ANALIZADOR DE MONOXIDO DE CARBONO (CO)

ANALIZADOR DE MONOXIDO
DE CARBONO (CO)
MARCA: API
MODELO: 300
El Modelo 300 es un Analizador de Monóxido de Carbono, que mide la concentración
del CO utilizando como principio de funcionamento la Absorción de InfraRojo por
parte de las moléculas de Monóxido, la cual se realiza especialmente en longitudes de
onda cercanas a 4.7 Micrones.
ESPECIFICACIONES
TECNICAS
Rangos:
Unidades:
Ruido del Zero:
Ruido del Span:
Límite Detectable mas bajo:
Desviación del Zero (24 h):
Desviación del Zero (7 d):
Desviación del Span (7 d):
Linealidad:
Precisión:
Tiempo de Retrazo:
Tiempo de Subida/Caida:
Flujo de Muestra:
Seleccionables desde 1 ppm hasta
1,000ppm
ppm (mg/m3)
< 0.025 ppm RMS
< 0.5% lectura RMS
< 0.050 ppm
< 0.1 ppm
< 0.2 ppm
< 1% lectura
Mejor que 1% F.S
0.5% lectura
<10 seg
<60 seg al 95%
800 scc/min. ± 10%
ESPECIFICACIONES
TECNICAS
Rango de Temperatura:
Rango de Humedad:
Coeficiente Temperatura:
Coeficiente Voltage:
Dimensiones (H x W x D):
Weight:
Suministro:
Condiciones Ambientales:
Salida Recorder/DAS:
Resolución Salida Análoga:
Salidas de Estado:
5 – 40°C
0-95% HR, No condensante
< 0.05 % por °C
< 0.05 % por V
7" x 17" x 25“ (178 mm x 432 mm x
660 mm)
50 lb (22.7 kg)
110V/60 Hz, 220V/50 Hz, 240 V/50
Hz 250 watts 230 V~, 50 Hz, 2.5A
Categoría de Instalación (Categoría
Sobrevoltaje) II. Grado de Polución 2
2.000 m altitud máxima
± 100 mV, ± 1 V, ± 5 V, ± 10 V (BiPolar), 0-20 o 4-20 mA loop de
corriente
1 parte en 1024 del voltaje F.S
12 de opto-aislador
PANEL FRONTAL
• Switch de Encendido
• 3 status LED’s
• Teclado, 8
pushbuttons
• Display 2 Líneas, 40
caracteres
• 4 Campos: MODO,
MENU, MENSAJE,
CONCENTRACION
PANEL POSTERIOR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ventilador
Suministro de Energía
Fusible
Entrada Muestra
Salida
Venteo/Span (Opcional)
Presión/Span (Opcional)
Aire IZS (Puerto Opcional)
Registro de Datos
DAS
Control Remoto
RS-232
Salidas de Estado
Auxiliares (DB-50)
SISTEMA NEUMATICO
• Filtro Entrada
• Cámara de Muestreo
(Celda Blanca)
• Medidor de Flujo
• Orificio Crítico
• Bomba
VISTA SUPERIOR INTERNA
- Filtro de Muestra
- Banco Optico
- Filtro Correlación GFC
- Fuente IR
- Motor Sincrónico
- Bomba
- Scrubber Zero
- Modulo de Suministro
- Tarjeta Madre (SINC
DEMOD, V-F y CPU)
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
I = Io e- αLc
La anterior ecuación es llamada Ley de Beer y nos dice como la luz es absorbida por una
molecula específica en una longitud de onda especifica. Io es la intensidad de la luz si no
hubiera absorcion. I es la instensidad de la luz con absorcion. L es la distancia que viaja
la luz mientras está siendo absorbida. C es la concentración de gas absorbente (en el caso
del Modelo 300, Monóxido de Carbono) y a es el coeficiente de absorcion que nos dice
que tan bien se absorbe el CO en la longitud de onda especifica de interes (4.7 um).
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
c = ln (Io/I) (1/ αL)
El Modelo 300 despeja de la ecuación de la Ley de Beer, la concentracion c de CO en la
trayectoria de la absorción. Desafortunadamente varios gases absorben la luz a 4.7 m m.
Entre estos estan el agua y el dióxido de carbono, ambos son gases mucho mas comunes
que el CO mismo. El Modelo 300 utiliza un método llamado Correlacion de Filtro de Gas
(GFC) para sobrellevar los menionados efectos de interferencia, lo cual incluye otros
gases.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
El Filtro de Correlación de Gas (GFC) es el corazón del Modelo 300.
Para ilustrar como trabaja un Filtro de correlacion de (GFC), construyamos una rueda
GFC. Primero iniciamos con una rueda construida em un substrato metálico especial.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
N2
CO
Ahora desocupamos dos compartimientos en la rueda. Uno de ellos se llena con Nitrógeno (N2). Este
es llamado compartimiento de medicion. El otro compartimiento se llena con una alta concentracion
de Monóxido de Carbono CO. Este es llamado compartimiento de Referencia. La rueda se sella por
ambos lados con “vidrio” zafiro para mantener el gas adentro. El zafiro permitirá el paso de fotones
de 4.7 um. El vidrio normal es opaco a la longitud 4.7 u.m.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
MEAS
CO REF
L
Veamos un corte transversal de la rueda (GFC), podemos ver que tiene un espesor L. A
medida que la luz pasa a través del lado de referencia de la rueda, la ley de Beer dice que
algo de la luz será absorbida en la longitud L.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
MEAS
F
IR
REF
CO
DET
L
Hagamos un experimento. Situemos una Fuente Infrarroja (IR) en uno de los lados de la rueda GFC,
para que la luz infrarroja pueda pasar alternativamente, bien sea a través de la cámara de medición, ó de
la cámara de referencia a medida que el rueda vaya girando. Luego colocamos un filtro óptico (F) que
filtre toda la luz excepto la correspondiente a una longitud de onda de 4.7 m m. Luego ponemos un detector
especial (DET) hecho de Plomo-Selenio (PbSe) que pueda detectar el haz de luz.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
A
MEAS
F
IR
REF
CO
DET
L
Ahora introducimos una cámara de absorción llena con aire. No hay CO en el aire dentro
de la cámara. La cámara tiene dos ventanas que permiten que la luz IR la atraviece.
Tambien ponemos un medidor (A) a la salida del fotodetector para medir la señal. A
medida que la luz pasa a través del lado de referencia de la rueda, ésta es absorbida por el
CO contenido en la rueda y el medidor lee un bajo valor.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
A
REF
F
IR
CO
MEAS
DET
L
Cuando la rueda GFC gira y el detector es expuesto a la luz que pasa a través del lado de
medición (N2), menos luz es absorbida y el medidor lee un valor mas alto.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
M
M
∆H
R
M
R
M
R
R
F
IR
CO
DET
L
Veamos la forma de la onda de salida del detector a medida que la rueda gira a 1800 RPM, La
onda luce como una onda cuadrada con picos de alturas alternante. El pico mas alto
corresponde al lado de medición de la rueda (M) y los picos bajos corresponden al lado de
referencia (R). El modelo 300 realmente mide la diferencia en las alturas de los picos (D H).
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
M
M
R
M
M
R
∆H
R
F
IR
CO
DET
L
Si adicionamos algo de CO en la cámara, ésto causa que los picos correspodientes al lado de
medición decrezcan en su altura. Los picos de referencia se mantienen sin cambios
(apreciables), debido a que el CO dentro de la rueda ya ha absorbido la luz de 4.7 µm antes de
que pasara a través de la cámara (cuando se hizo referencia). Así la diferencia en las alturas de
picos (D H) se reduce.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
M
M
R
∆H
M
R
M
R
R
F
IR
CO
DET
L
Ahora agregamos algún gas de interferencia tal como el vapor de agua (HR%) dentro de la cámara,
junto con el CO. Tanto el pico de referencia como el de medición son reducidos en la misma
cantidad. Sin embargo, la diferencia entre las alturas de los picos (D H) permanece constante.
Entonces nosotros podemos decir que utilizando un filtro de correlacion (GFC) la diferencia (D H) en
las alturas de los picos se debe únicamente al CO y no a los gases de interferencia.
M
M
Ahora construyamos un Analizador de CO… Primero iniciamos con un recorrido para la
luz de una longitud muy larga 16m, y los confinamos dentro de un volumen útil por medio
de una “Celda Blanca”. Esta celda de absorción esta formada por una cámara con dos (2)
espejos confocalescercanos (M) en ambos.
OUT
m
m
IN
Luego colocamos dos (2) aperturas en la cámara para permitir que la luz infraroja entre y
salga de la misma. También colocamos dos pequeños espejos (m) para dirigir la luz (IR)
que entra y la que sale.
IR
M
La luz proviene de un emisor InfraRojo (IR). La rueda GFC es situada en el camino de la
luz entre el emisor y la celda blanca. La rueda GFC gira @ 1850 RPM por medio de un
motor sincóonico (M). La rueda GFC es estabilizada por temperatura aproximadamente @
65°C en el interior de un pequeño horno (linea punteada).
D/P
El detector y su preamplificador asociado (D/P), están contenidos dentro de una carcaza
metálica (linea punteada) que esta acoplada al puerto de salida de la celda blanca.
IR
F
D
T
I
P
El detector se compone de un filtro óptico de banda delgada (F), un cristal de sal de plata que actua como la
superficie detectora real (D), y un enfriador termo-electrico de doce tapas (T). La luz (IR) de la celda blanca es
enfocada en la superficie del detector. Esto induce al cristal de sal de plata a conducir la corriente I, la cual es
entonces amplificada por el preamplificador (P). El ensamble entero es de tan solo unos pocos milimetros de
espesor.
PA
SYNCDEMOD
V-F
D
CPU
Electronicamente, el detector (D) envia su señal al preamplificados (PA) cuya salida va al circuito
sincronizador demodulador (se vera mas adelante). De alli la señal es enviada al circuito de
frecuencia-voltaje. Este circuito toma la salida analoga del circuito sicronizador demodulador y la
digitaliza para su almacenamiento en la memoria del micropocesador (CPU).
E/D
PA
SYNCDEMOD
V-F
D
CPU
Debido a que el Analizador necesita conocer en que lado del filtro de correlacion de gas (GFC)
está midiendo (referencia o medición), existe un pequeño par emisor detector infrarojo (E/D) cuyo
doble proposito es el de sincronizar la salida del detector de sal de plata (D) y proveer una señal
pulsante para la reduccion de ruido.
E/D
PA
SYNCDEMOD
V-F
BT
D
TG
CPU
ST SP SF
Los sensores para flujo de muestra (SF), Presion (SP) y temperatura (ST) tambien
digitalizan sus señales en el circuito de voltaje frecuencia (V-F). Tambien la señal de dos
termistores que miden la temperatura de la caja (BT) y la temperatura de la rueda del filtro
de correlacion de gas GFC (TG) son alimentadas al circuito de voltaje frecuencia.
E/D
SYNCDEMOD
PA
GH
TG
V-F
BT
D
CPU
BH
R
ST SP SF
R
La tarjeta de la CPU controla el calentador de banco óptico (BH) y el calentador del GFC
(GH) por medio de dos (2) relay (R), estabilizando por temperatura estos componentes
criticos.
F
CF
P
Neumáticamente, el Modelo 300 es bastante simple. Iniciamos con un filtro de material
particulado de PTFE de 5 µm (F). La muestra es conducida a traves del filtro hacia la
celda blanca por medio de una pequeña bomba interna (P) cuyo flujo es regulado a través
de un orificio de flujo critico (CF).
T
P
F
Los sensores de temperatura (T) y presion (P) son situados a la salida de la celda blanca,
permitiendo que la medicion sea corregida por presion y temperatura. El flujo también es
monitoreado a la salida de la celda por medio de un transductor de flujo masico (F).
SAMPLE
ZERO
C
ZS
V
PO
SPAN
T
S
OPTION
P
F
Se puede adquirir un set de válvulas opcional, que sirve para generar aire cero de calibración
utilizando un catalizador de metal precioso calentado (C). La misma opción permite al usuario
conectar una botella de gas span directamente a un puerto dedicado a span en el panel posterior del
analizador. El gas span pasa a traves de una válvula de corte (S) y un orificio de purga (PO). El gas
span entonces fluye a la valvula cero/span (ZS) y el exceso del gas span es venteado (V).
SAMPLE
C
ZS
ZERO
V
PO
SPAN
T
S
P
F
Otra opción que puede ser adquirida incluye un puerto para aire cero (ZERO) y
una válvula de corte para el cilindro de CO (S).
SAMPLE
C
ZS
ZERO
SPAN
T
P
F
Tambien existe una ultima opción, la cual incluye un puerto para aire cero (ZERO) y un
puerto para gas span (SPAN). El usuario debe suministrar sus propios mecanismos de
corte.
KYPD
RS232
CPU
CC-IN
El analizador tiene varias formas de comunicarse con el mundo exterior. Usted puede
entrar comandos a la CPU por medio del teclado (KYPD), el puerto RS232, o entradas de
contacto cerrado (CC-IN).
KYPD
DSPLY
RS232
RS232
CPU
I/O
CC-IN
ANALOG
El analizador puede arrojar diferentes clases de informacion via display (DSPLY), RS232,
conector I/O digital (I/O), y tres (3) salidas analogas (ANALOG).
D-to-A
CPU
D-to-A
D-to-A
Las salidas analogas son de voltaje (o corriente) proporcional a la concentracion del CO.
La CPU envia su valor calculado a los convertidores Digital a Analogo (D-to-A). Estos
convertidores son muy estables y pueden ser configurados y calibrados por el ususario.
+ -
D-to-A
CPU
CO (High)
D-to-A
CO (Low)
D-to-A
Test
Las salidas analogas son paralelas para que asi usted pueda enviar simultaneamente la
señal a un registrador de tipo carta, un datalogger, o un PLC. Ellas aparecen como
terminales de tipo tornillo en el panel trasero del analizador. Dos sets para diferentes
rangos de CO. El otro (TEST) es reservado para una salida de prueba a la seleccion del
usuario.
Model 300
Felicitaciones! Ahora usted sabe lo básico sobre el Analizador de CO por Correlacion de
Filtro de Gas Modelo 300.