LaserGasⅡO2分析仪用户使用手册
（版本1.3 ATEX）
鞍山纳斯克自控有限公司
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Ⅱ型激光气体分析仪安装即查手册
1. 绪论 (6)
1.1 总论 (6)
1.2测量原理 (6)
1.4 软件 (9)
1.5 激光器分类 (9)
2. 准备工作 (10)
2.1 工具和其它设备 (10)
2.2 在测量点选择条件 (10)
2.4 法兰和烟道开孔的要求 (11)
2.5 光缆和电子连接 (13)
2.6 防爆 (13)
3. 安装 (15)
3.1 安装和校准 (15)
3.1.1 激光气体分析仪安装 (16)
3.1.2 法兰吹扫 (17)
3.1.3 安装Ex-p系统 (17)
3.1.4 发射器和接收器吹扫 (18)
3.2 启动 (19)
3.2.1 电子单元启动 (19)
3.3 使用红外卡片校准发射单元/接收单元 (19)
3.3.1 校准发射单元 (19)
3.3.2 接收单元校准 (21)
3.3 使用激光工具校准发射器/接收器 (21)
3.3.1 发射单元校准 (21)
3.3.2 接收单元校准 (22)
3.5 调整到最大信号 (22)
3.6 连接个人电脑 (23)
3.7 连接调制解调器 (24)
4. 服务程序 (25)
4.1 软件启动 (25)
4.2 测量菜单 (27)
4.3 程序菜单 (29)
4.3.1图表读数 (29)
4.3.2 第二谐波信号 (29)
4.3.3 日志读数 (30)
4.3.4 观察错误记录 (31)
4.3.5 测量配置 (32)
4.3.6 气体具体参数 (37)
4.3.7 校准仪器 (40)
4.3.8 TCP/IP和调制解调器配置 (42)
4.3.9 文件下载/上传 (44)
5. 操作，维护和校准 (46)
5.1 操作模式 (46)
5.2 维护 (48)
5.2.1 日常维护 (48)
5.2.2 清洁光学视窗 (48)
5.2.3 仪器校准 (49)
5.3 法兰吹扫流量优化 (49)
5.4 仪器校准 (50)
5.4.1 比例校准和全部校准 (52)
5.5 仪器故障追查 (53)
6. 电子连接 (57)
6.1 发射单元接口 (57)
6.2 接收器电缆连接 (58)
6.3 电源电缆连接 (59)
6.4 辅助板连接器 (60)
6.4.1零点、量程和维护模式选择 (62)
6.5 RS-232和以太网连接 (62)
6.6 电流环（4-20 mA）输入连接（PLC） (63)
6.7 主电源电缆连接 (64)
6.8 发射单元板-保险丝和发光二极管 (64)
7. 量程和零点检查选项 (69)
7.1 带有径流单元的量程检查 (69)
7.2 带有内部封闭单元的量程和零点检查 (70)
1. 绪论
1.1 总论
此手册包括激光气体分析仪、EEx p版本（已被ATEX认证）的安装、操作和维护的信息。同时也包括激光气体分析仪的描述和它最基本的特征。
在使用激光气体分析仪前请仔细阅读第三和第四部分。它是一台尖端的精密仪器，运行状态包含大量的电子和激光技术。仪器的安装和维护要小心并做好准备。如果不这样做的话，可能会损坏仪器并且使担保书无效。作为NEO的子公司，NEOM非常愿意提供给你高质量、具有完全担保服务的仪器，并且非常愿意在你使用时给予帮助。
1.2测量原理
NEOM激光气体分析仪是一台基于可调二极管激光器吸收光谱技术(TDLAS)，在烟道，管道，过程小屋以及类似物内进行连续在线气体监测的光学仪器。激光气体分析仪利用一个发射器/接收器配置（彼此安装完全相反）去测量通过瞄准线路径的平均气体浓度。
测量原理是红外单线吸收光谱，它基于这样一个事实，每一种气体在特定的波长都有不同的吸收线。测量原理在表1-1中有说明。激光波长穿过一条选定的待测气体的吸收线被扫描。吸收线被仔细地选择，以避免来自其他（背景）气体的交叉干扰。由于对发射器和接收器之间光路上的目标气体分子的吸收不同，激光波长不同，探测光强随激光波长而变化。为增加其敏感性，采用了波长调制技术：当扫描吸收线时，激光波长会被轻微调节。第二谐波信号用于测量吸收气体的浓度。线振幅和线宽都是从第二谐波线形状中析取的，这使得测得的浓度对于由背景气体导致的线形状变化（线增宽效应）不敏感。
表1-1: 激光气体分析仪测量原理
注：激光气体分析仪测量的仅仅是特定气体的自由分子的浓度，因而对绑定在其它分子上成为复合体的分子和附着在或溶解在微粒和小滴的分子是不敏感的。当把这一测量方法与用其它测量技术得到的结果进行比较时一定要小心。
1.3 仪表描述
激光气体分析仪包括三个独立的单元：带有吹扫的发射单元；带有吹扫的接收单元；电源供应。
表 1-2: 激光气体分析仪总体视图
发射单元包括带有温度稳定二极管激光器的激光模块，校准模块和在一个铝保护盒里的主要电子单元。它也包括一个与电源连接带有螺丝接线端的连接盒（参见图1-2）、接收器电缆和输入/输出端子（参见第六部分）。接收单元包括一个聚焦透镜，光电探测器和一个铝保护盒里的接收器电子单元。发射单元和接收单元都有IP66保护等级和最大能够承受5bar压力（绝压）的标准光学视窗。分析仪是通过所提供的吹扫或校准单元来装配发射单元和接收单元的，它们依次被固定在DN50法兰上（见表3-1）。光学校准非常容易而且很可靠，同时吹扫防止灰尘和其它污染物落在光学视窗上。表1-3显示的是激光气体分析仪的一个结构图表。电源供应单元把100—240V交流电转换为24V直流电。电源供应盒子通过Ex-p控制系统连接到发射器盒子上。来自外面气体温度/压力传感器上的4-20 mA 输入信号被连接到发射单元里面的端子上。发射单元与接收单元用一根电缆连接。从光电探测器探测到的吸收信号是增强的，并且通过这条电缆输送到发射单元。这也是一条供电电缆。发射器Al箱子包含了电子单元的主要部分。CPU板执行所有仪器的控制和气体浓度的计算。主板上合并有仪表操作所需要的所有的电子单元，比如二极管激光电流和温度控制和模拟数字信号转换。一台显示器（LCD）连续地显示气体浓度、激光束传输和仪表状态。RS-232端口可用于与个人电脑直接串行通信。可选择的以太网板通过局域网提供TCP/IP 通信，这样它就可以用来代替串行通信。辅助板提供输出选择，比如为气体浓度测量和和激光束传输（后者可选）的4-20mA电流输出，它可以接替控制仪表状态（警告/错误），也可以作为一个气体警告中转。被测量的气体浓度、激光束传输和其它的参数同样可以通过一个可选择的光学纤维连接器传输出来。
表1-3: 仪表电子单元结构图
1.4 软件
为激光气体分析仪服务的软件包括两个程序：
1.一个程序是掩藏的，用户看不到，它与CPU电子单元结合成为一个整体，在CPU上运
行。这个程序执行所有必要的计算和自我监测工作。
2. 一个是运行在连接的标准个人电脑上，通过RS-232 连接的基于windows的程序。这个
程序使得在仪表安装、服务或校准过程中与仪表通信。
操作员只有在安装和校准过程使用个人电脑运行这个程序，而在仪表正常的操作过程中并不需要。更多具体信息详见第四章。
1.5 激光器分类
根据待测气体，当在700-2400nm之间的近红外区范围内操作激光气体分析仪时，使用二极管激光器。激光器有一个输出电源，根据IEC 60825-1最新版本的分类，激光气体分析仪作为一类激光器产品。
注意：激光器发射不可见光！
2. 准备工作
2.1 工具和其它设备
在安装和校准仪器时，请准备以下工具或设备：
● 2 把以上固定M16螺丝的扳手
● 1 把连接法兰上螺丝的5mm艾伦内六角扳手
● 1 台个人电脑(386以上配置)。在安装或校准过程中使用。
● 1 把准备连接电源的平口2.5mm螺丝刀
2.2 在测量点选择条件
当决定激光气体分析仪的安装位置时，在测量点之前我们推荐最小5个烟道直径的直的输送管，在测量点之后推荐两个烟道直径的直的输送管。
2.3 分析仪安置
发射单元和接收单元都必须很容易接近。一个人应该能站在发射单元或者接收单元的前面，使用两个标准的扳手调整M16固定螺丝。对于接收单元来说，如表2-1所示，它距离安装在烟道上的法兰和由它开始向外测量都应该有1米的自由空间。
表2-1: 发射器和接收器安装公差
2.4 法兰和烟道开孔的要求
分析仪要求两个孔相对，分别位于直径的两侧，直径至少为50mm。用于连接的标准法兰是内径50mm、外径165mm的DN50/PN10型法兰。法兰可以在操作过程中直接安装，出于安全考虑，也可以作为阀门的一部分连接到过程中。在表2-2中有这两种选择的说明。
NEOM激光气体分析仪设计有能使法兰倾斜的校准装置。然而，法兰应该被焊接到烟道上，在表2-3 和2-4中有最初完成此事的详述。
表2-3:法兰角度校准公差
象表2-3所描述的，法兰线最好能调1.5 。平行线AB和CD之间的距离（表2-4）应该满足表中的说明以确保管子不会遮蔽激光束。
表2-4: 法兰直线公差
在正确的校准之后，由于温度或振动影响，激光束和接收单元中心轴之间允许漂移的最大角度是±0.3?，这对于测量并没有影响。
2.5 光缆和电子连接
发射单元和接收单元用所提供的接收器电缆连接。未经NEOM许可，这根电缆不能够被替换，也不能改变电缆的长度超过20m，因为这可能影响校准或仪表的精确性。
可选择的光学纤维的长度没有限制，但是，使用者应该核实发射单元的4-20 mA模拟电流输出的电缆长度不影响测量（由于感应等原因）。个人电脑服务的电缆长度是3m，它可以被延伸到10m。
电力电缆（到发射单元的电力供应）的最大长度是100 m。
环电缆（发射单元到接收单元）的最大长度是150 m。
（可选的）以太网电缆的最大长度是100 m或更长（取决于当地网络配置）。
如果在安装过程中电子连接就要建立，详情请参照第六章的说明。
2.6 防爆
仪表标识，这有以下几点含义：
设备组Ⅱ，第二类
设备的设计使其能够运行在与厂商所建立的操作参数相一致的环境下，并且能够确保高水平的保护。这类设备用于水蒸气、气体、薄雾、空气尘埃混合物可能会发生爆炸的环境中。
这一类设备的保护意味着：即使经常发生干扰或设备故障（一般情况下这是应该考虑其中的）也能保证必要的保护水平。仪表适用于被定义为低的一区（易燃气体, 水蒸气或液体）或一区（易燃灰尘）。仪表适用于所有的气体组。
GD
对于气体、水蒸气、灰尘，仪表都已经过认证。
T64℃
仪表外部最大的表面温度
EEx p
保护方法是“吹扫/加压”
气体组Ⅱ（不限于特定的气体）
温度等级T5
最大的表温被指定为100 ℃
一区（Zone 1）
一区（Zone 1）是易燃气体、水蒸气、液体的集合，在正常的操作条件下它们能存在一段时间。
一区（Division 1）
一区（Division 1）是易燃灰尘的集合，在正常操作条件下它一直存在或存在一段时间。
请注意分析仪必须和已被ATEX认证的控制系统一起使用，但是控制系统并不是标准供货范围的一部分（如果需要选择控制系统的建议，请与当地的分销商联系）。控制系统必须遵循以下仪表说明：
表格2-1：Ex-p 说明书
Ex证书(pp II – III)请参见附件中的第[15] – [17]部分。
3. 安装
3.1 安装和校准
这部分所描述的安装程序请参见表3-1和表3-2。
表3-1：激光分析仪单元和它的主要部件
1. 发射器单元和机架
2. 安装螺帽
3. 光学视窗
4. 适配器环
5. 校准和吹扫单元（DN50型）
6. 吹扫气体入口
7. 量程单元入口（非腐蚀性气体，同样见第7部分）
8. 接收器单元和机架
9. 直流电源电缆
10. 接收器电缆
11. 液晶显示器
3.1.1 激光气体分析仪安装
安装之前请通读所有的用法说明。
所有的外部部件都是用不锈钢或铝制成的。安装前所有的线路都要使用合适的润滑油润滑。接收器和发射器都有工厂给安装的光学视窗。光学视窗不能被拿掉，而且他们的角度位置不应改变。对于成功的校准来说，这些都非常重要。同样，在连接电缆之前要确保没有连接电源或者电源是关着的。请注意：电源插销是分离设备（仪表上没有单独的电源开关），应置于操作员容易接触到的地方。请遵照以下步骤安装仪表：
1. 用四个M16x60型螺钉（参见表3-4）把发射器校准和吹扫单元（5）安装到烟道法兰上。
在任意一侧的四个螺钉都必须紧紧的固定压缩O型环。首先调整安装单元的四个连接螺丝，以确保仪表的校准和对O型环统一的压缩。
2. 如
3.1.2部分所述，安装仪表密封的吹扫单元。
3. 打开吹扫，详情请参照3.1.2部分。
4. 把视窗适配器环（4）放在校准单元上。确保校准单元上的O型环是紧的并且是润滑的。
校准单元上的定位针必须适合适配器圆环上的孔。
5. 在适配器环上粘附一个没有润滑的O型环，把发射单元连接到校准单元上。适配器环
上的定位针必须适合发射器窗口上的孔。把发射器机架上的螺丝拧紧。
6. 对于接收单元，请重复以上1-5步骤。
7. 如果在工厂里没有预先连接，请在发射单元里连接电缆（电源和接收器电缆，表6-1）。
请参见表6-2和表6-3。
8. 如果在工厂里没有预先连接，请在接收单元里连接接收电缆（参见表格6-2）。
9. 把可选择的输出信号(4-20mA, 警告中转等) 连接到发射单元“辅助”终端上。（见表
6-1，使用辅助的电缆密封管）。参见6.4部分。
10. 把输入信号，比如外部温度和压力探测器连接到发射单元上指定的终端上（使用电源
电缆密封管）。参见6.6部分。如果连接到了发射器的终端上，毫无疑问，在工厂里安装的电线应该从终端上拿掉。
11. 如果提供220/110V交流电-24V直流电电源的变压器盒子运作的话，必须把它放置在Ex
区域之外（参见表3-2）。把电源供应单元连接到Ex-p 控制系统上。
12. 把Ex-p 控制系统连接到发射单元（参见3.1.3部分，表3-2和6.3部分）。
在Ex-p 控制系统已经安装和运转之后，激光气体分析仪的开关可以首先打开。启动
程序在3.2部分有描述。
3.1.2 法兰吹扫
通过安装正压气流经由法兰进入烟道从而保持仪表视窗清洁。吹扫阻止颗粒沉淀在光学视窗上污染视窗。吹扫气体必须是干燥的而且是干净的。我们推荐使用仪表气体吹扫。
如果仪表气体不能用的话，就需要一个分离的吹风机。对于大多数安装来说，大于
20-50l/min（依过程而定）的吹扫气流是足够的。也可以选择，最初的法兰吹扫气流的速率设定为灰尘速率的1/10。在安装完成以后，吹扫流在5.2部分有详细说明。
气体质量应该遵循ISO8573.1，2-3级所设定的标准。这意味着低于一微米的颗粒应该被清除，包括凝结液体水，油和21℃时最大允许残存的0.5 mg/m3油浮质含量（仪表气体）。
注意一些仪表需要氮气吹扫，例如，高温或高压应用的O2仪表，一些H2O仪表等。3.1.3 安装Ex-p系统
请注意分析仪必须和已经ATEX认证的控制系统一起使用。控制系统并不是标准交货范围的一部分（如果需要选择控制系统的建议，请与当地的分销商联系）。控制系统必须与2.6部分所给的仪表说明书相一致。
表3-2描述了连接到已经ATEX认证的控制系统和控制阀上的爆炸保护分析仪的总体结构。如表中所示，用于吹扫的6mm金属管连接到接收器和发射器的铁模插座上。请注意，离座架螺丝最近的接收器上的铁模插座，不能连接。
既然在发射器和接收器里面有光学表面，必须要确保吹扫气体的干净，而且额外的过滤也可能是必要的。注意所谓的“仪表气体”可能包括一些油和水。如果接收器和发射器被这样的气体吹扫，在很短的一段时间之后，它们会被永久的损坏。
确保气体流向如表3-2所描述的那样。外部电源供应输入（例如：起作用的温度或压力探测器，见6.6部分）必须连接到开关上，开关是由Ex-p控制系统操操作的（见表3-2）。
请参照手册中已经认证的ATEX控制系统以便成功安装。
表3-2：带有控制系统的防爆保护分析仪
3.1.4 发射器和接收器吹扫
注意：为了达到测量目的，一些仪表需要氮气吹扫，例如，为达到足够的测量准确性必须把待测气体从内部的测量路径上去掉。例子是高温高压应用的O2分析仪和低水平的O2或H2O分析仪。发射器一端的吹扫气流与上面表3-2中的一样。接收器一端的吹扫气
流有一点不同；视窗和镜头之间的体积也必须吹扫，参见表3-2。
表3-3 发射单元和接收单元吹扫
3.2 启动
如果已经按照前述部分全部安装好发射器和接收器，那么激光气体分析仪就准备好可以启动了。系统的启动包括三个部分：
●电子单元的启动
●发射器校准
●接收器校准
3.2.1 电子单元启动
打开电子单元开关。发射单元的液晶显示屏将会进入以下启动模式：
启动顺序确保在打开开关前激光已被调整到正确的温度，在所有的系统中仪表都运行自我检测。从启动到仪表发出激光允许有5分钟的间隔。
当激光启动时，液晶显示屏可能会显示《激光线错误》或《低传输》。这是正常的，也表明了接收单元和发射单元没有校准，例如，激光束不能击中接收单元里面的探测器。
如果你使用红外卡片校准发射单元/接收单元，请参照3.3部分。如果你使用激光工具校准发射单元/接收单元，请参照3.4部分。
3.3 使用红外卡片校准发射单元/接收单元
3.3.1 校准发射单元
校准程序必要的工具和其它设备
●1个红外卡片
●2个校准法兰的扳手
●1个连接螺丝的5mm的艾伦内六角扳手
1. 打开仪表开关，通过松开座架螺丝（视窗适配器环会被留在吹扫单元上），解除
接收器与校准单元连接。来自发射单元的激光束是不可见的。
要避免直接向发射单元里面看！
2. 使用一个红外卡片使激光束落在接收器一侧。在白天激光束可能很难被探测到。
（用一个黑的塑料袋子遮盖会有所帮助）如果激光束不能被探测到，松开表3-4 所示发射单元上的校准螺丝，使用这个红外卡片仔细的从一边到另一边、上下移动它使得激光束落在接收器一侧（需要两个人）。
表3-4：校准装置详细资料
3.已经找到了激光束以后，通过仔细调整发射器一侧的校准螺丝把激光束调整到孔
的中央。通过拧紧发射器一侧的连接螺丝锁定校准，并且检查校准没有被改变。
表3-5：把激光束置于中心的红外卡片
4.激光束现在位于中心了，但是并不必然已经与接收单元上的光学轴平行。以下的
部分描述了把激光气体分析仪接收单元的信号校准到最大的程序。