烨盈自动化讲解ULTRAMAT 23分析仪的调试及操作说明

大家好！

首先烨盈自动化很高兴能为大家讲解西门子2015年新推出的ULTRAMAT 23 红外气体分析仪低量程及顺磁氧的技术.ULTRAMAT 23 红外气体分析仪相信大家都很熟悉了，以前的氧传感器都是电化学的，而现在的氧传感器，不但可以达到电化学的还可以是顺磁氧，这让我们节约了不少成本。大家知道，ULTRAMAT 23 红外气体分析仪本身是西门子这个品牌里面经济实惠的，以前我们要达到顺磁氧的功能的话必须使用ULTRAMAT/OXYMAT 6红外 / 磁氧气体分析仪，这一款要比ULTRAMAT 23 红外气体分析仪本身贵了很多，所以说西门子新推出的ULTRAMAT 23 红外气体分析仪不但给客户解决了顺磁氧的功能，还给客户节约了不少的成本。还有一个重要的新增功能，通过 T?V 认证的ULTRAMAT 23 红外气体分析仪可按照13.BlmSchV与 TA Luft 中的要求测量 CO、 NO、 SO2 和 O2通过 T?V 认证的小容许量程，大家都知道：

以前ULTRAMAT 23 红外气体分析仪SO2的小量程只能达到：0-400-2000MG/M3.如果客户的量程再小得使用ULTRAMAT6的，

而2014年新推出的ULTRAMAT 23 红外气体分析仪SO2小量程可以达到：SO2： 0-200-1000 mg/m 3.

以前NO的小量程只能达到：0-250-1250MG/M3.如果客户的量程再小得使用ULTRAMAT6的，

而2014年新推出的ULTRAMAT 23 红外气体分析仪NO小量程可以达到：NO： 0-100-750 mg/m 3

以上所述，新款相对于老款的优势有：

1.节约成本

2.满足客户低量程的需要

3.满足客户同时测几种气体时测氧可能用顺磁氧来测

以下是烨盈自动化为大家详细解说的ULTRAMAT 23 新款分析仪
串行接口 RS 485
自动标定功能 分析仪使用环境空气自动标定（依赖于被测组分），循环时间可调整（从 0(1) 到 24 小时 ）
可选 8 个附加二进制输入和继电器输出
可供选择，例如，用于外部自动标
定，用于 PROFIBUS PA 或是
PROFIBUS DP
外界环境
允许的环境温度
? 操作时 +5 ~ +45 ?C
? 仓储和运输时 -20 ~ +60 ?C
允许的环境湿度 < 90% RH（相对湿度）在仓储和运
输时
允许的环境压力变动 60 ~ 120 kPa
样气压力
? 无泵 非受压式
? 有泵 非受压抽吸式
样气流量 72 ~120 l/h (1.1 to 2 l/min)
样气温度 0 ~ 50 ?C
样气湿度 < 90% RH （相对湿度）
无凝液
红外测量技术规格
量程 参见订货数据
时间响应
暖机时间 近似 30 分钟（大精度可在近似
2 小时后达到）
响应时间 (T90 时间 ) 取决于样气室的长度，样气线路和
可编程衰减
衰减（电气时间常数） 0~99.9 秒间选择
测量响应
输出信号波动 < 铭牌上小量程的 ± 1%小检测下限 当前测量量程的 1%
线性误差 测量位于大量程范围内时：
< 满量程的 ± 1%
测量位于小量程范围内时：
< 满量程的 ± 2%
重复性 < 铭牌上小量程的 ± 1%
零点漂移
? 使用自动标定 可以忽略
? 不使用自动标定 < 小量程的 2%/ 周满量程漂移
? 使用自动标定 可以忽略
? 不使用自动标定 < 小量程的 2%/ 周影响因素温度 自动标定间隔为 6 小时，大误差为铭牌上小量程的 2%/10K 的温度变化大气压力 采用内部压力传感器校正时，  < 量程的 0.2%/1% 的压力变化
电源 在 ±  10% 的电压波动下，误差小于输出信号范围的 0.1%
燃料电池
氧测量的技术数据
量程 0 ~ 5% 或 0 ~ 25% O2，可设定传感器寿命 测量 21% 的 O2 时大约两年连续测量 <0.5% 的 O2 将损坏测量室
时间响应
响应时间 (T90 时间 ) 在样气流量近似 1.2 l/min 时 <30 秒
测量响应
输出信号波动 < 当前测量程值的 ± 0.5%
线性误差 < 当前测量程值的 ± 0.2%
重复性 < 0.05% O2
零点漂移
? 使用自动标定 可以忽略
? 不使用自动标定 在空气中的漂移典型值为 1% O2/ 年影响因素氧气含量 当经常工作在 <0.5% O2 时，会使测量失真温度 < 0.5% O2 /20 K，以 20 ?C 为基准大气压力 1% 的压力变化下误差小于当前量
程的 0.2%
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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技术规格（续）
H
2S 测量的技术数据
测量组分 多 4 个组分 , 其中 1 或 2 个红外组分和氧和 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
传感器寿命 大约一年
影响因素
漂移 ＜小量程的 1%/月
温度 误差＜量程的 3%/10K温度变化
大气压力 ＜量程的 0.2%/1%的压力变化
测量响应
量程 0-5-50vpm
响应时间（T90时间） 在样气流量大约 1-1.2 l/min 时
＜ 40 秒
输出信号噪声 ＜小量程的 2%
显示分辨率 ＜ 0.01 vpm H 2S
输出信号分辨率 ＜小量程的 1%
重复性 ＜小量程的 4%
量程 0-500-5000vpm
响应时间（T90时间） 在样气流量大约 1-1.2 l/min 时
＜ 80 秒
输出信号噪声 ＜ 15 ppm H 2S
显示分辨率 ＜量程的 0.2%
输出信号分辨率 ＜ 30 ppm H 2S
重复性 ＜小量程的 4%
顺磁氧测量的技术数据
测量组分 多 4 个组分 , 其中多 3 个红外组
分和氧
量程 小 0-2%, 大 0-O2, 可设定
影响因素
零点漂移 量程 2%或 5%时 , ＜ 0.1%/周
量程 25%或更大时 , ＜ 0.5%/周
测量漂移 通过自动标定可忽略
温度 量程 5% 时,误差＜ 2%/10K温度变化
量程 2% 时,误差＜ 5%/10K温度变化
大气压力 ＜量程的 0.2%/1%的压力变化
测量响应
响应时间（T90时间） ＜ 60 秒
输出信号噪声 ＜小量程的 1%
重复性 ＜小量程的 1%
19" 机架单元和便携单元
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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19" 机架单元和便携单元
选型和订货数据                        订货号
ULTRAMAT 23 型气体分析仪 7MB2335
安装在柜中的单通道 19" 单元，可测一个或两个红外组分与氧含量 7MB2337
气路连接
可选 6mm 管或 1/4" 管
氧含量测量
可选燃料电池氧含量测量传感器或顺磁氧测量池
H
2S 含量测量
可选 H 2S 含量测量传感器
电源
可选 100 ... 120 V AC，  48 ...63 Hz 或 200 ... 240 V AC，  48 ...63 Hz
语言
可选德文、英文、法文、西班牙文及意大利文
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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选型和订货数据                        订货号
19" 机架单元和便携单元
ULTRAMAT 23 型气体分析仪 7MB2338
安装在柜中的单通道 19" 单元，可测三个红外组分与氧含量
气路连接
可选 6mm 管或 1/4" 管
氧含量测量
可选燃料电池氧含量测量传感器或顺磁氧测量池
电源
可选 100 ... 120 V AC，  48 ...63 Hz 或 200 ... 240 V AC，  48 ...63 Hz
语言
可选德文、英文、法文、西班牙文及意大利文
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
10
19" 机架单元和便携单元
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
11
19" 机架单元和便携单元
电气连接
针脚分配
-X45
-X80
ULTRAMAT 23，针脚分配（标准）
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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19" 机架单元和便携单元
ULTRAMAT 23，针脚分配（PROFIBUS 接口板选项）
-X50
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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19" 机架单元和便携单元
ULTRAMAT 23，  19" 机架单元，例如一个带氧测量的红外组分
ULTRAMAT 23，便携式单元，薄钢板外壳，气连接和电连接

ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
综述
基本特性
应用
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪一次能够测量四种气体组分 ：多可测量三种红外敏感气体，比如 CO, CO2 , NO, SO2 , CH 4 以及采用电化学氧气测量单元测量 O2。
ULTRAMAT 23 基本类型可：
? 测量一种红外气体组分带（或不带）氧含量测量
? 测量二种红外气体组分带（或不带）氧含量测量
? 测量三种红外气体组分带（或不带）氧含量测量
? 用于沼气应用，四个组份连续测量。测量二种红外气体组份（CO2 和 CH 4）加电化学测氧或硫化氢
? 四个组份连续测量，带顺磁氧应用。测量三种红外气体组份加顺磁氧原理测氧（不适用于排放监测）
? 使用环境空气自动标定 ：氧含量标定以及红外成分的零点标定取决于被测成分
? 多层检测保证高的度，消除红外交叉干扰
? 取样单元易于清洗，降低了维护的费用
? 具有简单文本格式的菜单辅助操作，简单、易懂
? 维修信息和记录手册，预防性维护，可帮助保养和维护人员，降低费用
? 开放界面结构（ RS 485,RS 232,PROFIBUS,SIPROM GA）；易于集成与远程控制在生物沼气应用中的特性
? 四个组份连续测量，包含硫化氢
? 长寿命的硫化氢传感器，不受硫化氢浓度增加影响，不需要稀释与反吹
? 适用于可燃气体应用
应用领域
? 小型燃烧系统的操作优化
? 对于使用所有类型燃料（油、气体和煤）的燃烧系统，监测它们的废气排放浓度；也可监控热焚烧厂的运行检测
? 监测室内空气
? 监测水果贮藏间，温室，地窖及仓库的空气状况
? 监控过程控制各功能
? 在钢的热处理过程中，监测环境状况
? 用于无潜在爆炸危险的环境中生物沼气领域
? 监测沼气发酵生产
? 监测气体增压
? 监测生物饲料
顺磁氧应用领域
? 惰性气体装置
? 监测室内空气
? 医药工程
更多应用
? 环境保护
? 化学工厂
? 水泥工业
特殊应用
配置有两个 IR 组分且不带泵的 ULTRAMAT 23 型气体分析仪可配两个独立的气路。这样，它可以同时测量两个采样点，这种测量方式可用来测量，例如 ：  NOx 转化炉转化前后的NOx 含量。
ULTRAMAT 23 型气体分析仪可应用于烟气排放监测系统以及过程与安全监测。
通过 T?V 认证的 ULTRAMAT 23 型气体分析仪可按照 13.BlmSchV与 TA Luft 中的要求测量 CO、 NO、 SO2 和 O2通过 T?V 认证的小容许量程：
? 单组分和双组分分析仪
- CO： 0 ~ 150 mg/m 3
- NO： 0 ~ 250 mg/m 3
- SO
2： 0 ~ 200 mg/m 3
? 三组分分析仪
- 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许的。
ULTRAMAT 23
概述
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪

3
设计
? 19'' 机架单元带有 4 个 HU（标准高度）可安装于
- 旋转结构中
- 带或是不带滑轨的框架中
? 前面板样气流量计；
可选：集成的样气泵（便携型的标准配置）
? 对于样气体输入和输出以及标定气体的气路连接，管子直径为 6mm 或 1/4"
? 气和电气连接在后部（便携型：样气进口在前端）
显示和控制面板
? 根据 NAMUR 推荐的操作
? 可对分析仪进行简单快速地编程和调试
? 带有大屏幕背光灯的 LCD 显示测量值
? 通过菜单操作实现编程输入、功能测试和标定
? 可清洗的膜状键盘
? 用户帮助以纯文本格式显示
? 带有 5 种语言显示的操作软件
概述
输入和输出
? 用于启动 / 停止样气泵、触发自动标定和让几个设备同步的三个二进制输入
? 用于故障、维护请求、维护切换、设置极限、量程识别以及
外部电磁阀的八个继电器输出可自由配置
? 八个附加的继电器输出（可选）
? 八个附加的二进制输入（可选）
? 电气隔离的模拟量输出
通讯
? RS 485 为基本配置（从后面连接）选项
? RS 232 转换器 TCP/IP Ethernet 转换器
? 通过 PROFIBUS-DP/PA 接口接入网络
? SIPROM GA 软件
ULTRAMAT 23，膜状键盘和图形显示

ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
4
ULTRAMAT 23，设计
概述
功能
ULTRAMAT 23 使用了两种相互独立并可选择的测量原理。
红外气体测量
ULTRAMAT 23 红外气体测量原理基于气体分子具有特定的红外光吸收波段，采用单光束交变红外分析方法。一个红外线源 (7) 被加热到约 600 ?C。光源发出的光电斩波器 (5) 调制成频率为 8 1/3Hz。
红外光束通过流动着样气的测量气室 (4)，并根据样气浓度的
不同而产生或多或少的衰减。
检测器为两层或三层结构（取决于划片位置），充有特定浓度的待测气体组分。
光谱吸收波段的中间位置的能量优先被*层检测室 (11) 吸收，边缘波段的光则被第二层检测器室 (2) 和第三层检测器室
(12) 吸收。
多层检测气室之间通过微流量传感器 (3) 连接在一起。上、下层之间的吸收经微流量传感器耦合，将吸收光谱的带宽变窄，提高分辨精度、消除红外交叉干扰。改变划片 (10) 的位置，可以改变下层检测气室的红外吸收。因此，大限度减少某个干扰组分的影响是可能的。斩波器 (5) 在分光器和气室之间旋转，交替地、周期性地切断光线。如果在测量气室有红外光被吸收，多层检测气室之间会产生脉动气流，该气流被微流量传感器 (3) 转换成电信号。微流量传感器中有两个被加热到 120 ?C 的镍格栅，这两个镍格栅和两个电阻形成惠斯通电桥。脉动气流及紧密排列的镍格栅导致电阻发生变化，这样电桥失衡而产生输出，电桥输
出信号的大小取决于气体浓度。
ULTRAMAT 23，红外测量原理图（以三层检测气室为例）
注意：
进入到分析仪的样气必须不含灰尘，同时还应避免在测量气
室中出现凝液，这也是为什么大多数测量应用都需要样气预
处理的原因。
在分析仪所处的环境空气中不含有高浓度的被测组分。
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
5
燃料电池氧含量测量
氧气传感器基于燃料电池原理来工作的。氧气在阴极与电解
液的分界面被转换成电流，并且所产生的电流与氧气的浓度
成正比。
使用弱酸性的电解液，相比其它类型的传感器，对于交叉干
扰不敏感，诸如 CO2、 CO、 CH 4、 H 2 等的影响。
电化学传感器H2S测量
硫化氢通过扩散膜 ( 气体隔膜 ) 进入传感器，在工作电极上被
氧化。以减少大气中氧气的反应形式作用在辅助电极。电子
转移通过连接针脚的电流反映，这个值与气体浓度成正比。
硫化氢传感器不能应用于气体组份含有以下成分 :
? 含氯化合物
? 含氟化合物
? 重金属
? 气溶胶
? 碱性成分
?NH
3 > 300vpm
顺磁氧氧含量测量
与其他气体相比，氧气具有顺磁性。利用氧气的这种特性来
作为测量的基础。
在测量室中两个*磁体产生不均匀的磁场。假如有氧气分
子流入测量室 (1) 它们会被磁场吸引。这会导致两个磁性空心
球体 (2) 被推动偏移出出磁场。这个旋转动作被光电信号记录，
作为补偿的控制电流会输入一个变量。这会产生一个反作用
力矩，通过线圈 (3) 推动两个空心球体反向旋转，补偿电流与
氧气的浓度成正比。
使用空气进行自动标定
ULTRAMAT 23 可以使用空气 ( 如环境空气 ) 进行自动标定。自
动标定的周期可调 (1 至 24 小时，亦可选择关闭该功能 )。在使
用空气自动标定时，样品气室充入空气，检测器得到一个信号。
该信号既可以作为待测红外组分的零点标定 ( 样品气室没有产
生红外吸收，取决于被测成分 )，又可以作为满量程的标定信号。
因为 ULTRAMAT 23 中存有检测器信号与样品浓度相对应的专
有函数关系，利用自动标定的信号可对整个量程进行标定
与修正（经 T?V 认证）。
由于检测器得到的自动标定信号包含了现工作状态下的所有
可能干扰，如光源和检测器的老化或污染 ( 如果存在 )，以及
温度与压力对测量的影响，采用自动标定还可修正与补偿上
述各种情况带来的偏差。
对于带有氧测量传感器的 ULTRAMAT 23，空气自动标定功能
还可以对氧的测量进行标定。
基本特性
? 空气自标定功能，分析仪几乎不需要维护，同时进行零点校
准和满量程校准
? 每12个月只需使用一次校准气体进行标定(由实际应用来决定）
? 每个测量组分在规定量程范围可以设置两个测量量程：
- 所有测量量程都是线性的
- 具有量程自动切换功能
? 自动修正大气压力变化
? 样气流量监测
概述
ULTRAMAT 23，氧含量测量室原理图
ULTRAMAT23， H 2S 传感器工作原理
ULTRAMAT23，顺磁氧测量工作原理
ULTRAMAT 23 红外气体分析仪
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19" 机架单元和便携单元
技术规格
概述
测量组分 多 4 个组分，其中多 3 个红外
组分和氧
测量量程 每个参数 2 个量程
显示 带 LED 背光对比度可调及功能建的
LCD 显示
使用位置 竖直前面板
采用标准 CE 认证 EN 61000-6-2, EN 61000-
6-4
设计，外壳
重量 大约 10kg
保护等级， 19" 机架单元和台式单元 IP20~EN60529
电气特性
EMC 防干扰（电磁兼容性），带有
安全绝缘的过低电压（SELV）保护
符合 NAMUR NE21(08/98) 或
EN50081-1, EN50082-2 标准要求
电源 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
电源功耗 约 60 VA
电子输入和输出
模拟输出 每组分， 0/2/4~20mA，浮点，负载大 750 Ω
继电器输出 8 个，带转向接点，可选，例如，
量程识别，载重能力，  24V
AC/DC/1A，浮点，无火花
二进制输入 3 个，为 24V 设计，浮点
? 泵
? 自动标定
? 几个设备的同步化