西门子Calomat 6热导气体分析仪 氢气、氮气组成成分浓度测量

2 概述 2 介绍 2 特性 2 应用 2 3 功能 4 19" 架装型 4 技术数据 5 订货数据 6 外形尺寸图 7 电气连接图 10 现场安装型 10 技术数据 11 订货数据 12 外形尺寸图 13 电气连接图 16 防爆设计 CALOMAT 6 热导气体仪 PA10_e_calo6_1.fm Page 1 Thursday, April 3, 2008 4:42 PM CALOMAT 6 概述 2 7Gas Analyzers ■介绍 CALOMAT 6 型热导率气体分析仪主要用于二元气体或准二元混合 气体中氢气或氦气的定量分析。 如果某些气体组分（如 Ar， CO2， CH4，NH3）的热导率同其它组分的热导率差别显著的话，CALOMAT 6 型热导气体分析仪也可用 于测定样品中这些气体组分的浓度。 图 1　19″机架式和现场式 ■特性 • 利用微加工工艺制造的硅传感器，使 CALOMAT 6 分析仪的响应 时间（T90 ）非常短 • 通用的硬件基础设备，动态测量范围高（例如：0~1%， 0~100%， 95~100%H2） • 内部集成干扰气体校正，无需外部计算 • 开放接口（RS485， RS232， PROFIBUS） • 用于维护和服务信息的 SIPROM GA 网络（可选） • 电气和物理特性：气密隔离，可以吹扫， IP65，在恶劣环境中 仍具有长的使用寿命 • EEx (p)，用于区域 1 和 2 (符合 ATEX 2G 和 ATEX 3G)， Class I Div2 (CSA) Ex (n) ■应用 • 纯气体监测（Ar 中 0~1% 的 H2） • 保护气监测（N2 中 0~2% 的 He） • 氢气监测（Ar 中 0~25% 的 H2） • 合成气体（N2中 0~25% 的 H2） • 气体生产 - N2 中 0~2% 的 He - O2中 0~10% 的 Ar • 化工应用： - NH3 中 0~2% H2 - N2 中 50~70% H2 • 木材气化（CO/CO2/CH4 中 0~30% H2） • 高炉气体（CO/CO2/CH4/N2 中 0~5% H2） • 酸性转炉气（CO/CO2中含有 0~20% H2） • 氢冷发电机的设备监测： - 空气中 0~100% CO2/Ar - CO2/Ar 中 0~100% H2 - 空气中 80~100% H2 • 防爆机型用于危险区域分析易燃和非易燃气体或蒸汽 特殊应用 除了连接之外，特殊的应用可以向商家咨询。 ■设计 19“ 架装型 • 高度为 4 HU，可安装在 - 铰接机架上 - 机柜中，可带或不带滑轨 • 如要维修，前面板可被卸下 (例如：连接便携式电脑 ) • 内部气路：不锈钢管 (牌号 1.4571) • 样品气进口与出口气路连接：管径为 6mm 或 1/4" 现场安装型 • 2 门式机箱（IP65），分析仪的分析部分和电子部分做到气密隔 离 • 机箱的气路部分和电气部分可分别进行吹扫 • 分析仪气路和管路接头材质为不锈钢牌号 1.4571 • 吹扫气路连接：管径 10mm 或 3/8" • 样品气进口与出口气路连接：用于管径 6mm 或 1/4" 的卡套 显示和控制面板 • 大屏幕 LCD 可同时显示： - 测量值（数字和棒图显示） - 分析仪状态栏 - 量程 • 可通过菜单操作调节液晶显示器的对比度 • 持久的 LED 背光显示 • 可擦洗的薄膜键盘 / 前面板 • 通过菜单操作进行配置、功能测试、标定 • 文本显示用户帮助 • 可图形显示浓度趋势图；时间间隔可设定 • 操作软件采用 2 种语言：德语 / 英语，英语 / 西班牙语，法语 / 英语，西班牙语 / 英语，意大利语 / 英语 输入和输出 • 每个测量组分一个模拟输出 • 两个可编程模拟量输入 ( 例如：用于校正交叉干扰或接入外部 压力传感器信号 ) • 六个可任意配置的开关量输入 ( 例如：用于量程切换，处理来 自样气处理系统的外部信号 ) • 六个可任意配置的继电器输出 ( 例如：用于故障报警、维护请 求、超限报警、外接电磁阀 ) • 可另扩展八个开关量输入和八个继电器输出 ( 例如：可用来进 行多达四种标气的自动标定 ) 通讯 • RS 485 为标准配置 选项 • RS 485/ RS232的转接器 • TCP/IP 以太网的转接器 • PROFIBUS-DP/-PA 网卡接入网络 • SIPROM GA 软件 PA10_e_calo6_2.fm Page 2 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 概述 3 图 2　CALOMAT 6，薄膜键盘及其图形显示 ■功能 工作方式 测量原理基于不同气体具有不同的热导率。 CALOMAT 6 型传感器是采用超微技术制造的一种硅片。硅片带有 测量膜和薄膜电阻。 该薄膜电阻被调节于恒定温度，这就要求有与样气热导率相关的 电流密度，然后，这个数据经过处理后用来计算气体的浓度。 传感器放置在一个绝热不锈钢腔室中以防止外界环境温度变化对 测量的影响。 为避免样气波动的影响，传感器没有放置于主气路中。 备注 样气进入时，必须不含灰尘，同时还应避免在测量气室中出现冷 凝液。这也是为什么大多数测量应用都需要进行样气预处理的原 因。 图 3　CALOMAT 6，工作原理图 PA10_e_calo6_2.fm Page 3 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 4 ■功能 特点 • 四个可自由设定的量程，均可设置零点迁移；所有量程都是线 性的 • 最小量程可达 1% H2（强制置零时为 95%~100% H2） • 电气隔离模拟输出 0/2/4 ~20 mA • 自动量程切换或手动切换，也可远程切换 • 标定过程中可以存储过程测量值 • 时间常数在较宽范围内可选（静态 / 动态噪声抑制）；即，分 析仪的响应时间可与应用相匹配 • 响应时间短 • 长时间漂移小 • 可选择多达 6 个测量点（可参数化） ■技术数据 • 可识别测量量程 • 可识别测量点 • 用外部压力传感器来校正样气压力波动 • 自动量程标定参数化 • 基于 NAMUR 的菜单操作（交互模式）简单容易 • 两级独立密码设置可避免无意或其它无相关权限人员的输入 • 使用包含操作员提示的数字薄膜键盘，操作简单 • 客户可按自己的要求选择： - 用户验收 - 标签 - 漂移 - 用于 O2 应用的清洁型 概述 ( 根据 DIN EN 61207 / IEC 1207，所有数据均得自于二元混合气 H2 / N2) 量程 4 个量程，可内部或外部切换，也 可使用自动量程 最大量程 100% H2 零点迁移时的测量量程 在 0~100%浓度范围任一点均可设 为零点，最小可能的测量量程为 5% H2 使用位置 前面板垂直安装 采用标准 符合 CE 认证 EN 61326/A1， EN61010/1 设计，机箱 防护等级 IP 20，按照 EN60529 标准 重量 大约 10kg 电气特性 EMC 抗干扰（电磁兼容性）（所有信 号电缆均必须屏蔽；有强电磁干扰时 会产生高达最小量程的 4%的变化） 符合 NAMUR NE21 (08/98) 标准 电气安全 符合 EN 61010-1，过压级别 II 电源（参见铭牌） AC 100 -10 % ~120 V +10 %， 48 ~ 63 Hz 或 AC 200 -10 % ~240 V +10 %， 48~63 Hz 功率 大约 20 VA 保险 100 ... 120 V: 1.0T/250 200 ... 240 V: 0.63T/250 气体进口条件 样气压力 80 ... 110 kPa (绝压 ) 样气流量 30 ... 90 l/h (0.5 ... 1.5 l/min) 样气温度 0 ... 50 °C 测量室温度 大约 60 °C 样气湿度 < 90%相对湿度 响应时间 预热时间 <30 分钟（两小时以后达到最佳 精度） 响应时间 (T90) < 5秒 阻尼（电气时间常数） 0~100 秒，可编程 死时间（1 l/min 流量下吹扫分析仪气 路的换气时间） 大约 0.5秒 测量响应 (参照 1000 hPa 的样气绝对压力， 0.5 l/min 样气流量和 25 °C环 境温度 ) 输出信号波动 < 铭牌上最小量程的± 0.75%，时 间常数为 1s （此时为 σ =0.25%） 零点漂移 < 铭牌上最小量程的 1%/ 周 测量值漂移 < 铭牌上最小量程的 0.5% 重复性 < 当前量程的 1% 最小检测限 当前量程的 1% 线性误差 < 当前量程的± 1% 影响因素 (参照 1000 hPa 绝对压力的样气， 0.5 l/min 样气流量和 25 °C环 境温度 ) 环境温度 < 铭牌上最小量程的 1% /10K 残余气体 零点偏移相当于残余气体的热导率 偏移 样气流量 在允许流量范围内流量波动 0.1 l/h 时的影响< 铭牌上最小量程的0.1% 样气压力 <1%/ 压力波动 10 kPa 电源 小于输出信号值的 0.1%，额定电压 变化± 10% 电气输入 / 输出 模拟量输出 0/2/4~20 mA，浮空，最大负载： 750 Ω 继电器输出 6 个，转换触点，功能自由选择， 如用于量程确定，负载容量； 24VAC/DC/ 1A，浮空 模拟量输入 2 个输入， 0/2/4-20 mA，用于外部 传感器和残余气体的干扰校正（交 叉干扰校正） 开关量输入 6 个输入， 24V，浮空，功能自由选 择，如用于量程切换 串口 RS 485 选项 自动标定带 8 个开关量输入和 8 个 继电器输出以及 PROFIBUS-PA 或 PROFIBUS-DP 外界环境 允许的环境温度 仓储和运输：-30 ~ +70 °C 操作：+5 ~ +45 °C 允许湿度（温度不能低于气体的露 点） 仓储和运输：年平均 <90% 相对 湿度 PA10_e_calo6_2.fm Page 4 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 5 1) 提供由 CO、 CO2和 CH4 所产生的交叉干扰的外部修正（CH4 只用于高炉气和转炉气测量） 订货数据 订货号 CALOMAT 6 型气体分析仪 安装在柜中的单通道 19" 单元 7MB 25 21 气路连接 可选 6mm 管或 1/4" 管 测量组分 最小测量范围 N2中的 H2 0-1/100% N2 (高炉气测量 )1)中的 H2 0-1/100% N2 (转炉气测量 )1)中的 H2 0-1/100% N2 (木材气化 )1)中的 H2 0-1/100% Ar 中的 H2 0-1/100% NH3中的 H2 0-1/100% N2 中的 He 0-2/100% Ar中的 He 0-2/100% H2中的 He 0-10/80% N2中的 Ar 0-10/100% O2中的 Ar 0-10/100% N2中的 CO2 0-20/100% Ar中的 CH4 0-15/100% N2中的 NH3 0-10/30% H2 监测 (涡轮发电机 ) 空气中的 CO2 0-100% CO2中的 H2 0-100% 空气中的 H2 80-100% 注：其它组分请接洽西门子公司 电源 可选 100 V ... 120 V AC, 47 ... 63 Hz 或 200 V ... 240 V AC, 47 ... 63 Hz 语言 可选德语、英语、法语、西班牙语、意大利语 PA10_e_calo6_2.fm Page 5 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 6 ■外形尺寸图 图 4　CALOMAT 61， 19" 架装型尺寸，单位为mm 465 483 440 27.5 351.5 384.5 128173 M4 0 10 4 13 2 32 0 34 5 41 1. 5 CALOMAT 6 4 17 2 86 .5 14 9. 5 17 7 10 1. 6 37 .7 PA10_e_calo6_2.fm Page 6 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 7 ■电气连接图 针脚分配 (电气连接 ) 图 5　CALOMAT 6， 19" 架装型，针脚分配 PA10_e_calo6_2.fm Page 7 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 8 图 6　CALOMAT 6， 19" 架装型，自动标定板和 PROFIBUS 接口的针脚分配 37 36 35 34 33 29 30 31 32 18 17 16 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 28 27 26 25 24 4 3 2 1 23 22 21 20 19 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PA10_e_calo6_2.fm Page 8 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 19" 架装型 9 图 7　CALOMAT 6， 19" 架装型，电 / 气连接图 PA10_e_calo6_2.fm Page 9 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 10 ■技术数据 概述 (根据DIN EN 61207 / IEC 1207，所有数据均得自于二元混合气H2 N2) 量程 4 个量程，可内外切换，也可使用 自动量程 最大量程 100% H2 零点迁移时的测量量程 在 0~100%浓度范围任一点均可设 为零点，最小可能的测量量程为 5% H2 使用位置 前面板垂直安装 采用标准 符合 CE 认证 EN 61326/A1， EN61010/1 设计，机箱 防护等级 IP 65，按照 EN60529 标准 重量 (主机 ) 大约 25kg 电气特性 EMC 抗干扰（电磁兼容性）（所有信 号电缆均必须屏蔽，在强电磁场区域 误差可能达到最小测量量程的 4% 符合 NAMUR NE21 (08/98) 标准 电气安全 符合 EN 61010-1，过压级别 II 电源（参见铭牌） AC 100 -10 % ~ 120 V +10 %，47- 63 Hz 或 AC 200 -10 % ~ 240 V +10 %，47- 63 Hz 功耗 大约 20 VA 保险 100 ~ 120 V: 1.0T/250 200 ~ 240 V: 0.63T/250 气体进口条件 样气压力 80 ~ 110 kPa (绝压 ) 样气流量 30 ~ 90 l/h (0.5 ~ 1.5 l/min) 样气温度 0 ~ 50 °C 测量室温度 大约 60 °C 样气湿度 < 90% 相对湿度 吹扫气压力 • 长时间 < 16.5 kPa (表压 ) • 短时间 最大 25 kPa (表压 ) 响应时间 (参照 1000 hPa 的样气绝对压力， 1 l/min 样气流量和 25°C 环境 温度 ) 预热时间 <30 分钟（两小时以后达到最佳 精度） 响应时间 (T90) < 5秒 阻尼（电气时间常数） 0 ~ 100秒，可编程 死时间（1 l/min 流量下吹扫分析仪气 路的换气时间） 大约 0.5 秒 测量响应 (参照 1000 hPa 的样气绝对压力， 1 l/min 样气流量和 25°C环境 温度 ) 输出信号波动（两小时以后达到最大 精度） < 铭牌上最小量程的± 0.75%，时 间常数为 1s （此时为 σ = 0.25%) 零点漂移 < 铭牌上最小量程的 1%/ 周 测量值漂移 < 铭牌上最小量程的 0.5% 重复性 < 当前量程的 1% 最小检测限 当前量程的 1% 线性误差 < 当前量程的± 1% 影响因素 (参照 1000 hPa 的样气绝对压力， 1 l/min 样气流量和 25°C环境 温度 ) 环境温度 < 铭牌上最小量程的 1% /10K 残余气体 零点偏移相当于残余气体的热导率 偏移 样气流量 在允许流量范围内流量波动 10 l/h 时的影响< 铭牌上最小量程的0.2% 样气压力 <1%/ 压力波动 10 kPa 电源 小于输出信号值的 0.1%，额定电压 变化± 10% 电气输入 / 输出 模拟量输出 0/2/4~20 mA，浮空， 最大负载：750 Ω 继电器输出 6 个，转换触点，功能自由选择， 如用于量程确定，负载容量； 24VAC/DC/ 1A，浮空 模拟量输入 2 个输入， 0/2/4-20 mA，用于外部 传感器和残余气体的干扰校正（交 叉干扰校正） 开关量输入 6 个输入， 24V，浮空功能自由选 择，如用于量程切换 串口 RS 485 可选 自动标定带 8 个开关量输入和 8 个 继电器输出以及 PROFIBUS-PA 或 PROFIBUS-DP 外界环境 允许的环境温度 仓储和运输：-30 ~ +70 °C 操作：+5 ~ +45 °C 允许湿度（温度不能低于气体的露 点） 仓储和运输：年平均 <90% 相对 湿度 PA10_e_calo6_2.fm Page 10 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 11 1) 提供由 CO、 CO2和 CH4 所产生的交叉干扰的外部修正 (CH4 只用于高炉气和转炉气测量 ) 订货数据 订货号 CALOMAT 6 型气体分析仪 现场安装型 7MB 25 11 气路连接 可选 6mm 管或 1/4" 管 测量元件 范围 N2中的 H2 0-1/100% N2 (高炉气测量 )1)中的 H2 0-1/100% N2 (转炉气测量 )1)中的 H2 0-1/100% N2 (材气化 )1)中的 H2 0-1/100% Ar 中的 H2 0-1/100% NH3 中的 H2 0-1/100% N2 中的 He 0-2/100% Ar中的 He 0-2/100% H2中的 He 0-10/80% N2中的 Ar 0-10/100% O2中的 Ar 0-10/100% N2中的 CO2 0-20/100% Ar中的 CH4 0-15/100% N2中的 NH3 0-10/30% H2 监测（涡轮发电机） 空气中的 CO2 0-100% CO中的 H2 0-100% 空气中的 H2 80-100% 注：其它组分请接洽西门子公司 电源 可选 100 V ... 120 V AC, 47 ... 63 Hz 或 200 V ... 240 V AC, 47 ... 63 Hz 语言 可选德语、英语、法语、西班牙语、意大利语 PA10_e_calo6_2.fm Page 11 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 12 ■外形尺寸图 图 8　CALOMAT6，现场安装型尺寸图，单位mm 4 4 4 4 2 7 7 1 1 2 1 4 8 1 8 4 2 5 0 3 9 4 2 0 4 1 8 0 328 311 14 ø 14 58 127 65 201 253 271 0 4 8 0 438 2 5 9 237 5 8 26.5 PA10_e_calo6_2.fm Page 12 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 13 ■电气连接图 图 9　CALOMAT 6，现场安装型，接线和端子分配 26 27 31 32 33 30 35 28 34 29 36 37 38 39 12 13 7 8 9 10 11 4 5 17 18 19 1 2 3 6 16 21 14 20 15 22 23 24 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 M M GND +5 V M M M M M M PA10_e_calo6_2.fm Page 13 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 14 图 10　CALOMAT 6，现场安装型，自动标定板和 PROFIBUS 的接口和端子分配 PA10_e_calo6_2.fm Page 14 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 15 图 11　CALOMAT 6，现场安装型，气路和电气连接 PA10_e_calo6_2.fm Page 15 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM CALOMAT 6 现场安装型 16 ■防爆设计 在危险环境中使用 6 系列气体分析仪 在危险区域测量气体时必须使用经过适当检测的现场安装型分析 仪。这些现场安装型分析仪的最适合的防爆形式就是采用适用于 1区的 EEx p增压机箱或适用于 2区的 EEx n P型简易增压机箱。 在防爆 1区使用时，这些分析仪应同经过适当检测的监测设备一 起使用。 例外：在 2区测量那些组分处于其爆炸下限（LEL）的气体时不需 要增压机箱。这时，只需要是气密式机箱（EEx n R）就足够了。 预吹扫 5分钟后，监测设备将保证不会有样气进入机箱以及在机 箱中积聚。预吹扫阶段的气体流量大于 > 50 l/min。保护气体通常 从气源经监测设备进入机箱。 ATEX II 2G 类（Ex 1区） 有两种符合 EEx p， 94/9/EC要求的可用于 1区的增压机箱： • 对泄漏进行补偿的增压机箱 此时，补偿入机箱的保护气体量只需维持保护气压相对样气压 力和大气压 50 Pa 的过压即可。最大吹扫气压为 16.5 kPa，最 大允许的样气压力为 16 kPa。 检测证书： PTB 00 ATEX 2022 X 分析仪鉴定： II 2 G EEx p [ia] ia IIC T4 • 连续吹扫式增压机箱 保护气体应连续吹扫机箱，且流量最少 1 l/min。而且，在该流 量下机箱内应产生相对大气压最少 50 Pa的过压。 最大吹扫气压为 2.5 kPa最大，可允许的样气压力等同于气体分 析仪允许的样气压力。 检测证书： TÜV 01 ATEX 1708 X 分析仪鉴定： II 2 G EEx p [ia] ia IIC T4 基本安全要求同时还满足欧洲标准：EN 50014:1997，EN 50016: 1995， EN 50020:1994，和 EN 954:1996。 EEx p监测设备是一单台设备，它在电 /气上同分析仪连接在一起， 仅当这两个设备共同使用时才能起到防爆作用。 ATEX II 3G (Ex zone 2) 有两种符合 94/9/EC要求的可用于 2区的增压机箱： • 气密机箱进行 Ex保护 此时，机箱气密性足够防止气体渗透。采用此种防护时，接入 的样气须处于其 LEL下。 检测证书： TÜV 01 ATEX 1686 X 分析仪鉴定： II 3 G EEx n R II T6 • 简易式连续吹扫增压机箱 如果分析的气体或气体混合物是可燃的就需采用此种机箱。 保护气体应连续吹扫机箱，且流量最少 1 l/min。而且，在该流 量下机箱内应产生相对大气压最少 50 Pa 的过压。在分析仪断 电时进行手动控制预吹扫就足够了。当保护气体管线出现故障 后，分析仪不必自动断电。 检测证书： TÜV 01 ATEX 1697 X 分析仪鉴定： II 2/3 G EEx n P II T4 基本安全要求同时还满足欧洲标准：EN 50021:1999，EN 60079: 1997，第 13节和 ZH 1/10，第 1节。 EEx nP 监测设备是一单台设备，它在电 / 气上同分析仪连接在一 起，仅当这两个设备共同使用时才能起到防爆作用。 ATEX II 3D (Ex 22区 ) Ex 22区即所谓的粉尘防护。它是对早期德国 11区划分的继承。 22区是指“当正常操作时，不出现空气中可燃粉尘的堆积而产生 易爆物质这种情况的区域”。即使产生了粉尘堆积，也仅是短时间 的。 鉴于区域分类的严格条件，必须考虑 13种可能引燃的火源，这样 就对分析仪的防尘性能提出更高的要求。 根据联合国 TÜV 03 ATEX 2278 X标准，CALOMAT 6，OXYMAT 6 和 ULTRAMAT 6的现场式设备可以用于这个区域。 它们被分类为 Ex标识 II 3 D IP65 T60 °C或 T65 °C或 T85 °C或 T 135 °C。 然而这只能看作为外部防爆。对于可燃气体的测量，可以采用其 它的测量方法实现气体防爆，例如火焰阻断。有单独的证书在此 适用。 FM Class I Div. 2 同样适用于简易式连续吹扫增压机箱。Ex 防爆作用仅当同适合设 备连用时才具备。 防爆类型和阻火器 通常应根据样气种类选择保护气体种类和是否使用阻火器： • 对高于 LEL的可燃性气体通常要求惰性气体（如 N2）作为保护 气。而且，如果在样气管道中可能存在爆炸性气体混合物，那 么整个过程就必须用阻火器进行保护。 • 不适用于可能经常性爆炸的气体混合物或永久具有爆炸性的气 体混合物，即不可以测量该类气体！ 对低于 LEL 的气体则可用空气作为保护气体，而且可以省略阻火 器。 PA10_e_calo6_2.fm Page 16 Thursday, April 3, 2008 4:40 PM