3000TA中文.docx

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3000TA中文

3000TA微量氧分析仪

介绍

1.1、概述

TeledyneAnalyticalInstruments的3000TA微量氧分析仪是基于微处理器的测量气体中ppm级O2的分析仪。

本手册只包含通用的3000TA的盘装或架装仪表的内容，这些仪表应用于非危险的室内环境中。

1.2、典型应用

·惰性气体的保护监测；

·空气分离和液化；

·化学反应监测；

·半导体生产；

·石化过程控制；

·质量保证；

·气体分析检验。

1.3、分析仪的主要特点

3000TA微量氧分析仪先进而便于使用，主要特点：

·两行字符显示，微电子驱动，连续的提示和通知操作者；

·大型高亮度显示器，高分辨率、精确的O2读数，从ppm级到25%氧含量；

·不锈钢传感器模块；

·先进的微燃料电池，专门设计用于微量分析，保用期1年，使用寿命达2年；

·通用的宽量程分析应用；

·8位微处理器（CMOS），32KBRAM和128KBROM；

·3个用户可定义的输出范围（0-10ppm到0-25%），能最好地与用户的过程设备匹配；

·用传统的20.9%作空气标定；

·对于给定的测量，自动量程使分析仪自动地选择预置的量程，手动切换允许固定在一个希望的范围内分析；

·两个可调的含量报警和系统故障报警；

·在启动初期和根据命令进行自诊断，连续的电源监测；

·两种RFI防护方法；

·4个模拟量输出：

两个用于测量（0-1vdc和隔离的4-20mAdc）和两个量程定义输出；

·传统的通用的钢制盘装或架装机壳，带有滑出型电气抽屉。

1.4、型号设计

3000TC：

标准型。

3000TC-C：

除标准配置外，还有分立的用于零点和量程气接口和内置的控制阀，控制阀由3000TC控制，与分析仪的操作同步地在气体间切换。

1.5、前面扳（操作接口）

标准的3000TA装在一个坚固的金属壳中，所有的操作和显示都在前面板完成。

见图1-1。

前面板有13个用于操作的按健，1个显示表，1个荧光显示器和1个用于观察流量计的窗口。

功能键：

6个压敏薄膜开关用于切换分析仪的特定功能。

·Analyze：

执行样气中氧含量分析；

·System：

执行与系统相关的任务（在第4节操着中详述）；

·Span：

标定量程；

·Zero：

标定零点；

·Alarms：

设置报警点和属性；

·Range：

设定仪器的3个用户定义的量程范围。

数字输入键：

6个压敏薄膜开关用于输入数据给仪器，通过VFD显示器；

·Left&Right箭头：

在VFD显示器上，对当前显示的功能进行切换；

·Up&Down箭头:

增加或减少显示的当前功能的数值;

·Enter：

将VFD显示顺序地移到下一屏幕，如果无下一屏幕，则切换到Analyze屏；

·Escape：

顺序地将VFD显示移到上一屏，如无上一屏，则切换到Analyze屏。

数显仪：

LED显示器，连续地显示分析结果。

数字显示接口：

VFD显示器是易于使用的人机接口，它显示结果、选项和立即反馈给操作员的信息。

流量计：

用于监测流过传感器的气体流量，范围：

0.2-2.4SLPM。

待机按钮：

待机按钮可以关闭显示和输出，但电路仍运行。

注意：

要彻底关断仪表电源，必须将电缆拔下。

机壳暴露或前门打开时电源仍连接时，要格外注意不要接触电路板。

开门：

用窄工具按下前面板右上方的门锁，可以打开前面板，进而安装微燃料电池。

拆卸电路板需要卸下仪表后面的螺钉，将机芯从机壳中抽出。

1.6、LCD与VFD的区别：

LCD是黑色字符，绿色背景，而VFD是黑色背景，绿色字符，VFD不需要调整对比度。

1.7、后面板（设备接口）

后面板如图1-2所示，包含有气路和电路的输入/输出接口。

有些操作的叙述可能在仪表中没有体现，这里作了简单的描述，详细描述在第3节有关安装中。

电源连接：

通用AC电源。

·气路入和出：

1个输入（必须外部配阀门）和一个放空输出。

·模拟量输出：

0-1Vdc含量输出加上一个01Vdc量程输出，和一个隔离的4-20mAdc加上一个量程输出。

·报警连接：

2个含量报警和1个系统报警。

·RS-232口：

串行接口，用于信号输出和指令输入。

·远程电极：

只用于控制3000TA的外部电磁阀。

·远程量程/零点：

数字输入，用于外部控制分析仪的标定。

·标定接点：

提示外部设备分析仪正在标定，读数不是正在测量的样气值。

·量程接点：

4个分立的，指示量程的继电器接点输出，低、中、高和标定。

·网络I/O：

用于局域网的串行数据通讯。

用于进一步扩展，在此没有用。

·选项：

·标准气接口：

分立的接头，用于零点、量程和样气输入，内部阀门用自于动切换气体。

提示：

2、原理

2.1、介绍

分析仪含有3个系统。

1、微燃料电池传感器；2、样气系统；3、信号处理及显示控制。

样气系统设计用于获取样气并将样气送进分析仪，并保证在进行分析之前不会污染和发生变化。

微燃料电池是一个电化学原电池，他将样气中的氧含量转化为电流信号，此电流信号经处理，显示和控制子系统，简化了分析仪的操作并精确地处理采集的数据。

2.2、微燃料电池传感器

2.2.1、工作原理

3000TA系列采用的氧传感器是一个微燃料电池，是由AnalyticalInstruments设计生产的，是一次性塑封电化学传感器。

燃料电池的有效成分是1个阴极、1个阳极和15%液态KOH溶液。

阳极、阴极被浸没在溶液中，这个电池将化学反应的能量转化为外电路的电流信号，其作用类似于电池。

但是，普通电池与微燃料电池的区别是：

在普通电池中，所有的反应电池都封装在电池中，而在微燃料电池中，其中一个反应介质电池外部的要分析的样气中。

微燃料电池是一个介于电池和纯燃料电池间的。

2.2.2、微燃料电池的结构（anatomy）

微燃料电池是一个直径11/4”高11/4”的柱体，用极为惰性塑料制成，实际上可以放心的置于任何环境或气体中。

尽管他的一端可以渗透过样气中的氧，但是仍被有效的密封。

电池的另一端是含有2个同心金属箔环的接触平面，在传感器体配件中的金属环配有弹簧接点。

图2-1说明了其外部特征。

图2-2是微燃料电池的剖面，说明了其内部结构。

电池的上部是一个Telflon扩散膜，其厚度被精确控制。

扩散膜的下部是氧敏感元件——阴极，表面积几乎达4cm2，阴极有许多孔，以确保上表面被电解液充分的湿润。

阴极镀有惰性金属。

阳极在阴极地下部，由铅制成，适当的设计使参与化学反应的金属最大化。

在电池的底部，即阳极的下面，是一个弹性膜片，设计适应于随着寿命变化的内部体积的变化。

这个弹性保证敏感膜片保持在适当位置，以使电流输出稳定。

从阴极上部的扩散片到阳极下面的弹性底膜片间的空间充满电解液，阴极和阳极浸没在公共的池子中，他们都有一个导体将他们连接到外部接触平面上的接触环上，接触平面在电池的底部。

2.2.3、化学反应

样气经过Teflon膜片扩散，样气中的氧在阴极的表面被还原，半反应式如下：

O2+2H2O+4e-4OH-（阴极）

在电解液的水中，4个电子与一个O2分子结合，产生4个氢氧基。

氧在阴极被还原时，在阳极铅被同时氧化，半反应式如下：

Pb+2OH-Pb2++H2O+2e-（阳极）

（每个被氧化的铅原子中有2个电子被转移，上述阳极反应式中转移发生2次，转移4个电子，以平衡在阴极上的反应。

）

当外部电路被提供时，在阳极表面释放的电子流到阴极表面。

这个电流与到达阴极O2量程比例。

测量这个电流确定混合气中的O2含量。

燃料电池的全反应式是上述两个半反应式的和：

2Pb+O22PbO

这个反应将持续到气体中无氧化铅的成分存在，如：

碘、溴、氯和氟。

燃料电池的输出被如下因素限制：

1、当时电池中的氧含量2、阳极材料量。

无氧存在时，没有电流产生。

2.2.4、压力的影响

为了表示压力增加，则通过扩散膜到达阴极表面的氧含量也增加，导致外电路电流增加，即使样气中的氧含量未变化。

在标定期间保持燃料电池的样气压力（通常是排放压力）也同样重要。

2.2.5、标定特性

保持燃料电池表面的样气压力恒定，则燃料电池外电路的电流只与混合气中O2含量成正比，即是一个线性关系。

如图2-3所示，测量电路不需对非线性进行补偿。

另外，无氧存在时，特性曲线靠近绝对零点（±1ppmO2），所以，调整还是用于补偿由于电池的偏移和电路的偏移（电路零点在上电初始时自动进行）。

2.3、采样系统

采样系统将分析仪后面板输入的气体传送到微燃料电池，根据运行方式不同可能是标准气。

3000TA样气系统设计、安装保证经过样气的气体成分不会发生变化。

样气几乎不会遇到死空间，最小的残余气体空间能影响微量分析。

标准仪表的样气系统包括在后面板的样气入口处和出口处的1/4“

管卡套接头，对于公制系统安装，如果需要提供φ6转换器，装在电池下方的流量计可以观察流过系统的样气或标准气的流量。

图2-4为标准方式下的管路安排和流路框图。

图2-5为流路框图（样气），对于标准仪表，标准气可通过电磁阀，由三通直接接到样气入口。

框图的阴影部分表示出3000TA-C型所附加的部件。

阀门装在仪表内部并由仪表内电路控制。

2、4、电路及信号处理

3000TA采用8031微处理，带有32KBRAM、128KROM进行信号处理。

I/O和分析仪的显示控制功能。

系统电源采用通用电源模块设计可满足任何国家的电源。

图2-6表示出电源和主电路板的位置。

信号处理电路包括：

微处理、A/D、D/A转换器将在主板上，主板装在机壳底部，前置放大器板装在主板的上面，移出后面板后，可抽出这些板。

图2-7为分析仪的电路框图。

有O2存在时，电池产生电流，一个电流电压放大转换器将此电流转换为电压，此电压在第二级放大器中放大。

第二级放大器还对O2传感器的输出进行温度补偿，这个放大电路采用一个热敏电阻，装在电池体上，电阻的阻值随电池体的温度变化而变化。

此变化量与电池的输出成分反比（对应于同样的温度变化）。

这样使信号与温度无关。

第二级放大器的输出送到一个18位的A/D转换器，转换器由微处理器控制。

随前面板输入而变化的数字化含量信号由微处理器控制，相应的控制信号直接显示于报警和通信，同样的数字信号送到12位D/A转换器产生4-20mAdc和0-1vdc模拟含量信号输出和模拟量程ID输出。

电源信号同样被测量，显示异常。

3、安装

3000TA的安装内容包括：

拆包装、安装、气路连接、电路连接、安装燃料电池和系统测试。

3.1、拆包装

分析仪发送时，包括所有安装和运行准备的材料，小心地打开包装，检查有无损坏，如有损坏立即通知运输代理。

3.2、安装分析仪

3000TA适用于室内普通区域使用。

它不能用于任何类型的危险区域。

标准型号设计为盘装型式，图3-1说明了3000TA的标准前面板和安装框。

有4个安装孔。

图号D-62928（在本手册的后面）有关面板外形图。

作为特殊定货，可提供19”架装结构，对于架装形式，1个或2个3000系列分析仪盘装到架装盘上，有关尺寸看附录。

所有的操作控制装在控制面板上，控制面板挂在左边并作为前门折叠，使能安装和拆卸电池块，此门有弹簧支持，当按下门锁时，门将打开，打开角度为900。

半径为7.125英寸见图3-2。

3.3、后盘面连接

图3-3为3000TA的后面图，有气路输入/输出口，电源通迅，数字和模拟含量输出。

标准形式不含有零点和量程气输入口，但可作为选项。

3.3.1、气路连接

在使用仪表之前，要确定仪表是用于增压系统，真空系统和低压系