ExdIICT6；

（13）模拟输出：4～20mA；

（14）样气压力：0.05MPa≤入口压力≤0.1Mpa。

据江苏某新材料企业介绍，在生产聚酰亚胺纤维时会使用一种易燃溶剂，也就是二甲基乙酰胺，此溶剂在温度超过100℃时可能会形成爆炸物，因此，在生产中会使用纯氮气系统，而氧气是助燃气体，系统中的氧气含量直接影响着生产的安全。所以，需要对风道回收系统中的氧气含量进行在线监测，在氧气含量超标时对相关设备进行联锁停车，确保工人和生产设备的安全。

二甲基乙酰胺是一种易燃溶剂，在回收过程中其安全是很重要的，在控制风道回收系统中氧气含量就显得尤为重要，而氧含量分析系统中氧气含量的监测是整个系统的关键。所以，选用氧分析系统时需要满足几个特点：连续实时在线分析，仪表响应速度快，仪表检测精度高。该企业选用了防爆氧分析系统，且符合上述三点需求。

氧分析系统由预处理、采样和分析三部分组成，预处理部分采用中和、稀释或吸附等方式将样气中对传感器测量有影响的介质去除或稀释到允许浓度，所有部件均采用耐腐蚀材质，采用进口高分子膜过滤技术，可有效过滤强腐蚀性气体，以此来分析部分的寿命和测量精度。氧气含量检测数据，显示在仪表显示屏上，并将检测到的氧气含量以4-20mA的电流信号（或RS485）提供给中控室的ESD紧急停车系统进行系统的相关控制。

该氧含量分析系统投入运行以来，没有出现过重大故障，其运行稳定、数据准确可靠，为企业的安全生产提供了重要的保障，也为其他同类型分析仪表的使用提供了理论基础和宝贵的实践经验，具有很高的推广和应用价值。

石化行业中各种反应炉、燃烧炉、反应釜、离心机等都需要进行氧含量在线监测，如果氧含量达到到一定浓度，则很容易和其他物料发生反应，引发安全事故，为了防止形成爆炸性的混合物，对氧气浓度进行监测，目前常用的气体氧分析仪有顺磁氧原理、氧化锆原理、电化学原理、激光原理等等。

顺磁氧分析仪（磁压力式）

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测量原理：根据被测气体在磁场作用下压力的变化量来测量氧含量的仪器叫做磁压力式氧分析仪，被测气体进入磁场后，在磁场作用下气体的压力将发生变化，致使气体在磁场内和无磁场空间存在着压力差：△P=1/2u0H2k

•△P：压差
• u0：真空磁导率
• H：磁场强度
• k：体积磁化率

参比气（N2, O2 或者是空气）从两个参比通道进入测量池。其中一路在磁场区域内与样气相遇，另一路不经过磁场区域直接与样气相遇。氧浓度不同的两种气体在交变磁场的作用下产生与氧浓度差成正比的气流。微流量传感器测得该气流并将它转变为一个电信号。
优点：
•背景气对氧测量的影响较小
•测量元件采用微流量元件，耗气量少
•微流量检测器灵敏度高
•稳定性、抗干扰能力强
•被测气体不直接接触检测器，因此可以用于腐蚀性气体的检测
缺点：对震动敏感，磁氧分析仪安装位置需采取防振避震措施

激光氧分析仪

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基本原理：
1.朗伯-比尔定律
TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述式中，IV，0和IV分别表示频率V的激光入射时和经过压力P，浓度X和光程L的气体后的光强；S(T)表示气体吸收谱线的强度；线性函数g(v-v0)表征该吸收谱线的形状。通常情况下气体的吸收较小，可用式(4-2)来近似表达气体的吸收。这些关系式表明气体浓度越高，对光的衰减也越大。因此，可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。
2.光谱线的线强
气体分子的吸收总是和分子内部从低能态到高能态的能级跃迁相联系的。线强S(T)反映了跃迁过程中受激吸收、受激辐射和自发辐射之间强度的净效果，是吸收光谱谱线基本的属性，由能级间跃迁概率及处于上下能级的分子数目决定。分子在不同能级之间的分布受温度的影响，因此光谱线的线强也与温度相关。如果知道参考线强S(T0)，其他温度下的线强可以由下式求出式中，Q(T)为分子的配分函数；h为普朗克常数；c为光速；k为波尔兹曼常数；En为下能级能量。各种气体的吸收谱线的线强S(T0)可以查阅相关的光谱数据库。

优缺点：不受背景气体的影响，能够自动修正压力、温度对测量的影响，高准确性，，快速反应，运行稳定仅需少量的维护。调制光谱检测技术，对样品的洁净程度要求不高，非接触测量，可测量腐蚀性气体中的氧含量；样品不需要除水，但不能含有冷凝液滴；原位式安装，不需要采样系统，适用于压力低、管径大的场合，但需要用高纯氮气吹扫视窗；当压力高、管径小时可采用采样式。