燁盈自動化講解ULTRAMAT 23分析儀的調(diào)試及操作說明
大家好！
首先燁盈自動化很高興能為大家講解西門子2015年新推出的ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀低量程及順磁氧的技術(shù).ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀相信大家都很熟悉了，以前的氧傳感器都是電化學(xué)的，而現(xiàn)在的氧傳感器，不但可以達(dá)到電化學(xué)的還可以是順磁氧，這讓我們節(jié)約了不少成本。大家知道，ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀本身是西門子這個品牌里面經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的，以前我們要達(dá)到順磁氧的功能的話必須使用ULTRAMAT/OXYMAT 6紅外 / 磁氧氣體分析儀，這一款要比ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀本身貴了很多，所以說西門子新推出的ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀不但給客戶解決了順磁氧的功能，還給客戶節(jié)約了不少的成本。還有一個重要的新增功能，通過 T?V 認(rèn)證的ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀可按照13.BlmSchV與 TA Luft 中的要求測量 CO、 NO、 SO2 和 O2通過 T?V 認(rèn)證的小容許量程，大家都知道：
以前ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀SO2的小量程只能達(dá)到：0-400-2000MG/M3.如果客戶的量程再小得使用ULTRAMAT6的，
而2014年新推出的ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀SO2小量程可以達(dá)到：SO2： 0-200-1000 mg/m 3.
以前NO的小量程只能達(dá)到：0-250-1250MG/M3.如果客戶的量程再小得使用ULTRAMAT6的，
而2014年新推出的ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀NO小量程可以達(dá)到：NO： 0-100-750 mg/m 3
以上所述，新款相對于老款的優(yōu)勢有：
1.節(jié)約成本
2.滿足客戶低量程的需要
3.滿足客戶同時測幾種氣體時測氧可能用順磁氧來測
以下是燁盈自動化為大家詳細(xì)解說的ULTRAMAT 23 新款分析儀
串行接口 RS 485
自動標(biāo)定功能 分析儀使用環(huán)境空氣自動標(biāo)定（依賴于被測組分），循環(huán)時間可調(diào)整（從 0(1) 到 24 小時 ）
可選 8 個附加二進(jìn)制輸入和繼電器輸出
可供選擇，例如，用于外部自動標(biāo)
定，用于 PROFIBUS PA 或是
PROFIBUS DP
外界環(huán)境
允許的環(huán)境溫度
? 操作時 +5 ~ +45 ?C
? 倉儲和運(yùn)輸時 -20 ~ +60 ?C
允許的環(huán)境濕度 < 90% RH（相對濕度）在倉儲和運(yùn)
輸時
允許的環(huán)境壓力變動 60 ~ 120 kPa
樣氣壓力
? 無泵 非受壓式
? 有泵 非受壓抽吸式
樣氣流量 72 ~120 l/h (1.1 to 2 l/min)
樣氣溫度 0 ~ 50 ?C
樣氣濕度 < 90% RH （相對濕度）
無凝液
紅外測量技術(shù)規(guī)格
量程 參見訂貨數(shù)據(jù)
時間響應(yīng)
暖機(jī)時間 近似 30 分鐘（大精度可在近似
2 小時后達(dá)到）
響應(yīng)時間 (T90 時間 ) 取決于樣氣室的長度，樣氣線路和
可編程衰減
衰減（電氣時間常數(shù)） 0~99.9 秒間選擇
測量響應(yīng)
輸出信號波動 < 銘牌上小量程的 ± 1%小檢測下限 當(dāng)前測量量程的 1%
線性誤差 測量位于大量程范圍內(nèi)時：
< 滿量程的 ± 1%
測量位于小量程范圍內(nèi)時：
< 滿量程的 ± 2%
重復(fù)性 < 銘牌上小量程的 ± 1%
零點(diǎn)漂移
? 使用自動標(biāo)定 可以忽略
? 不使用自動標(biāo)定 < 小量程的 2%/ 周滿量程漂移
? 使用自動標(biāo)定 可以忽略
? 不使用自動標(biāo)定 < 小量程的 2%/ 周影響因素溫度 自動標(biāo)定間隔為 6 小時，大誤差為銘牌上小量程的 2%/10K 的溫度變化大氣壓力 采用內(nèi)部壓力傳感器校正時， < 量程的 0.2%/1% 的壓力變化
電源 在 ± 10% 的電壓波動下，誤差小于輸出信號范圍的 0.1%
燃料電池
氧測量的技術(shù)數(shù)據(jù)
量程 0 ~ 5% 或 0 ~ 25% O2，可設(shè)定傳感器壽命 測量 21% 的 O2 時大約兩年連續(xù)測量 <0.5% 的 O2 將損壞測量室
時間響應(yīng)
響應(yīng)時間 (T90 時間 ) 在樣氣流量近似 1.2 l/min 時 <30 秒
測量響應(yīng)
輸出信號波動 < 當(dāng)前測量程值的 ± 0.5%
線性誤差 < 當(dāng)前測量程值的 ± 0.2%
重復(fù)性 < 0.05% O2
零點(diǎn)漂移
? 使用自動標(biāo)定 可以忽略
? 不使用自動標(biāo)定 在空氣中的漂移典型值為 1% O2/ 年影響因素氧氣含量 當(dāng)經(jīng)常工作在 <0.5% O2 時，會使測量失真溫度 < 0.5% O2 /20 K，以 20 ?C 為基準(zhǔn)大氣壓力 1% 的壓力變化下誤差小于當(dāng)前量
程的 0.2%
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
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技術(shù)規(guī)格（續(xù)）
H
2S 測量的技術(shù)數(shù)據(jù)
測量組分 多 4 個組分 , 其中 1 或 2 個紅外組分和氧和 H 2S
量程 1 小 量 程 0 - 5 v p m , 大 量 程0-50vpm
量程 2 小量程 0 - 5 0 0 v p m , 大量程0-5000vpm
傳感器壽命 大約一年
影響因素
漂移 ＜小量程的 1%/月
溫度 誤差＜量程的 3%/10K溫度變化
大氣壓力 ＜量程的 0.2%/1%的壓力變化
測量響應(yīng)
量程 0-5-50vpm
響應(yīng)時間（T90時間） 在樣氣流量大約 1-1.2 l/min 時
＜ 40 秒
輸出信號噪聲 ＜小量程的 2%
顯示分辨率 ＜ 0.01 vpm H 2S
輸出信號分辨率 ＜小量程的 1%
重復(fù)性 ＜小量程的 4%
量程 0-500-5000vpm
響應(yīng)時間（T90時間） 在樣氣流量大約 1-1.2 l/min 時
＜ 80 秒
輸出信號噪聲 ＜ 15 ppm H 2S
顯示分辨率 ＜量程的 0.2%
輸出信號分辨率 ＜ 30 ppm H 2S
重復(fù)性 ＜小量程的 4%
順磁氧測量的技術(shù)數(shù)據(jù)
測量組分 多 4 個組分 , 其中多 3 個紅外組
分和氧
量程 小 0-2%, 大 0-O2, 可設(shè)定
影響因素
零點(diǎn)漂移 量程 2%或 5%時 , ＜ 0.1%/周
量程 25%或更大時 , ＜ 0.5%/周
測量漂移 通過自動標(biāo)定可忽略
溫度 量程 5% 時,誤差＜ 2%/10K溫度變化
量程 2% 時,誤差＜ 5%/10K溫度變化
大氣壓力 ＜量程的 0.2%/1%的壓力變化
測量響應(yīng)
響應(yīng)時間（T90時間） ＜ 60 秒
輸出信號噪聲 ＜小量程的 1%
重復(fù)性 ＜小量程的 1%
19" 機(jī)架單元和便攜單元
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
8
19" 機(jī)架單元和便攜單元
選型和訂貨數(shù)據(jù) 訂貨號
ULTRAMAT 23 型氣體分析儀 7MB2335
安裝在柜中的單通道 19" 單元，可測一個或兩個紅外組分與氧含量 7MB2337
氣路連接
可選 6mm 管或 1/4" 管
氧含量測量
可選燃料電池氧含量測量傳感器或順磁氧測量池
H
2S 含量測量
可選 H 2S 含量測量傳感器
電源
可選 100 ... 120 V AC， 48 ...63 Hz 或 200 ... 240 V AC， 48 ...63 Hz
語言
可選德文、英文、法文、西班牙文及意大利文
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
9
選型和訂貨數(shù)據(jù) 訂貨號
19" 機(jī)架單元和便攜單元
ULTRAMAT 23 型氣體分析儀 7MB2338
安裝在柜中的單通道 19" 單元，可測三個紅外組分與氧含量
氣路連接
可選 6mm 管或 1/4" 管
氧含量測量
可選燃料電池氧含量測量傳感器或順磁氧測量池
電源
可選 100 ... 120 V AC， 48 ...63 Hz 或 200 ... 240 V AC， 48 ...63 Hz
語言
可選德文、英文、法文、西班牙文及意大利文
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
10
19" 機(jī)架單元和便攜單元
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
11
19" 機(jī)架單元和便攜單元
電氣連接
針腳分配
-X45
-X80
ULTRAMAT 23，針腳分配（標(biāo)準(zhǔn)）
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
12
19" 機(jī)架單元和便攜單元
ULTRAMAT 23，針腳分配（PROFIBUS 接口板選項）
-X50
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
13
19" 機(jī)架單元和便攜單元
ULTRAMAT 23， 19" 機(jī)架單元，例如一個帶氧測量的紅外組分
ULTRAMAT 23，便攜式單元，薄鋼板外殼，氣連接和電連接
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
綜述
基本特性
應(yīng)用
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀一次能夠測量四種氣體組分 ：多可測量三種紅外敏感氣體，比如 CO, CO2 , NO, SO2 , CH 4 以及采用電化學(xué)氧氣測量單元測量 O2。
ULTRAMAT 23 基本類型可：
? 測量一種紅外氣體組分帶（或不帶）氧含量測量
? 測量二種紅外氣體組分帶（或不帶）氧含量測量
? 測量三種紅外氣體組分帶（或不帶）氧含量測量
? 用于沼氣應(yīng)用，四個組份連續(xù)測量。測量二種紅外氣體組份（CO2 和 CH 4）加電化學(xué)測氧或硫化氫
? 四個組份連續(xù)測量，帶順磁氧應(yīng)用。測量三種紅外氣體組份加順磁氧原理測氧（不適用于排放監(jiān)測）
? 使用環(huán)境空氣自動標(biāo)定 ：氧含量標(biāo)定以及紅外成分的零點(diǎn)標(biāo)定取決于被測成分
? 多層檢測保證高的度，消除紅外交叉干擾
? 取樣單元易于清洗，降低了維護(hù)的費(fèi)用
? 具有簡單文本格式的菜單輔助操作，簡單、易懂
? 維修信息和記錄手冊，預(yù)防性維護(hù)，可幫助保養(yǎng)和維護(hù)人員，降低費(fèi)用
? 開放界面結(jié)構(gòu)（ RS 485,RS 232,PROFIBUS,SIPROM GA）；易于集成與遠(yuǎn)程控制在生物沼氣應(yīng)用中的特性
? 四個組份連續(xù)測量，包含硫化氫
? 長壽命的硫化氫傳感器，不受硫化氫濃度增加影響，不需要稀釋與反吹
? 適用于可燃?xì)怏w應(yīng)用
應(yīng)用領(lǐng)域
? 小型燃燒系統(tǒng)的操作優(yōu)化
? 對于使用所有類型燃料（油、氣體和煤）的燃燒系統(tǒng)，監(jiān)測它們的廢氣排放濃度；也可監(jiān)控?zé)岱贌龔S的運(yùn)行檢測
? 監(jiān)測室內(nèi)空氣
? 監(jiān)測水果貯藏間，溫室，地窖及倉庫的空氣狀況
? 監(jiān)控過程控制各功能
? 在鋼的熱處理過程中，監(jiān)測環(huán)境狀況
? 用于無潛在爆炸危險的環(huán)境中生物沼氣領(lǐng)域
? 監(jiān)測沼氣發(fā)酵生產(chǎn)
? 監(jiān)測氣體增壓
? 監(jiān)測生物飼料
順磁氧應(yīng)用領(lǐng)域
? 惰性氣體裝置
? 監(jiān)測室內(nèi)空氣
? 醫(yī)藥工程
更多應(yīng)用
? 環(huán)境保護(hù)
? 化學(xué)工廠
? 水泥工業(yè)
特殊應(yīng)用
配置有兩個 IR 組分且不帶泵的 ULTRAMAT 23 型氣體分析儀可配兩個獨(dú)立的氣路。這樣，它可以同時測量兩個采樣點(diǎn)，這種測量方式可用來測量，例如 ： NOx 轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化前后的NOx 含量。
ULTRAMAT 23 型氣體分析儀可應(yīng)用于煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)以及過程與安全監(jiān)測。
通過 T?V 認(rèn)證的 ULTRAMAT 23 型氣體分析儀可按照 13.BlmSchV與 TA Luft 中的要求測量 CO、 NO、 SO2 和 O2通過 T?V 認(rèn)證的小容許量程：
? 單組分和雙組分分析儀
- CO： 0 ~ 150 mg/m 3
- NO： 0 ~ 250 mg/m 3
- SO
2： 0 ~ 200 mg/m 3
? 三組分分析儀
- CO： 0 ~ 250 mg/m 3
- NO： 0 ~ 400 mg/m 3
- SO
2： 0 ~ 200 mg/m 3
比上述量程大的所有量程也都是容許的。
ULTRAMAT 23
概述
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
3
設(shè)計
? 19'' 機(jī)架單元帶有 4 個 HU（標(biāo)準(zhǔn)高度）可安裝于
- 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中
- 帶或是不帶滑軌的框架中
? 前面板樣氣流量計；
可選：集成的樣氣泵（便攜型的標(biāo)準(zhǔn)配置）
? 對于樣氣體輸入和輸出以及標(biāo)定氣體的氣路連接，管子直徑為 6mm 或 1/4"
? 氣和電氣連接在后部（便攜型：樣氣進(jìn)口在前端）
顯示和控制面板
? 根據(jù) NAMUR 推薦的操作
? 可對分析儀進(jìn)行簡單快速地編程和調(diào)試
? 帶有大屏幕背光燈的 LCD 顯示測量值
? 通過菜單操作實(shí)現(xiàn)編程輸入、功能測試和標(biāo)定
? 可清洗的膜狀鍵盤
? 用戶幫助以純文本格式顯示
? 帶有 5 種語言顯示的操作軟件
概述
輸入和輸出
? 用于啟動 / 停止樣氣泵、觸發(fā)自動標(biāo)定和讓幾個設(shè)備同步的三個二進(jìn)制輸入
? 用于故障、維護(hù)請求、維護(hù)切換、設(shè)置極限、量程識別以及
外部電磁閥的八個繼電器輸出可自由配置
? 八個附加的繼電器輸出（可選）
? 八個附加的二進(jìn)制輸入（可選）
? 電氣隔離的模擬量輸出
通訊
? RS 485 為基本配置（從后面連接）選項
? RS 232 轉(zhuǎn)換器 TCP/IP Ethernet 轉(zhuǎn)換器
? 通過 PROFIBUS-DP/PA 接口接入網(wǎng)絡(luò)
? SIPROM GA 軟件
ULTRAMAT 23，膜狀鍵盤和圖形顯示
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
4
ULTRAMAT 23，設(shè)計
概述
功能
ULTRAMAT 23 使用了兩種相互獨(dú)立并可選擇的測量原理。
紅外氣體測量
ULTRAMAT 23 紅外氣體測量原理基于氣體分子具有特定的紅外光吸收波段，采用單光束交變紅外分析方法。一個紅外線源 (7) 被加熱到約 600 ?C。光源發(fā)出的光電斬波器 (5) 調(diào)制成頻率為 8 1/3Hz。
紅外光束通過流動著樣氣的測量氣室 (4)，并根據(jù)樣氣濃度的
不同而產(chǎn)生或多或少的衰減。
檢測器為兩層或三層結(jié)構(gòu)（取決于劃片位置），充有特定濃度的待測氣體組分。
光譜吸收波段的中間位置的能量優(yōu)先被*層檢測室 (11) 吸收，邊緣波段的光則被第二層檢測器室 (2) 和第三層檢測器室
(12) 吸收。
多層檢測氣室之間通過微流量傳感器 (3) 連接在一起。上、下層之間的吸收經(jīng)微流量傳感器耦合，將吸收光譜的帶寬變窄，提高分辨精度、消除紅外交叉干擾。改變劃片 (10) 的位置，可以改變下層檢測氣室的紅外吸收。因此，大限度減少某個干擾組分的影響是可能的。斬波器 (5) 在分光器和氣室之間旋轉(zhuǎn)，交替地、周期性地切斷光線。如果在測量氣室有紅外光被吸收，多層檢測氣室之間會產(chǎn)生脈動氣流，該氣流被微流量傳感器 (3) 轉(zhuǎn)換成電信號。微流量傳感器中有兩個被加熱到 120 ?C 的鎳格柵，這兩個鎳格柵和兩個電阻形成惠斯通電橋。脈動氣流及緊密排列的鎳格柵導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，這樣電橋失衡而產(chǎn)生輸出，電橋輸
出信號的大小取決于氣體濃度。
ULTRAMAT 23，紅外測量原理圖（以三層檢測氣室為例）
注意：
進(jìn)入到分析儀的樣氣必須不含灰塵，同時還應(yīng)避免在測量氣
室中出現(xiàn)凝液，這也是為什么大多數(shù)測量應(yīng)用都需要樣氣預(yù)
處理的原因。
在分析儀所處的環(huán)境空氣中不含有高濃度的被測組分。
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
5
燃料電池氧含量測量
氧氣傳感器基于燃料電池原理來工作的。氧氣在陰極與電解
液的分界面被轉(zhuǎn)換成電流，并且所產(chǎn)生的電流與氧氣的濃度
成正比。
使用弱酸性的電解液，相比其它類型的傳感器，對于交叉干
擾不敏感，諸如 CO2、 CO、 CH 4、 H 2 等的影響。
電化學(xué)傳感器H2S測量
硫化氫通過擴(kuò)散膜 ( 氣體隔膜 ) 進(jìn)入傳感器，在工作電極上被
氧化。以減少大氣中氧氣的反應(yīng)形式作用在輔助電極。電子
轉(zhuǎn)移通過連接針腳的電流反映，這個值與氣體濃度成正比。
硫化氫傳感器不能應(yīng)用于氣體組份含有以下成分 :
? 含氯化合物
? 含氟化合物
? 重金屬
? 氣溶膠
? 堿性成分
?NH
3 > 300vpm
順磁氧氧含量測量
與其他氣體相比，氧氣具有順磁性。利用氧氣的這種特性來
作為測量的基礎(chǔ)。
在測量室中兩個*磁體產(chǎn)生不均勻的磁場。假如有氧氣分
子流入測量室 (1) 它們會被磁場吸引。這會導(dǎo)致兩個磁性空心
球體 (2) 被推動偏移出出磁場。這個旋轉(zhuǎn)動作被光電信號記錄，
作為補(bǔ)償?shù)目刂齐娏鲿斎胍粋€變量。這會產(chǎn)生一個反作用
力矩，通過線圈 (3) 推動兩個空心球體反向旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)償電流與
氧氣的濃度成正比。
使用空氣進(jìn)行自動標(biāo)定
ULTRAMAT 23 可以使用空氣 ( 如環(huán)境空氣 ) 進(jìn)行自動標(biāo)定。自
動標(biāo)定的周期可調(diào) (1 至 24 小時，亦可選擇關(guān)閉該功能 )。在使
用空氣自動標(biāo)定時，樣品氣室充入空氣，檢測器得到一個信號。
該信號既可以作為待測紅外組分的零點(diǎn)標(biāo)定 ( 樣品氣室沒有產(chǎn)
生紅外吸收，取決于被測成分 )，又可以作為滿量程的標(biāo)定信號。
因為 ULTRAMAT 23 中存有檢測器信號與樣品濃度相對應(yīng)的專
有函數(shù)關(guān)系，利用自動標(biāo)定的信號可對整個量程進(jìn)行標(biāo)定
與修正（經(jīng) T?V 認(rèn)證）。
由于檢測器得到的自動標(biāo)定信號包含了現(xiàn)工作狀態(tài)下的所有
可能干擾，如光源和檢測器的老化或污染 ( 如果存在 )，以及
溫度與壓力對測量的影響，采用自動標(biāo)定還可修正與補(bǔ)償上
述各種情況帶來的偏差。
對于帶有氧測量傳感器的 ULTRAMAT 23，空氣自動標(biāo)定功能
還可以對氧的測量進(jìn)行標(biāo)定。
基本特性
? 空氣自標(biāo)定功能，分析儀幾乎不需要維護(hù)，同時進(jìn)行零點(diǎn)校
準(zhǔn)和滿量程校準(zhǔn)
? 每12個月只需使用一次校準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定(由實(shí)際應(yīng)用來決定）
? 每個測量組分在規(guī)定量程范圍可以設(shè)置兩個測量量程：
- 所有測量量程都是線性的
- 具有量程自動切換功能
? 自動修正大氣壓力變化
? 樣氣流量監(jiān)測
概述
ULTRAMAT 23，氧含量測量室原理圖
ULTRAMAT23， H 2S 傳感器工作原理
ULTRAMAT23，順磁氧測量工作原理
ULTRAMAT 23 紅外氣體分析儀
6
19" 機(jī)架單元和便攜單元
技術(shù)規(guī)格
概述
測量組分 多 4 個組分，其中多 3 個紅外
組分和氧
測量量程 每個參數(shù) 2 個量程
顯示 帶 LED 背光對比度可調(diào)及功能建的
LCD 顯示
使用位置 豎直前面板
采用標(biāo)準(zhǔn) CE 認(rèn)證 EN 61000-6-2, EN 61000-
6-4
設(shè)計，外殼
重量 大約 10kg
保護(hù)等級， 19" 機(jī)架單元和臺式單元 IP20~EN60529
電氣特性
EMC 防干擾（電磁兼容性），帶有
安全絕緣的過低電壓（SELV）保護(hù)
符合 NAMUR NE21(08/98) 或
EN50081-1, EN50082-2 標(biāo)準(zhǔn)要求
電源 100 V AC, +10%/-15%, 50 Hz,
120 V AC, +10%/-15%, 50 Hz,
200 V AC, +10%/-15%, 50 Hz,
230 V AC, +10%/-15%, 50 Hz,
100 V AC, +10%/-15%, 60 Hz,
120 V AC, +10%/-15%, 60 Hz,
230 V AC, +10%/-15%, 60 Hz
電源功耗 約 60 VA
電子輸入和輸出
模擬輸出 每組分， 0/2/4~20mA，浮點(diǎn)，負(fù)載大 750 Ω
繼電器輸出 8 個，帶轉(zhuǎn)向接點(diǎn)，可選，例如，
量程識別，載重能力， 24V
AC/DC/1A，浮點(diǎn)，無火花
二進(jìn)制輸入 3 個，為 24V 設(shè)計，浮點(diǎn)
? 泵
? 自動標(biāo)定
? 幾個設(shè)備的同步化
