Firma:                   Siemens

Modell:                Ultramat 5E

Kommentar:        Dokumente deut.

Anwendungsbereich

Der ULTRAMAT 5F-2R ist ein hochselektives NDIR-Gasanalysegerät. Er arbeitet nach dem Infrarot-Zweistrahl-Gegentaktverfahren.

Das Gerät ist zur Messung von Gasen geeignet, deren Absorptionsbanden im Wellenlängen­bereich von 1 bis 10 um liegen, wie z.B. CO, CO2, NO, SO2, NH3, CH4 und höhere Kohlenwasserstoffe.

Das Gerät ist für zwei ausgewählte Gase und bestimmte Meßbereiche konzipiert. Da die Detektoren optisch hintereinander geschaltet sind und sich so gegenseitig beeinflußen können, müssen die Gaskomponenten und Meßbereiche für jeden Anwendungsfall gesondert festgelegt werden.

Aufbau

Die Aufbaukomponenten des Gerätes sind:

·      Gehäuse für Feldmontage mit gasdichter Trennung der Elektronikbaugruppen von den gasführenden Teilen

·      Analysierteil mit verschiebbarem IR-Strahler zur Grobjustierung des Nullpunktes

·      Strahlungsmodulator (Chopper) mit digital geregeltem Chopperantrieb

·      Analysenküvetten von 0,2 bis 180 mm Länge, auch mit beströmbarer Vergleichsseite

·      Optopneumatischer Doppelschichtdetektor mit optischer Mitkopplung zur Minimie­rung der Querempfindlichkeit

Anordnung der Elektronik auf einer Grund- und einer Zusatzleiterplatte.

Die Meßwertverarbeitung erfolgt über Mikroprozessor und Datenspeicher. LED-Digitalan­zeige in Konzentrationswerten. Einfache Bedienung über numerische Folientastatur und Bedienerführung mit Hilfe eines LED-Displays.

Arbeitsweise

Unsymmetrisch aufgebaute Moleküle (z.B. CO, S02) haben aufgrund ihres elektrischen Dipolmoments die Fähigkeit, lnfrarotstrahlung zu absorbieren, die in Wärme umgesetzt wird. Die Absorptionswellenlängen sind für die einzelnen Gase charakteristisch unter­ schiedlich, können sich jedoch auch teilweise überlagern, was zu einer sogenannten Quer­ empfindlichkeit führt.

Es sind beim ULTRAMAT 5F-2R Maßnahmen getroffen - gasgefüllte Filterküvetten, optische Filter, Zweischichtdetektoren, variable optische Mitkopplung - um diese Querempfindlich­ keit zu minimieren.

Ein auf etwa 700 °C erhitzter, zur Symmetrierung des Systems verschiebbarer Strahler (1) wird im sogenannten Strahlenteiler (2), der gleichzeitig als Filterküvette dient, in zwei gleiche Strahlenbündel (Meß- und Vergleichsstrahl) geteilt.

Während der Vergleichsstrahl durch eine mit N2 (nicht infrarotaktives Gas) gefüllte Ver­ gleichsküvette praktisch ungeschwächt auf die rechte Seite der Empfängerkammer (5) auf­ trifft, durchläuft der Meßstrahl die mit Meßgas beströmte Meßküvette, und trifft - je nach Konzentration dieses Meßgases - geschwächt auf die linke Empfängerkammerseite auf. Die Empfängerkammern sind meist mit einer bestimmten Konzentration des zu detektierenden Gases gefüllt.

Durch die unterschiedliche Strahlungsintensität erwärmt sich das Gas in den Empfänger­ kammerseiten auch unterschiedlich, so daß eine Druckdifferenz und damit eine Ausgleichs­ strömung im Verbindungskanal (19) entsteht . Da zwischen Strahlenteiler und Analysen­ kammer ein Blendenrad (14) rotiert, das beide Strahlenbündel gegentaktig und periodisch unterbricht, wird die Strömung pulsierend.

Ein Mikroströmungsfühler (19) im Verbindungskanal, bestehend aus zwei auf ca. 100 °C aufgeheizten, sehr dicht sich gegenüberstehenden niederohmigen Nickeldrahtsystemen, kann diese Strömung messen, weil sich bei Durchströmung das eine Ni-System etwas ab­kühlt und das gegenüberliegende aufheizt.

Beide Ni-Systeme sind in einer Brücke zusammengeschaltet, deren Diagonale bei pulsieren­ der Strömung eine Wechselspannung abgibt, die verstärkt wird und zur Auswertung ge­ langt.

Der Detektor ist als Zweischichtdetektor aufgebaut. Da der Absorptionskoeffizient einer Absorptionsbande wellenlängenabhängig ist, wird in der ersten Schicht bereits ein Großteil der Bandenmittenstrahlung absorbiert, während sich die Bandenrandstrahlung mehr auf beide Schichten verteilt. Da beide Schichten pneumatisch gegeneinander geschaltet sind, kann sich die Bandenrandstrahlung weitgehend kompensieren - das System wird schmal­ bandiger und damit selektiver.

Aus Symmetriegründen sind beide Schichten im allgemeinen gleich dick. Eine Kompensa­ tion kann unter diesen Bedingungen nie vollständig sein. Durch variable optische Verlänge­ rung der 2. Schicht mittels des optischen Kopplers (6) läßt sich in vielen Fällen eine totale Kompensation bzw. Überkompensation (negative Querempfindlichkeit) erreichen und da­ mit für das Meßproblem optimale Selektivität erzielen.

Durch die phasengesteuerte Gleichrichtung des Meßsignals wird eine wirksame pneu­ matische und elektrische Störpegelunterdrückung erreicht, wobei der elektrische Störpegel wegen des niederohmigen Detektors nur bezüglich des elektronischen Rauschens eine Rolle spielt. Die Referenzsignal für die phasenrichtige Gleichrichtung wird aus einer photo­ elektrischen Einrichtung am Chopperteil gewonnen.

Technische Daten

Anzahl der Meßkanäle                                 2

Anzahl der Meßbereiche                              max. 2 je Gaskomponente

frei programmierbar                                     Einschränkung siehe Typenschild

Umschaltverhältnis                                      max. 1 : 10 (größer auf Anfrage)

Automatische Meßbereichsumschaltung    anwählbar

                                                                    0 80 90 100 %

- Umschaltung zum größeren MB" bei 90% der Meßspanne des kleineren MB

- Umschaltung zum kleineren MB bei 80% der Meßspanne des größeren MB

Ausgangssignale

analog                                                          0/2/4 bis 20 mA (Auflösung ca. 0,1 %; max. Bürde

                                                                    ca. 750 Ω)

digital                                                            serielle Schnittstelle (siehe Betriebsanleitung für

                                                                    serielle Schnittstelle)

Programmiermöglichkeiten

(zur Einstellung gerätespezifischer             Grenzwerte, Meßbereiche, Meßwertspeicherung,

Parameter über Bedienfeld)                        Zeitkonstante, dreistufiger Code zur Sicherung

                                                                    gegen unbefugte oder unbeabsichtigte Bedienung

Geräteausgang                                            Potentialfreie Kontakte für

                                                                    - Meldesignal: Messen/Kalibrieren

                                                                    - Statussignal: Ready/Not Ready

- Vier Grenzwertrelais, ein- und ausschaltbar, (max. 24 V71 A), den Meßbereichen frei zuzu­ordnen.

- Vier Kontakte für Meßbereichskennung

(max. 24V/1A)

- Magnetventilsteuerung (max. 24 V/1 A) nur bei Zusatzleiterplatte für automatische Kalibnerung

Geräteeingang                                             für Meßbereichsfernumschaltung werden 4

                                                                    potentialfreie Kontakte benötigt.

Meßwertanzeige                                          digitale Konzentrationsanzeige (41/2 Stellen mit

                                                                    Fließkomma)

Auflösung der Digitalanzeige                       0,1 bis 0,5 % der Meßspanne (meßbereichsab‑

                                                                    hängig)

Welligkeit des Ausgangssignals                  <0,5 % vom Signalendwert

Rauschen                                                    0,1 bis 1 % , vom kleinsten Meßbereichsendwert

und abhängig von der programmierten dyn. Rauschunterdrückung Funktion 14

Reproduzierbarkeit                                      0,1 ... 1 % vom Meßbereichsendwert, (meßbe‑

                                                                    reichsabhängig)

Kennlinie                                                      linearisiert

                                                                    Linearisierungsfehler ≤0,5 % v. Ew.

Langzeitdrift                                                 ±0,01 ± 1,0 % der MeßspannefWoche, meßbe‑

Nullpunkt                                                      reichsabhängig

Empfindlichkeit                                             +0,01 ... ± 1,0 % vom Sollwert/Woche, meßbe‑

                                                                    reichsabhängig

Einstellzeit [90-%-Wert bei 1 l/min und

programmierter Zeitkonstante 1 s (beein‑

flußbar über Funktion 13)l                            3 s für AK 0,2 mm

                                                                    7 sfür AK 180 mm

Besonderheit: Bei kleinsten Meßbereichen (SO ₂ und NO) ist wegen erhöhtem Rauschen eine grö­ßere Zeitkonstante nach Funktion 13 bzw. 14 notwendig

Anwärmzeit (98 % des Sollwerts)               ca. 30 min

Zulässiger Gasdruck                                    max. 1,5 bar absolut

Zulässige Lagertemperatur                          -30 bis + 70 °C

Zulässige Meßgastemperatur                      0 bis + 60 °C

Zulässige Umgebungstemperatur

bei Betrieb                                                    0 bis 45°C

Zulässiger Durchfluß                                   0,5 bis 2 l/min

zulässiger Spülgasüberdruck                      max. 5 mbar

Gebrauchslage                                            Frontwand senkrecht

Anzeigeänderung durch Einflußgrößen

Einflußgröße                                                Anzeigeänderung

Netzspg. Schwankung ( + 10 %/-15 %)      < 2 ‰ der Meßspanne

Umgebungstemperaturschwankung           < 1 % der Meßspanne /10 K

Gasdruckschwankung                                 < 1,5 % vom Sollwert /10 mbar

Frequenzschwankung                                 <1 %a für den zulässigen Frequenzbereich

Lageeinfluß

(Neigung <15° nach vorn und hinten)          < 1 % der Meßspanne

Hilfsenergie

Netzanschluß                                               AC, 48 bis 63 Hz

                                                                    110/120/220/230/240 V

Leistungsaufnahme                                     etwa 100 VA

Schutzart                                                     IP 65 nach DIN 40050

Abmessungen ( B x H x T)                          438 mm x 444 mm x 270 mm

                                                                    (siehe Bild 11.1)

Gewicht                                                        etwa 27 kg

Material der meßgasführenden Teile

Schläuche                                                    Viton, Ca F ₂ -Kristall

Meßkammer                                                 Al für Analysenküvetten 0,2 ... 6 mm

                                                                    Tantal für Analysenküvetten 15 ... 180 mm

Stahl 1.4571 für Analysenküvetten 15 ... 180 mm bei H ₂ > 1% im Meßglas