上海闻企电子科技有限公司

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O2：0-2%

带10米电缆

激光分析器

LDS6中心单元
 
根据测量情况，可以获得一个小到0.1秒的响应时间。中心
单元中的每个通道也都可以处理大量4-20mA输入/输出、
数字量输入/输出和继电器输出的I/O-单元-如要获得更多的
信息，请见12页上的“LDS6的针脚分配”。I/O设置是完
全灵活的并可以配置成客户所要求的规格。作为一个实
例，LDS 6可以显示浓度值和传输值（4-20 mA），它还可
以对系统故障进行报警（通常报警）和传输下降的过程温
度以及读出过程温度（4-20 mA）。LDS 6可以直接或者通
过一个LAN调制解调器来连接到以太网端口上。只要具有
足够的特权，LDS6所有方面都可以通过这种方式来控
制。在维修访问诊断LDS6的状态之前，使用这个选
项。
 
                             6.2.2  复合电缆
复合电缆为在非常恶劣的环境中使用而构建，它包括两根
光纤，一根用于传输激光到测量体积中，另外一根用于返
回检测到的信号。两个电导线被用于供电给传感器中的电
子器件（24V直流电）。 
图6-2  复合电缆
 
              6.2.3    传感器CD6
连接导管传感器，CD 6（传感器，用于测量通过一个气体
通道的激光）被设计用于原位测量。它包括一个发射器和
一个接收器，它们创建了一个单光程测量情形。光束直径
被扩展到25 mm以提高传感器在高含尘量（>1 g/m3
）应用中
的性能。
 
  发射器包括一个透镜和一个用于光纤的连接，该光纤位于
透镜的聚焦面中。接收器包括一个透镜、一个带有前置放
大器的检测器、光学返回信号的驱动电子器件和一个24V
直流电到±15 V 直流电的直流电/直流电-转换器。
激光从发射器的光纤中传输到发射器的透镜中，并通过一
个楔模块（为了保护透镜）后通过测量体积。接收器中的
透镜（同样使用一个楔模块来保护）将入射的激光聚焦在
检测器上，并在这里转换成一个电信号。
LDS 6-原位激光气体分析仪
操作说明 5AE-01
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  这个电信号被放大后转换成一个光信号，然后返回到LDS
6的中心单元中。传感器的安装需要一个尺寸为
DN65/PN6 或者ANSI4” /150 lbf的法兰。
                              6.2.4     Ex 传感器 CD 3002Ex
传感器也可以是Ex型的。它具有非常低电压的电子器件-
本质安全-和一个IP65机箱。
 
  如要获得更多关于Ex选项的信息，请参阅第5页上的
“防爆 - Ex II 1G D T135° C EEx ia IIC T4”
                              6.2.5     保护光学表面
在很多应用中，楔窗口会被暴露在非常脏的环境中，如果
不采取保护措施，它们很快就会被污染。可以用很多目前
常见的方法来让楔窗口保持良好的形状，这些方法将在下
面几节中进行描述。
  仪器空气吹扫
这是一个保持楔窗口无污染的标准方法。该方法需要一个
法兰，这个法兰需要配置一个入口来在楔窗口的前面产生
一种气流并通入到过程中。
 
          
注
仪器空气相当贵，所以为了化它的消耗量，应该引入
测量。因此为了在没有施加流量调节时方便调节流量，在
仪器空气连接点处应该使用一个压力调节器。如果需要非
常高的气流（>100 L /min.） ，则应该使用一个鼓风机。作
为一个选项，可以提供一个针形阀并使用它，而不用提供
一种流速大约为0-110 L/min的可调节气流 （仪器空气压力
为6000 hPa）。
 
 
 
LDS 6-原位激光气体分析仪
操作说明 5AE-01
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  气流计算
因为气体是可压缩的流态并且它的密度随着压力的变化而
变化，所以气流的计算稍微有点复杂。另外，当出口压低
于入口压力一半时，气体在阀中达到声速。因为出口压力
继续降低并不会增加气体流速，所以这就是众所周知的
“阻流”。在这个应用中，我们可以处理阻流。当假设过
程压力（Pp）是1023 hPa时，可以用以下的经验公式来计算流
量：
q = 3.197 · Cv · P1 · sqrt[1/（（T1+273） · Gg）]
这里：
q = 低压力测的流速[Nltr/min.]   Cv =流量系数（在我们的
标准传感器中，针形阀为0，1）。
P1 =入口处的压力[hPa] Gg = 气体比重（空气=1.0）T1
=上流路温度[° C]。
在P1 = 6000 hPa 和T1 = 25 °C时，仪器空气（ ）通 q 过针形
阀（完全打开）的流速将会稍微高于110 Nltr/min。
如果要获得一个更加完整的相关信息，请见下图。它显示
了流速（q）与上流路压力（P1）的变化关系。在这幅图中有
两个参数，例如，过程压力（Pp） 和假定为空气（Gg= 1.0）
的吹扫气体的温度。图显示了在一个总Cv为0.1时，通过
一个系统的气体流速。流速与Cv呈线性增长关系。
 LDS 6-原位激光气体分析仪
操作说明 5AE-01
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  使用鼓风机进行吹扫
在具有很高含尘量的应用中，必须要考虑使用鼓风机进行
吹扫。当使用标准吹扫时，空气流速太低以至于不能避免
灰尘在法兰管道中的积累。我们的标准空气鼓风机解决方
案可以提供高达1000 L/min的流速。
流路吹扫
如果过带加热流路可用，那么它就是一个吹扫楔窗口的候
选品。它具有一些优点，如：高温（避免盐凝液）和低维
护。一个额外的优点是：当测量氧气时，流路中没有氧气
并且流路不会对测量有干扰；但当测量水时，这将变为一
个缺点。当测量氧气时，可能也需要使用N2来吹扫传感器
机架以获得的性能。流路的要求是它必须要是~200
°C并且在传感器位置处必须是过带加热。见由西门子激光
分析仪部AB提供的流路安装说明。作为一个选项，可以
提供一个流路处理单元。我们推荐将这个选项用于这类应
用中。
 
            6.3    测量原理
LDS 6通过使用单行分子吸收光谱来测量气体浓度。如果
根据波长来描绘一种气体混合物的吸收，可以看到吸收只
在光谱区域的特定波段才可能发生。这些特别窄的吸收峰
被称之为吸收线，如下图所示。
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操作说明 5AE-01
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  测量气体（这里是氨气）通过和一个来自内置参比单元的
光谱相比较来识别。为了执行线吸收光谱，LDS6使用一
个激光二极管作为光源，这是因为激光的光谱宽度比分子
吸收光谱窄很多。 另外，可以为激光选择和待测气体的一
个吸收线很相近的波长。通过改变电流和温度来调制激光
波长以覆盖所需要的窄光谱范围，该光谱范围包括吸收
线。当在吸收线上调制激光时，激光会被部分地吸收。从
接收到的激光信号可以提取吸收线下的区域，从而测出气
体浓度。
 
从激光中发射出来的光被分割成5个光束。个光束通
过一个参比气后被检测到。考虑温度和压力在内，这个参
比信号被用于系统的连续自标定和零点测定。第二个光束
被用来测量激光的强度并向控制单元提供和激光状态相关
的信息。第三个光束，第四个光束和/或者第五个光束（由
一共使用多少个通道决定）通过带有E2000连接器的光纤
传输到传感器头中，在这里光束进入到测量部分中。当激
光通过测量部分中的气体时，它会被部分地吸收。激光通
过接收器进行检测并且在信号处理之后，它被转化成一个
光信号并使用多模光纤（带有SMA连接器）来返回到中
心单元中。 
LDS 6-原位激光气体分析仪
  被测气体的浓度从测量通道（PT）中的吸收光谱计算出。对
于测量条件的任何更改，例如：由于废气中出现更高含尘
量或者光学组件受到污染，测量都会自动进行补偿以确保
在一个大范围的操作情况下，测量结果的性。
            6.4  操作模式
LDS 6的操作基于事实：光传播通过一种气体混合物时将
被吸收-遵守Beer-Lambert定律-在特定窄波长带处。在这个
窄波长带处，气体利用分子跃迁来构成窄吸收线。 
 
LDS 6中的光源是一个半导体激光，它为待测气体需要而
被调制成一根合适的吸收线。激光的光谱比气体吸收线的
光谱窄很多加上选择一根合适的吸收线，这样便可降低其
它气体的干扰。