LDS 6二极管激光气体分析仪

LDS 6，典型装置带有透射光传感器

LDS 6 是一种二极管激光气体分析仪，其测量原理基于不同气体组分具有特定的光吸收。LDS 6 适合工艺气体或烟气中气体浓度的快速、非接触测量。来自最多三个测量点的一个或两个信号由分析仪装置同时进行处理。通过使用光缆，每个测量点的原位交叉管传感器到中心装置的距离最长可达 700m。传感器适合在恶劣环境条件下运行，并含有很少电气组件。

原位气体分析仪 LDS 6 具有可靠性高、分析选择性的特点，并且应用范围非常广。LDS 6可实现一个或两个气体成分的测量或 －如若期望，能够直接在以下过程中测量气体温度：

• 具有较高含尘量
• 在炽热、潮湿、腐蚀性、爆炸性或有毒气体中
• 在呈现气体成分显著变化的应用中
• 在测量点的恶劣环境条件下
• 高选择性，即几乎无交叉敏感性

LDS 6气体分析仪的特色：

• 安装非常容易
• 维护要求
• 极其强固的设计
• 通过内置、免维护参比气体槽的高长期稳定性，无需现场标定。
• 可实现实时测量

此外，该仪表在以下情况下可提供报警和故障信息：

• 在维护所需要时
  • 错误参比功能
  • 不良信号质量
• 所测变量超过下限或上限报警水平
• 超过上限和下限的光信号的透射量

应用

• 过程优化
• 所有种类燃料（燃油、燃气、燃煤等）的连续排放监测
• 电力设施和任何种类焚烧炉中的过程测量
• 过程控制
• 防爆
• 在腐蚀性和有毒气体中进行测量
• 质量控制
• 环境保护
• 生产设备和操作者安全

领域

• 电厂
• 炼钢厂
• 水泥工业
• 化工和石化厂
• 汽车工业
• 垃圾焚烧炉
• 玻璃和陶瓷生产
• 研究与开发
• 半导体和计算机芯片生产

特殊应用

除标准应用外，根据要求，我们还可提供适合特殊应用的产品。这些产品具有更大的温度和压力范围以及浓度量程。而且，使用特殊应用产品，还可测量其它种类的气体。

气体分析仪 LDS 6由一个单元和最多三个原位传感器组成。通过一根所谓的混合电缆（该电缆含有光纤和铜导线）建立单元和传感器之间的连接。由一根附加电缆把交管传感器的发送和接受部分连接起来。

单元

单元处于一个 19" 机架式外壳中，有 4 个固定点。

• 在铰链框内
• 在带有或不带有伸缩导轨的机架上

显示屏和操作面板

• 用于同时显示测量结果和装置状态的大型液晶显示屏
• 可通过菜单调节液晶显示屏的对比度
• 具有节能功能的显示LED 背景照明
• 带软键的清洗便捷型薄膜型触摸垫
• 通过菜单操作进行参数设置和诊断
• 纯文本操作支持

输入和输出

• 与测量点传感器混合连接相连接的一个到三个测量通道
• 每个通道2个工艺气体温度和压力的模拟量输入点。
• 每个通路有 2 个模拟输出（用于气体浓度）。对于某些型号，也可以读取透射率。
• 每个通道有 6 个可自由配置的数字量输入，用于接收外部温度或压力变送器的故障或维护申请信号或长安其吹扫故障信号。
• 每个通道 6 个可自由配置的数字量输出（用于发出故障信号、维护申请、功能控制、传输限制报警、浓度限制报警、存储模拟输出）

通信

网络连接：用于远程故障诊断和维护的以太网（T-Base-10）。

LDS 6 装置、薄膜型键盘和图形显示

交管传感器

CD 6传感器，变送器或检测器单元

• 原位交管传感器，配置成变送器和检测器单元，通过传感器电缆连接
• 通过长度为 700 m 的所谓混合型电缆连接到 LDS 6 单元（混合型和传感器连接电缆的总长度：在危险区 Ex Zone 0 和危险区 Ex Zone 1 中最长 250 m）
• 不锈钢，某些为涂漆铝
• 传感器具有 IP65 防护等级
• 配有法兰连接的可调节法兰
• DN 65/PN 6，ANSI 4"/150 磅
• 可选防火窗口法兰，其外形尺寸为：DN 65/PN 6，DN 80/PN 16，ANSI 4"/150 磅，当要求时可提供其它过程接口。
• 过程侧和传感器侧上的吹扫设施，可组态应用，配有适合以下各项的吹扫气体连接：
  • 仪表空气
  • 吹扫鼓风机
  • 蒸气
  • 氮气
  • 过程气符合压力设备指令类别。2 不适用
• 与高压窗口法兰配合使用时，可以使用仪器空气或氮气在工艺侧进行吹扫
• 用于清洗测量开口和传感器窗口的快速释放紧固件
• 可选：防爆型，符合 ATEX / IEC Ex ia 标准
• CD6 型传感器符合压力设备指令

与工艺气体相接触的部件

由于在过程侧采用气体介质进行吹扫，因此，传感器通常不会与工艺气体相接触。传感器窗口前面的不锈钢吹扫气体管略微浸没到工艺气体中，从而限制吹扫体积。当要求时，我们可提供哈司特镍合金、塑料（PP）等特殊材料。

混合电缆和传感器电缆

使用光缆和铜双绞线组合把传感器连接到中心装置上。使用混合电缆把中心装置连接到传感器的检测器单元上，使用传感器电缆连接传感器的变送器和接收器单元。

对于防爆环境中的安装，必须遵守法律规定，如将本质安全型电缆与非本质安全型电缆空间分离。

按照 EN IEC 60079-14 标准，必须安装带有本质安全电路的系统，从而使其内在的安全性不受电场或磁场的损害。因此，敷设防爆应用中的 LDS 6 的混合和传感器电缆时，必须采用使它们无法产生电场或磁场的方式，例如，将它们卷成多个电缆环路。为了保证良好的信号质量以及避免不允许的电感环路，混合和传感器电缆的长度应尽可能短。

• 单元和测量点之间的距离可以为
  • 在 Zone 0 和 Zone 1 中使用时，对于防爆设备，最长为 250 m（混合型和传感器连接电缆的总长度）
  • 对于在 Zone 2 中使用的防爆单元，最长 700 m，对于非防爆单元，
• 混合电缆和传感器电缆
  • 多模光缆，配有 SMA 连接件，用于传输测得信号
  • 双芯铜电缆，双绞线板，用于检测器电子元件的 +24V 供电（对于适用于爆炸性气体的仪器为 +12V）
• 另外适合混合电缆：
  • 单模光缆，双侧配置 E2000 连接器用于传输激光
• 坚固耐用的电缆护套，用于敷设在开放的电缆槽或管道系统中
• 包皮层材料：耐油聚氨酯

混合电缆的连接

工作原理

LDS 6是一种采用单线分子吸收光谱的气体分析仪。一个二极管激光器发射近红外光束，该光束穿过工艺气体，并由一个接收器单元进行检测。激光二极管输出的波长微调到一种气体专用吸收线。该激光器以非常高的光谱分辨率连续扫描此单吸收线。结果得到全分辨单独分子线，可根据吸收强度和线形对该分析线进行分析。交叉灵敏度对测量的影响可以忽略，因为准单色激光会在扫描的整个光谱范围按一个特定分子吸收谱线被吸收。

LDS 6 的基本设计

配置示例

原位分析操作程序的一个特点是直接在工艺气体流中进行测量，通常也可直接在实际工艺气体管线中进行测量。所有工艺参数（如气体基体、压力、温度、水分、含尘量、流量和安装方向）均会影响 LDS 6 的测量性能，因此必须针对每个新应用进行系统调查。

LDS 6 的订货数据中所规定的标准应用的一个特点是，典型工艺条件应已且有记载，所保证的测量性能可通过参考装置来验证。如果您无法在相关标准应用中查找到适合自己的应用，请联系西门子公司。我们原意核实 LDS 6 适合您的可能具体应用。用户可在西门子网站查找 LDS 6 产品的应用调查问卷：
/insituquestionnaire

典型的 LDS 6 透射光设置，在原位

为避免过程侧的传感器光学器件变脏，应使用清洁气体吹扫介质（如仪表空气、氮气或蒸汽）。传感器头上的吹扫空气管（其略微伸入工艺气体流中）决定了有效测量路径长度。

LDS 6 可在工艺气流的横行和纵向方向上进行测量。某些情况下，由于具体工艺条条件，需要根据工艺温度、压力和/或光程对旁路管线中的样气流进行调节。通常不需要进一步处理工艺气体，如干燥或除尘。

典型的 LDS 6 透射光设置，在旁路中

提供了适合 LDS 6 的特殊应用的流通池，其专门针对与 LDS 6 及其透射光传感器一起使用在处理和测量性能方面进行了优化。其在设计上可降低表面效应，因此也非常适合氨水等极性气体。这种流通池分为加热型和非加热型。提供有轮装式和壁装式。

配有加热型流通池的 LDS 6 测量配置

常规信息

LDS 6 通过光纤与测量点相连。激光由单模光纤从核心设备引导到原位传感器的发射装置上。该传感器由一个变送器和一个检测器组成。变送器和检测器之间的距离确定了测量路径。在接收器盒中，光线聚焦到一个适合检测器中。然后，检测器信号转换成一个光学信号，并通过第二根光纤传输到单元，在这里，将根据所检测的吸收信号来确定气体成分的浓度。

LDS 6 通常会借助于一个高分辨分子吸收谱线来测量单个气体组分。吸收是因激光辐射能转换为分子内能而产生的。

在某些特定情况下，如果两个组分的吸收谱线彼此接近，以至于可通过一次单独扫描在激光谱范围内同时检测到它们（例如，水 (H2O) 和氨水 (NH3)），则可以同时测量这两个组分。

水和氨水的吸收光谱

LDS 6的典型可测量气体是：

• 低压范围的氧 (O2)
• 氟化氢（HF）+ 水
• (HCl) + 水
• 氨水 (NH3) + 水
• 水蒸汽 (H2O)
• 一氧化碳 (CO)
• 二氧化碳 (CO2)
• CO + CO2

通过使用通常充有被测气体的内部参比池，将在参比通道中对光谱仪的稳定性进行性检查。

这样即可确保校准连续有效，无需再使用校准气钢瓶或参比气池进行外部重新校准。

与激光的带宽相比，吸收谱线具有典型的光谱带宽。

对测量的影响

含尘量

只要激光光束能够产生适宜的检测器信号，工艺气体的含尘量就不会影响分析结果。通过采用动态背景校正，可在没有任何负面影响的情况下进行测量。在良好的条件下，LDS 6 可以处理 100 g/Nm3 的颗粒密度。通过扫描整个气体吸收线和当前背景，可以补偿变化的含尘量。
高含尘量的影响非常复杂，取决于路径长度和颗粒大小。随着路径变长，光学衰减会增加。较小的颗粒也对光学衰减有很大影响。在含尘量很高、光程较长且灰尘颗粒很小的情况下，影响向西门子技术支持部门进行咨询。

温度

可以通过校正因子来补偿温度对分析谱线吸收强度的影响。可将温度信号从外部温度传感器输送给一个模拟仪表。然后，该信号被用于校正温度对所观测的谱线强度的影响。如果样气温度保持不变，则也可使用预置值来进行静态修正。
在较高工艺气体温度下（通常在大约 1000 °C 以上），气体和尘土可能会产生明显的宽带红外辐射，或者测量通路中偶尔会存在火焰。可以在检测器上游设置一个附加光学带通滤光片（对于测量 O2 的 LDS 6），以对其进行保护并防止因过强的背景辐射而饱和。

压力

压力对吸收谱线（从而对被测浓度）的影响可通过一个校正因子来补偿。气体压力会影响分子吸收谱线的形状。模拟量压力信号可从外部压力传感器发送到装置以*补偿压力的影响（包括密度影响）。

光路长度

LDS 6 所分析的吸收值通常很小。根据朗伯-比尔吸收定律，激光的吸收取决于气体内的光路长度。因此，过程中有效光路长度的测定精度可能会限制测量的总体精度。
由于通常需要对过程侧的传感器光学部件进行吹扫以使其长期保持清洁，需要考虑吹扫介质与工艺气体之间的混和区的厚度及其浓度分布。在一个具有几米长光路的典型现场装置中，吹扫气体对有效光路长度的影响可忽略不计。
光路长度和含尘量将会相互影响：过程中的含尘量越高，允许光路程度就越短。对于 ≤ 0.3 m 范围内的短光路长度，请与西门子技术支持部门联系。

维护和故障消息

LDS 6 通过继电器输出不同警告：

• 需要维护（测量值不受影响）
• 操作错误（可能会影响测得值）

注：

测量点的单独要求可能需要采用专用传感器设备。传感器的调整方式如下：

• 不同吹扫介质（如仪表空气、环境空气、氮气或蒸汽）
• 过程侧和传感器侧采用不同吹扫模式
• 吹扫管和/或传感器法兰采用特殊材料
• 传感器的冷却或加热
• 防爆型传感器配置

基本特性

• 通过内部参比池进行集成式校准调节
• 可忽略的零点和满量程长期漂移
• 变化的含尘量的动态背景校正
• 隔离信号输出，4 - 20mA
• 用户友好的菜单操作
• 可选的时间常数（响应时间）
• 两个具有单独访问代码的用户控制级别，用于防止意外和擅自操作。
• 根据 NAMUR 的建议执行操作
• 监控总体光学传输
• 通过以太网/调制解调器进行远程预防性维护和维修
• 由于便于拆卸接头，可简单更换单元
• 传感器和单元外壳无磨损和腐蚀
• 通过数字键盘和菜单提示进行简便操作

适用于排放监测的认证型号

LDS 6 是作为一种经认证的仪器提供的，用于 NH3、NH3/H2O、H2O、HCl、HCl/H2O 等气体的排放监测。证书由德国的 TÜV 以及英国的 MCERTS 颁发。应使用适用于氨气、水和 HCl 的测试套件在现场定期执行校准和检查线性度。这些套件可以作为仪器附件单独订购。对于新分析仪订单，必须订购 名称为“Version 2”的 NH3、NH3/H2O 和 H2O 套件。对于已安装好的分析仪，请联系西门子技术支持部门以确定正确的测试套件类型，或参阅手册。

校准的验证

组件包含经过认证的免维护校准气体池，带有用于连接激光光纤导体和跨截面传感器的检测器模块的接头。它们用于在没有压缩气体瓶和流通池的情况下，在现场快速验证工厂校准。

提供了用于以下样气的校准验证套件：
氧气、氨气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化碳/二氧化碳。针对具体应用还提供了“零点气体测试套件”（请见“附加单元”）。

校准验证的组件示例