Анализатор
Анализатор (Testo 350) – это прочный пластиковый блок, состоящий из сенсоров, насосов, системы охлаждениягазов (охладитель Пельтье + насос), клапаны, электронная схема и т.д. У анализатора также имеется операционная система, позволяющая использовать анализатор как автономное устройство с поддержкой журнала данных измерений (объёмом до 250.000 показаний) для полуавтоматической непрерывной работы. У анализатора также предусмотрена возможность дистанционного управления (на расстоянии до 3000 футов) через кабель шины данных или с помощью блока управления анализатором, помещённого в переносной кейс.
Конденсатосборник
Прозрачная акриловая ёмкость на боковой панели анализатора предназначена для сбора конденсата. Отвод водяного конденсата осуществляется следующим образом: 1) путём открытия заглушки, 2) через подсоединённый к стоку шланг, а также 3) путём снятия конденсатосборника. Отсоедините конденсатосборник от анализатора, слейте содержимое и вытряхните остатки конденсата.
Управляющий модуль
Портативный управляющий модуль "S" служит для поддержки интерфейса управления анализатором. В состав управляющего модулявходит: системное программное обеспечение, дисплей с настраиваемой подсветкой, рулон термочувствительной бумаги и соединительные порты. Управление анализатором осуществляется исключительно через портативный управляющий модуль.
Система разбавления
Данная система служит для расширения рабочего диапазона сенсора CO путём дозированного добавления нужного количества "разбавляющего воздуха" через прецизионный блок клапанов. Управление системой разбавления осуществляется исключительно через сенсор CO. Выбор коэффициентов разбавления (1, 2, 5, 10, 20 или 40) осуществляется через функциональные кнопки. Значения рассчитываются автоматически по выбранному коэффициенту. Преимущества системы разбавления состоят в следующем: Возможность контроля исходных проб с высокими концентрациями CO без зашкаливания прибора и повреждения сенсора CO. Защита и продление срока службы сенсора. Повышенная рентабельность за счёт отсутствия необходимости использования нескольких сенсоров для нескольких диапазонов. Также имеется "Система общего разбавления", включаемая нажатием кнопки. Данная система служит для расширения диапазонов всех сенсоров (за исключением O2 и CH) с коэффициентом 5x.
Коффициент избытка воздуха (ExA)
Рассчитанное значение определяет величину избытка воздуха характерную для применения в горелках/котлах. Анализатор показывает долю превышения"идеального" (или стехиометрического) уровня содержания кислорода, достаточного для полного сгорания. В большинстве случаев избыточный воздух снижает концентрацию и температуру процессов сгорания, происходит поглощение энергии (теплоты), в результате чего КПД процесса сгорания снижается.
Продувка свежим воздухом/клапан свежего воздуха
Продувочный клапан (предусмотренный на всех приборах Testo 350 XL) служит для механического открытия газового тракта для продувки свежим воздухом и удаления из анализатора дымовых газов. Продувка свежим воздухом необходима для электрохимических сенсоров для обеспечения их надлежащей чувствительности и повышения срока службы. Данный клапан позволяет выполнять длительные измерения путём поддержания в сенсоре электролитического равновесия. Продувка свежим воздухом позволяет почти полностью исключить отклонения значений параметров сенсора и насыщение в процессе длительных измерений, а также при измерениях в условиях высоких концентраций. Клапан обеспечивает одно дополнительное преимущество: это отсутствие необходимости извлекать из трубы зонд дымового газа в процессе инициализации анализатора и в процессе автоматических тестов. При нажатии функциональной кнопки клапан свежего воздуха открывается для забора воздуха со стороны боковой панели анализатора. В прошлое ушли те времена, когда приходилось карабкаться по трубе в поисках места установки зонда.
Функциональные кнопки
Это четыре круглые кнопки оранжевого цвета, расположенные непосредственно под дисплеем управляющего модуля. Каждая запрограммированная функциональная кнопка служит для быстрого доступа к важным функциям анализатора. Вот несколько примеров: Запуск отбора пробы – кнопка "Старт", печать результатов измерения содержания вредных выбросов – кнопка "Печать", перенос результатов измерений в память – кнопка "Запомнить" и т.д.
Сенсор CO с Н2-компенсацией
Стандартный электрохимический сенсор CO реагирует на присутствие водорода. Уровень концентрации водорода может быть высоким при низком уровне избыточного воздуха. Testo в сенсоре CO с H2 компенсацией используется дополнительный электрод для компенсации перекрестной чувствительности по водороду. testo 350 комплектуется только сенсорами CO с Н2-компенсацией.
Принцип работы химического 2-х электродного сенсора
| Стандартный 2-х электродный сенсор – это сенсор кислорода(O2). На рис. 27 показан принцип работы сенсора кислорода. | |
| Сенсор кислорода |  |
| Рис. 27: Принцип работы сенсора О2 | |
| Принцип работы сенсора кислорода: | |
|
• Молекулы O2 проходят через газопроницаемую мембрану и попадают на катод.
• Химическая реакция: Образуются ионы OH-(ионы = заряженные частицы) • Ионы проходят через жидкий электролит и попадают на анод. • Движение ионов создаёт электрическую проводимость во внешней цепи пропорционально концентрации O2. • Это означает следующее: чем выше концентрация, тем выше электрическая проводимость. • Падение напряжения измеряется в сопротивлении, а полученные данные обрабатываются электронным способом. • Для компенсации влияния температуры служит интегральное сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом, что обеспечивает стабильность работы сенсора независимо от температуры. • Срок службы сенсора кислорода составляет примерно 3 года. |
|
| Уравнения реакций Катод: O2 + 2H2O + 4e– 4OH– Анод: 2Pb + 4OH– 2PbO + 2H2O + 4e– Баланс: 2Pb + O2 2PbO Избыточная концентрация газа сокращает ресурс измерительных ячеек. |
|
Принцип работы химического 3-х электродногосенсора токсичных газов
 |
|
| Рис. 28: Принцип работы сенсора СО | |
| Принцип работы трёхэлектродного сенсора (на примере сенсора CO): | |
|
• Молекулы CO проходят через газопроницаемую мембрану и попадают на рабочий электрод.
• Химическая реакция: образование ионов H+. • Ионы переносятся к считывающему электроду. • Вторая химическая реакция с участием O2 в свежем воздухе: электропроводность во внешней цепи. • Эталонный электрод стабилизирует сигнал сенсора. • Срок службы составляет примерно 2 года. |
|
| Уравнения реакций Анод: CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e– Катод: O2 + 4H+ + 4e– 2H2O |
|
| Избыточная концентрация газа, холод, влага и частицы грязи сокращают ресурс измерительных ячеек. |
Принцип работы полупроводникового сенсора при измерении горючих газов
| Полупроводниковый сенсор используется для измерений горючих газов, таких как HC, H2 и CO. Он используется для обнаружения утечки газа. Конструкция полупроводникового сенсора представлена на Рис. 29. | |
| Полупроводниковый сенсор |
 |
| Рис. 29: Конструкция полупроводникового сенсора | |
| Принцип работы полупроводникового сенсора (на примере использования в зонде для обнаружения утечки газа): • Сенсорный элемент нагревается до рабочей температуры 300 °C.
• При нагревании в оксиде олова создаётся высокое сопротивление. • При наличии горючих газов (HC, H2, CO) в окружающем воздухе в области чувствительного элемента, т.е. внутри сенсора, эти газы собираются на слое оксида олова. • Электрическое сопротивление будет уменьшаться. • Падение сопротивления сопровождается визуальным или звуковым сигналом. |
|
| Практические сведения | Избыточная концентрация газа, холод, влага и частицы грязи сокращают ресурс измерительных ячеек. |
Электронные схемы
Создание еще более компактных, но в то же время еще более сложных измерительных приборов, является ярко выраженной тенденцией в сфере развития и производства измерительного оборудования. Благодаря компьютерному проектированию (CAD) и автоматизированному производству, сложные электронные схемы можно размещать на чрезвычайно малом пространстве. Печатные платы разрабатываются по многоуровневому принципу, а при установке электронных компонентов применяются новейшие технологии (поверхностный монтаж – “SMD”). Для проверки плат в сборе и выявления дефектов на ранней стадии используется тестовый компьютер (внутрисхемный тестер). Это позволяет экономично устранять неисправности и возвращать платы в производство. После установки плат и измерительных сенсоров в корпус, измерительные приборы подвергаются эксплуатационным тестам на компьютерном испытательном стенде и проходят калибровку с использованием поверочного газа. Сертификация DIN ISO 9001 гарантирует высокое качество и квалифицированное постпродажное обслуживание. Конечный результат – это измерительные приборы, соответствующие последним требованиям в области анализа дымовых газов.
Рис. 30: Платы SMD на основе многоуровневой технологии
Расход и Массовый расход
Измерительная система testo 350 определяет расход, скорость движения потока и массовый расход с использованием различных методов. Анемометры с крыльчаткой и термоанемометры могут быть соединены с блоком управления для измерения, не связанных с процессом горения. Однако в случае с установками сгорания наиболее распространённый способ измерения – это использование сенсора дифференциального давления и трубки Пито. Трубку Пито можно использовать в тяжёлых условиях воздействия среды внутри трубы. Достаточно ввести значения переменных, таких как коэффициент Пито, диаметр трубы, абсолютное давление и влажность и прибор автоматически рассчитает значение массового расхода в кг/ч, тонн/год, и т.п.
Тракт отбора проб без подогрева (патент Testo) (шланг, устойчивый к воздействию NO2/SO2)
Тракт отбора проб без подогрева Testo обладает такой же эффективностью, что и эталонный тракт с подогревом. Благодаря высокой скорости переноса пробы через внутренний шланг ПТФЭ, уменьшенной площади поверхности, сокращённому времени резидентности и самоочистке шланга, данная технология позволяет сократить эксплуатационные расходы и сэкономить пространство за счёт отсутствия необходимости использования трактов с подогревом.
Эталонный О2
Это значение концентрации, указываемое относительно определённого эталона. В регламентных отчётах, отчётах о проведении технологических исследований и в прочих стандартных отчётах может потребоваться указание концентрации пробы газа (например, NOx или CO) относительно эталона O2. Это метод сравнения значений интенсивности выбросов по эквивалентному базовому значению. С точки зрения отражения результатов в отчётах данный метод позволяет исключить нестабильность значений избыточности или недостаточности кислорода в системе сгорания.
Защита от превышения допустимой концентрации
У сенсора testo 350 имеется автоматическая защита от превышения допустимой концентрации. При достижении предельного значения концентрации включается продувочный насос, и выполняется продувка сенсоров свежим воздухом. Пороговое значение для каждого сенсора устанавливается вручную.
Пеллистор (Сенсор CxHy)
Это сенсор с подогревом для измерения суммарного содержания углеводородов. Также известен как каталитический сенсор или шариковый сенсор с подогревом. Он состоит из двух прецизионных резистивных термочувствительных элементов в определённом сочетании с разными типами покрытий. Покрытие первого элемента – это запатентованный катализатор, активирующий экзотермическую реакцию на присутствие углеводородов. Покрытие второго элемента – это используемое в качестве эталона инертное покрытие. Оба элемента нагреваются до температуры около 950°F, и возрастает интенсивность каталитической реакции. В присутствии углеводородов значение нагрева каталитического элемента будет выше значения нагрева эталона. Терморезисторы в «Мосте Уистона» пытаются максимально увеличить и стабилизировать выходной сигнал между двумя выводами сенсора. Уникальная технология перекрёстной калибровки Testo позволяет сделать углеводородный модуль практически невосприимчивым к присутствию интерференционных газов, таких как угарный газ и свободный водород.
Охладитель Пельтье
У Testo 350 имеется охладитель проб газов Пельтье (названный в честь французского изобретателя Пельтье). Через плоскость стыка двух различных металлов проходит электрический ток, в результате чего поверхность одного металла охлаждается, а второго – нагревается. Влажная проба горячего газа направляется на поверхность холодного элемента. В результате процесса охлаждения из содержащейся в пробе газа влаги образуется конденсат, и выполняется сушка пробы. testo 350 контролирует прохождение тока через охладитель Пельтье, и содержащаяся в газе трубы влага постоянно отводится. Образующийся конденсат отводится в конденсатосборник с помощью шлангового насоса.
Трубка Пито
Трубка Пито – это устройство на основе сочетания двух трубок для измерения давления, по которому рассчитывается интенсивность расхода. В testo 350 установлены сенсоры давления, измеряющие динамическое и статическое давление с использованием сочетания трубок Пито. Интенсивность расхода рассчитывается автоматически по введённым вручную или полученным в процессе измерения значениям параметров (таких как температура, влажность, коэффициент Пито и пр.).
Можно ли производить подключение и настройку вентиляторных горелок без газоанализатора дымовых газов, ведь в инструкциях по их настройке и обслуживанию описана возможность подключения инастройки горелки без непосредственного определения состава дымовых газов газоанализатором?
Действительно, в инструкциях по настройке и обслуживанию вентиляторных горелок указывается положение воздушной заслонки и подпорной шайбы, которое необходимо для первого запуска горелки. Но эти рекомендации производителей горелок очень приблизительные и с помощью этих рекомендаций невозможно обеспечить требования производителей горелок по выбросам в окружающую среду и добиться идеального горения.
Все производители обязательно указывают в инструкциях параметры, которые необходимо соблюдать для эффективной и надежной работы горелок. Согласно Европейским стандартам (EN 267 и EN 676) все современные вентиляторные горелки подразделяются на классы в зависимости от величины выбросов оксидов азота и монооксида углерода. Горелки, удовлетворяющие самым высоким требованиям, помечаются индексом «Low NOx» или «Blue burn».
Таким образом, правильную настройку и обслуживание вентиляторных горелок без помощи газоанализатора дымовых газов проводить невозможно. Применяя газоанализатор при настройке горелки, вы экономите свое время, обеспечиваете минимальное потребление топлива и долговечную работу топливосжигающей системы в целом.
Все производители обязательно указывают в инструкциях параметры, которые необходимо соблюдать для эффективной и надежной работы горелок. Согласно Европейским стандартам (EN 267 и EN 676) все современные вентиляторные горелки подразделяются на классы в зависимости от величины выбросов оксидов азота и монооксида углерода. Горелки, удовлетворяющие самым высоким требованиям, помечаются индексом «Low NOx» или «Blue burn».
Таким образом, правильную настройку и обслуживание вентиляторных горелок без помощи газоанализатора дымовых газов проводить невозможно. Применяя газоанализатор при настройке горелки, вы экономите свое время, обеспечиваете минимальное потребление топлива и долговечную работу топливосжигающей системы в целом.
Для чего газоанализаторы помимо сенсоров для определения концентраций O2 и CO оснащаются другими сенсорами дымовых газов?
Ответ очевиден. Для достижения технических параметров, указанными производителями и, как следствие, для эффективной и долговечной работы современных горелок и котлов.
Например, для современных топливосжигательных системах, работающих на мазуте, производители считают необходимым контролировать выбросы в окружающую среду, следующих газов: СО – оксид углерода, NOx – оксиды азота, СxНy – остаточные углеводороды, SO2 – сернистый ангидрид. Необходимость контроля SO2 вызвана тем, что этот газ активно участвует во многих процессах, разрушающих котел. SO2 участвует в высокотемпературной коррозии поверхностей нагрева разрушая трубки пароперегревателей, также как и в низкотемпературной коррозии наружных поверхностей, которая способствует сквозному разъеданию труб и перетеканию воздуха в газовую среду и, наконец, загрязняет поверхности нагрева, образуя сульфат кальция, связывающий между собой поверхности труб и частиц золы, уменьшая тепловосприятие поверхностей нагрева.
Какие отличительные особенности промышленного газоанализатора дымовых газов?
Основными отличительными особенностями промышленного газоанализатора являются:
– мощный мембранный насос с функцией автоматической подачи газа к сенсорам дымового газа, который не зависит от перепадов давления в дымоходе;
– специальная система пробоподготовки, которая может состоять из зонда отбора пробы с фильтром грубой отчистки, газоохладителя с фильтром тонкой отчистки, обогреваемых линий прохождения пробы и фильтра на входе газоанализатора. Такая система пробоподготовки не допускает попадания конденсата к сенсорам дымового газа, обеспечивая точность показаний газоанализатора и продлевая срок жизни сенсоров;
– возможность проводить измерения дымовых газов в широких пределах, например, используя функцию разбавления ( testo340/350). Эта функция очень полезна при перестройке топливосжигающих систем на другую мощность, когда возможны выбросы больших концентраций дымовых газов;
– большой выбор промышленных зондов, в том числе и модульных, разной длины, рассчитанных на различные температуры дымовых газов. Так, например, если необходимо осуществлять измерения в топливосжигающих системах, работающих на угле или мазуте, необходимо использовать зонды с предварительным фильтром, защищающим линии отбора пробы газоанализатора.
– мощный мембранный насос с функцией автоматической подачи газа к сенсорам дымового газа, который не зависит от перепадов давления в дымоходе;
– специальная система пробоподготовки, которая может состоять из зонда отбора пробы с фильтром грубой отчистки, газоохладителя с фильтром тонкой отчистки, обогреваемых линий прохождения пробы и фильтра на входе газоанализатора. Такая система пробоподготовки не допускает попадания конденсата к сенсорам дымового газа, обеспечивая точность показаний газоанализатора и продлевая срок жизни сенсоров;
– возможность проводить измерения дымовых газов в широких пределах, например, используя функцию разбавления ( testo340/350). Эта функция очень полезна при перестройке топливосжигающих систем на другую мощность, когда возможны выбросы больших концентраций дымовых газов;
– большой выбор промышленных зондов, в том числе и модульных, разной длины, рассчитанных на различные температуры дымовых газов. Так, например, если необходимо осуществлять измерения в топливосжигающих системах, работающих на угле или мазуте, необходимо использовать зонды с предварительным фильтром, защищающим линии отбора пробы газоанализатора.