在線分析系統(tǒng)的廣義抗干擾研究

時(shí)間：2015-11-01作者：西安賽譜自動(dòng)化儀表技術(shù)有限公司瀏覽：150

 
	 1  廣義干擾的定義和特征
1.1    廣義干擾的定義
 非測(cè)量組分（即背景組分）中干擾組分的干擾，可認(rèn)為是狹義干擾，它只是影響檢測(cè)準(zhǔn)確度眾多因素中的一種，還不一定是影響大的一種。所以有必要從技術(shù)概念上對(duì)在線分析系統(tǒng)的干擾重新定義。
使在線氣體分析系統(tǒng)的輸出信號(hào)偏離佳檢測(cè)狀態(tài)下正確檢測(cè)值的一切原因，定義為在線分析系統(tǒng)的廣義干擾。當(dāng)然也包括干擾組分的干擾。
1.2    廣義干擾的特征
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確度嚴(yán)重下降，有時(shí)甚至到了毫無工程應(yīng)用**的嚴(yán)重程度。
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的質(zhì)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降。
廣義干擾雖然不會(huì)使在線分析系統(tǒng)損壞，卻有可能因?yàn)橄到y(tǒng)癱瘓而使工程應(yīng)用中斷或失敗。
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的投運(yùn)難度和維護(hù)量增大，維護(hù)周期及有效壽命周期縮短，應(yīng)用維護(hù)成本提高，使工程用戶面對(duì)很大困難。
２　廣義抗干擾的意義
2.1　前輩*的教誨
我國(guó)分析儀器行業(yè)的創(chuàng)始人和始終不渝的開拓者，**儀器儀表工程技術(shù)*朱良漪教授，他在１９９７年首屆過程分析儀器應(yīng)用及發(fā)展**論壇的主旨報(bào)告“過程分析儀器的發(fā)展”中，精辟總結(jié)了制約過程分析儀器發(fā)展的三大癥結(jié)，其中*二條就是干擾問題：“成分信息的獲得與共生信息的干擾和噪聲的處理”。[１] 此后１２年以來，正因?yàn)橹匾暫妥⒁饪朔ǜ蓴_的三大癥結(jié)，我國(guó)在線分析工程技術(shù)才得到較廣泛的應(yīng)用和速的發(fā)展。
朱老在２００７年*二屆在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展**論壇的主旨報(bào)告“２１世紀(jì)的*技術(shù)‘分析技術(shù)’和‘自控技術(shù)’的系統(tǒng)集成”中，再次精辟總結(jié)在線分析工程技術(shù)的“難點(diǎn)和閃光點(diǎn)：取樣技術(shù)、可靠性、少維護(hù)和軟件技術(shù)”。[2] 我們稍加分析不難發(fā)現(xiàn)：取樣技術(shù)、可靠性、少維護(hù)和軟件技術(shù)和在線分析系統(tǒng)的抗干擾在技術(shù)邏輯上和工程實(shí)踐上有很密切的相關(guān)性。
2.2 實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用成功的目標(biāo)
在線氣體分析技術(shù)的本質(zhì)和根本目的就是**連續(xù)計(jì)量的準(zhǔn)確度，常以標(biāo)準(zhǔn)氣作為參照的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn).如果放大到實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用成功的宏觀目標(biāo)來認(rèn)識(shí),涉及各種各樣 “共生信息”的認(rèn)識(shí)和處理,問題就要復(fù)雜深刻得多,這是我們現(xiàn)在應(yīng)該著力研究解決的技術(shù)課題,為達(dá)到這個(gè)目的,就非深入研討廣義抗干擾不可.
3 廣義干擾的來源
3.1 樣氣中的干擾組分
非測(cè)量組分(即樣氣中的背景組分)中能產(chǎn)生不可忽略的干擾誤差的組分都是干擾組分。 
3.2 分析器的測(cè)量原理及抗干擾設(shè)計(jì)
同一種非測(cè)量組分,到底是不是干擾組分,視分析器的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、測(cè)量范圍(即量程)以及是否采取了有效的抗干擾措施而定。
3.3 取樣系統(tǒng)
在線氣體分析的取樣必須有真實(shí)性和適時(shí)性,也就是樣氣必須有代表性。取樣點(diǎn)的選擇、取樣探頭和取樣口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及安裝施工,都會(huì)直接影響取樣的代表性,進(jìn)而涉及廣義干擾誤差的產(chǎn)生及變化。
3.4 樣氣處理系統(tǒng)
樣氣在傳輸和處理過程中,為保持樣氣的代表性,樣氣不能有相變,溶解流失,以及吸附或釋放、滲透或泄漏。
3.5 電磁干擾和電氣干擾
為**在線分析的計(jì)量準(zhǔn)確度,在線分析器的電磁干擾、在線分析系統(tǒng)的電氣干擾都必須有專業(yè)水平的設(shè)計(jì)及處置。
4  廣義干擾的共性技術(shù)特征
4.1 廣義干擾來源的廣泛性
廣義干擾至少來源于分析器、在線分析器、在線分析系統(tǒng)、樣氣及環(huán)境條件、工程應(yīng)用技術(shù)等諸多方面和技術(shù)環(huán)節(jié)。 
4.2 廣義干擾定量評(píng)估的困難性
在線分析從時(shí)間角度觀察,它是長(zhǎng)期連續(xù)使用又要求適時(shí)分析,使得大多數(shù)廣義干擾都是隨機(jī)的,對(duì)其定量評(píng)估十分困難,確定一個(gè)典型值都很不容易。
4.3在線分析的抗干擾
在線分析系統(tǒng)的抗干擾，都是經(jīng)驗(yàn)主義地去解決工程應(yīng)用的棘手問題，再多的經(jīng)驗(yàn)都不夠用，再好的措施都難以**有效，似乎**有效的措施附加成本又非常高。
4.4 廣義抗干擾的措施應(yīng)以預(yù)防為主
措施要有針對(duì)性和可操作性，抗干擾效果好能定量評(píng)估。
4.5廣義干擾多發(fā)生在分析器之外
廣義干擾多，也就是發(fā)生在在線分析系統(tǒng)投入工程應(yīng)用之時(shí)，廣義抗干擾的著重點(diǎn)和真功夫要放在分析器之外。
5  廣義抗干擾措施
5.1   在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用及環(huán)境條件
5.1.1        環(huán)境振動(dòng)對(duì)于磁力機(jī)械式氧分析器的影響比較大，減震安裝措施有時(shí)是必要的。
5.1.2   環(huán)境溫度
絕大多數(shù)在線分析器的使用環(huán)境溫度 ≤45℃,也有 ≤40℃.分析器接近使用溫度上**的溫度影響誤差較大,甚至恒溫失控,使計(jì)量準(zhǔn)確度難以保證。環(huán)境溫度＞40℃的工程項(xiàng)目,分析系統(tǒng)有必要采取有效的降溫措施,如空調(diào)器。
5.1.3   環(huán)境濕度
環(huán)境濕度應(yīng) ≤80%RH,但是工程應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng),特別是南方雨季, ＞90%RH并不**，將導(dǎo)致電子器件的電氣性能降低，儀器及系統(tǒng)的電氣安全性能降低，甚至不合格，電磁干擾也可能不請(qǐng)自來，使在線分析失準(zhǔn)甚至癱瘓。
5.1.4   遠(yuǎn)離電磁干擾大的大型生產(chǎn)設(shè)備
這是避免電磁干擾直觀的措施。
5.1.5   避免陽光直射，空氣流速 ＜0.5m/s
以避免溫度急劇變化而增大溫度影響誤差。
5.2  分析器原理及抗干擾設(shè)計(jì)
5.2.1   熱導(dǎo)分析器
    熱導(dǎo)分析器適宜分析雙元?dú)怏w，或者要求多種非測(cè)量組分的相對(duì)熱導(dǎo)率盡可能接近一致。
例如化肥循環(huán)氫分析，13% CH4對(duì)40-70% H2量程的氫分析器產(chǎn)生的干擾是+1.2%H2，相對(duì)誤差+4%。如果將10% CH4當(dāng)作典型值來校正系統(tǒng)誤差，可將分析器零點(diǎn)人為地降低1% H2（相當(dāng)于10% CH4的干擾誤差），那么13% CH4的干擾誤差可能降低為+0.2% H2，相對(duì)誤差僅為0.67%。
特別提示：為校正干擾誤差而改變零點(diǎn)，必須在完成儀器的全部校正操作之后進(jìn)行才是正確的。
5.2.2   順磁性氧分析器
     磁力機(jī)械式和磁壓力式氧分析器都是順磁性原理（而熱磁式只可看作是廣義的順磁性），大優(yōu)勢(shì)是選擇性好，即抗干擾，干擾的大小可用氣體的相對(duì)百分磁化率定量計(jì)算。
例如化肥合成塔CO2中的含氧量分析，因CO2的嚴(yán)重干擾而可能顯示負(fù)值。CO2的相對(duì)百分磁化率是-0.27，即** CO2的干擾誤差是-0.27 % O2。根據(jù)CO2的典型值，定量計(jì)算出干擾誤差的大小，人為地增大分析器的零點(diǎn)相同的值，使CO2典型值的干擾誤差接近為零。
5.2.3  紅外線分析器
    紅外分析器能分析CO、CO2、CH4、C2H2、NH3、SO2、NO等很多種非單元素氣體。常見紅外原理的檢測(cè)器有電容微音器、微流量，熱釋電等多種原理。電容微音器又有常規(guī)二氣室和分層四氣室接收器兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以上各種情況干擾誤差的大小應(yīng)作具體分析，好實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
   a  分層四氣室接收器提高了抗交叉干擾的能力，比二氣室的干擾誤差小一半左右。
     b  SO2、NO紅外分析器必須采用窄帶干涉濾光片，才能有效降低干擾誤差。
     c  有些工程應(yīng)用項(xiàng)目的干擾誤差實(shí)在太大，例如石油裂解的乙烯（C2H4）分析，甲烷（CH4）的干擾必須采取聯(lián)用技術(shù)措施才能達(dá)到工程應(yīng)用的準(zhǔn)確要求（見*6.3節(jié)）。
     d  大氣壓力變化對(duì)紅外分析器的影響誤差較大，大氣壓力升高1%造成的廣義干擾誤差為+1.3%左右。七天大氣壓力的變化可能 ＞2%，如果是抑制零位量程，這種影響誤差將再擴(kuò)大量程抑制比這個(gè)倍數(shù)，將直接影響工程應(yīng)用。例如75-**量程的量程制比是4，2%大氣壓力變化的影響誤差將是1.3x2x4x** = +10.4%，所以紅外線分析器的壓力補(bǔ)償校技術(shù)設(shè)計(jì)很有必要，有可能使此項(xiàng)誤差降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
     e  某種干擾組分的干擾誤差，如果在典型值下能夠定性又能定量，采用人為地反方向改變分析器零點(diǎn)的辦法有一定實(shí)用效果。


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