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介紹LDS6激光氣體分析儀整套系統(tǒng)

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發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺氨逃逸測量系統(tǒng)技術(shù)文件
LDS6激光氣體分析儀
技術(shù)協(xié)議

2012
發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺氨逃逸測量系統(tǒng)技術(shù)文件
1
目錄
一．總說明
二．供貨范圍
三．標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
四．基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
五．分析系統(tǒng)性能及配置
六．公用工程消耗
七．備品備件
八．質(zhì)量保證與技術(shù)服務(wù)
九．文件資料
發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺氨逃逸測量系統(tǒng)技術(shù)文件
2
一、總說明
本配置是根據(jù)武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺氨逃逸測量激光氣體分
析儀設(shè)備的相關(guān)技術(shù)要求而編制的。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放是環(huán)境污染的重要源頭之一，解決方法有改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、降
低有害氣體的生成量，以及將排放氣體中的有害成分（如氮氧化物）分解為無害的氣體。
對于發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體進(jìn)行脫硝處理以降低排放氣體中氮氧化物排放量是發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過
程中必須滿足的要求。
重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的排放量，對于重型發(fā)動(dòng)機(jī)的脫硝處理均采用SCR（選擇
性還原）方法。在緊鄰發(fā)動(dòng)機(jī)排放口的下游充填金屬催化劑，通過向炙熱的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣
噴注液態(tài)氨或尿素，使得尾氣中的氮氧化物在催化劑表面轉(zhuǎn)化成無害的水和氮?dú)狻CR
脫硝的效果受多種因素影響，氨（或尿素）的注入量不夠，尾氣中的氮氧化物不能被有
效地還原，排放氣體中仍有大量的污染成分；如果注入量過多，尾氣中便含有大量的
NH3，也會(huì)污染環(huán)境。在重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的過程中非常重要的一環(huán)就是建立發(fā)動(dòng)機(jī)
不同工作狀態(tài)與氨（或尿素）注入量關(guān)系，使重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的SCR 脫硝能夠得到有
效的控制。
LDS6 激光氣體分析儀是SIEMENS 系列氣體分析儀表的重要組成部分，采用原
位測量（in-situ）方式，
無需采樣與樣氣處理系
統(tǒng)，直接在安裝點(diǎn)完成分
析。整個(gè)系統(tǒng)由中央處理
單元、發(fā)射探頭、接收探
頭與復(fù)合光纜組成。
激光光源位于中央
處理單元中，所發(fā)激光由
光纜傳至發(fā)射探頭，激光
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穿過被測氣體后被接收探頭檢測。檢測信號傳回中央處理單元進(jìn)行處理、分析與顯示。
中央處理單元還承擔(dān)人機(jī)工作界面和輸入輸出的功能。
LDS6 的發(fā)射探頭與接收探頭直接安裝于現(xiàn)場分析管線上。兩者均采用模塊化設(shè)
計(jì)，絕大多數(shù)硬件可以互換。在重型發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺的應(yīng)用中待側(cè)管線直徑較小，直接
在管線兩側(cè)安裝會(huì)造成光程過短，影響分辨率。此類應(yīng)用需采取流通池的安裝方式，在
不改變原有管徑的基礎(chǔ)上增加光程，確保測量分辨率。（如下圖）
西門子LDS6 激光分析儀選擇使用光纜傳輸信號，可以利用光纜的模式選擇進(jìn)一步
確保信號“純凈”，提高測量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力、惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。同時(shí)，中
央處理單元利用復(fù)合光纜內(nèi)集成的雙絞線完成對探頭的供電，無需現(xiàn)場再對探頭提供電
源。光纜外部的保護(hù)層使得其滿足實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的使用要求。
整套分析儀表采用西門子公司成熟的分析控制技術(shù)和現(xiàn)場安裝技術(shù)，目前西門子公
司類似裝置已在世界各國得到了廣泛應(yīng)用（國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)研究如東風(fēng)發(fā)動(dòng)機(jī)、康明斯、博
世汽車、廣西玉柴），等有大量成功業(yè)績，收到了良好效果。充
分發(fā)揮西門子公司公司的優(yōu)勢，在氣體分析技術(shù)上保持水平，并在系統(tǒng)的
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可靠性及質(zhì)量上給予充分保證?？梢詾閲鴥?nèi)用戶提供迅捷有效的技術(shù)咨詢、設(shè)計(jì)、工程
調(diào)試、售后服務(wù)、備品備件供應(yīng)等一整套服務(wù)手段。
我方保證*遵照買方詢價(jià)文件和技術(shù)規(guī)范書的要求，所提供的分析系統(tǒng)滿足買方
提出的技術(shù)規(guī)格和環(huán)境要求。同時(shí)，指明產(chǎn)品的質(zhì)量保證及售后服務(wù)條款。所有非技術(shù)
的或超出本技術(shù)協(xié)議的要求不在供方技術(shù)責(zé)任范圍內(nèi)。
二、供貨范圍
供貨范圍
序號明細(xì)型號數(shù)量生產(chǎn)廠商
1 Siemens LDS 6分析儀，包括： SIEMENS
發(fā)射單元
激光發(fā)射模塊
TTU 1 套
SIEMENS
激光調(diào)制、控制模塊
溫度控制模塊
接收單元
激光信號接受板
RTU 1 套
SIEMENS
A/D 信號轉(zhuǎn)換器
現(xiàn)場顯示單元（液晶顯
示）
紅外線遙控器
回路連接電纜10 米1 根SIEMENS
N2 吹掃箱、配對法蘭2 片1 套
三．標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
Siemens LDS 6激光分析儀遵循下列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
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• EU（歐洲）LVD 規(guī)范73/23/EEC 和EMC 規(guī)范89/366/EEC
• 與上述規(guī)范相對應(yīng)的美國與加拿大相關(guān)規(guī)范（UL- 和CSA 規(guī)范）
• SSI FS 1980:2
四. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
4.1 環(huán)境條件
4.1.1 賣方所供的探頭（安裝于被測現(xiàn)場）在正常運(yùn)行時(shí)適用于以下條件
環(huán)境溫度：-30 oC ~ 70 oC
環(huán)境濕度：< 95% RH
4.1.2 賣方所供中央處理單元（安裝于分析機(jī)柜內(nèi)）在正常運(yùn)行時(shí)適用于以下條件
環(huán)境溫度：5 oC ~ 45 oC
環(huán)境濕度：< 85% RH
4.2 現(xiàn)場應(yīng)用工況
所供設(shè)備基于用戶提供的工藝參數(shù)：
1）待測介質(zhì)：NH3
2）工藝溫度：<100degC
3）工藝壓力：試現(xiàn)場情況（待確認(rèn)）
4）管道直徑：試現(xiàn)場情況（待確認(rèn)）
5）粉塵含量：<=100mg/Nm3
五．分析系統(tǒng)性能及配置
5.1系統(tǒng)分析方法及技術(shù)特點(diǎn)
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Siemens LDS 6 采用單線分子吸收光譜。激光二極管發(fā)出一束近紅外激光，
經(jīng)發(fā)
射探頭通過被測氣體并被接收器單元檢測到。激光二極管發(fā)出的激光波長被調(diào)制等于某
種特定氣體的吸收線。激光以非常高的光譜分辨率連續(xù)地掃描這一吸收線。得到一條完
全獨(dú)立的分子吸收譜線，分析它的吸收強(qiáng)度和線形。
因?yàn)樗l(fā)的近單色激光只被掃描光譜范圍內(nèi)具有特定吸收譜線的某個(gè)特定分子非
常有選擇地吸收，所以測量過程中沒有任何交叉干擾?？梢缘玫酱郎y成份的濃度。
在NH3 含量連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中，激光分析儀所發(fā)激光波長被調(diào)制到NH3 的吸收譜線；
LDS6 激光氣體分析儀是SIEMENS 系列氣體分析儀表的重要的組成部分，采用原位
測量（in-situ）方式，無需采樣與樣氣處理系統(tǒng)，直接在安裝點(diǎn)完成分析。具有測量準(zhǔn)
確、響應(yīng)快速、操作簡單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。
5.1.1 TDLAS技術(shù)不受任何交叉干擾
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Siemens LDS 6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，
可調(diào)諧二極管激光吸收譜）技術(shù)，以譜吸收原理為基本，實(shí)現(xiàn)快速的高精檢測?？梢哉f
激光氣體分析技術(shù)站在了當(dāng)今氣體分析技術(shù)的發(fā)展zui前沿。
激光區(qū)別于普通光源的zui重要特性之一是它良好的單色性能。單色性能越好，光
源的頻譜線寬越窄。因?yàn)榧す獾膯紊阅?，激光吸收譜又被稱為單線吸收譜，從根
本上排除了傳統(tǒng)氣體吸收譜技術(shù)測量某一氣體成分時(shí)受到氣體中其它成分吸收譜干擾
的可能。
激光分析儀是典型的線測量儀表，激光束所穿過區(qū)域內(nèi)的氣體均參與分析。比傳
統(tǒng)抽取式分析的點(diǎn)采樣方式更能反映待測成分的真正濃度。
5.1.2 *的二次諧波信號處理技術(shù)
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鑒于氣體組分的吸收幅度相對于傳播總能量較弱，特別是低量程（痕量分析）應(yīng)
用，接收信號中的待測成分吸收很少，西門子LDS6 激光分析儀并非直接對接收信號強(qiáng)
弱進(jìn)行分析，而是采用*的二次諧波分析技術(shù)。
氣體分析的吸收能譜就像該種氣體的“指紋”一樣，只有滿足一定頻率條件的能
量才能被氣體分子吸收。二次諧波技術(shù)正是利用此特點(diǎn)，取接收信號的二次諧波分量來
進(jìn)行分析。
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無論是粉塵還是其它可能的干擾信號（如果有的話），對于該吸收頻率而言都可視為“直
流”成分，根本不會(huì)對分析結(jié)果造成影響。
5.1.3 *的儀表內(nèi)置標(biāo)定池，無需用戶作任何形式的標(biāo)定
Siemens LDS 6分析儀內(nèi)置了標(biāo)定單元，將分析儀器常需的人工外部標(biāo)定工作內(nèi)
置在分析儀內(nèi)部，由分析儀自動(dòng)在每個(gè)測量周期都執(zhí)行一次標(biāo)定和校準(zhǔn)工作。此功能設(shè)
計(jì)從根本上減輕了Siemens LDS 6的維護(hù)工作量，也確保LDS6每時(shí)每刻均被校準(zhǔn)與
糾正，提高分析儀的測量精度。
傳統(tǒng)的人工標(biāo)定是一個(gè)周期性的工作（例如：每三個(gè)月標(biāo)定一次），只有在每次標(biāo)
定時(shí)，使用者才可以確認(rèn)儀表的偏差情況。在標(biāo)定的間隙，使用者對于儀表的偏差情況
根本無從考證，這對于微量分析而言，誤差可能是巨大的。
Siemens LDS 6每個(gè)測量周期都在自我校準(zhǔn)，每秒鐘進(jìn)行數(shù)十次?？梢源_保每個(gè)
測量數(shù)據(jù)都是“真實(shí)的”。每個(gè)歷史數(shù)據(jù)均可被放心用于性能對比，無需擔(dān)心儀表漂移
等帶來的影響。
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Siemens LDS 6的內(nèi)置參比池自標(biāo)定技術(shù)已獲得德國TUV、美國EPA等機(jī)
構(gòu)的認(rèn)可。
5.1.4 自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)
西門子Siemens LDS 6激光分析儀采用了自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)，可對粉
塵進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，亦可適用于氣體組分劇烈變化的應(yīng)用。
當(dāng)粉塵濃度增高時(shí)，儀表會(huì)自動(dòng)調(diào)高增益進(jìn)行補(bǔ)償，如下圖所示：
標(biāo)定管
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粉塵濃度降低時(shí)增益會(huì)降低：
增益由1 增
大為5
確保信號不
受干擾
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無論是粉塵含量變化還是氣體組分變化，或是探頭對準(zhǔn)度發(fā)生一定偏差的情況下，
AGC 技術(shù)都可以自動(dòng)根據(jù)接收的信號強(qiáng)度控制增益，使得中央處理單元接收到的信號
經(jīng)光纜傳輸后不至失真，為二次諧波變換提供足夠強(qiáng)度的信號。
5.1.5 寬束激光
Siemens LDS 6激光分析儀在發(fā)射探頭中采用了光學(xué)鏡片，將點(diǎn)光源變?yōu)閷捠?br />光，其寬度為同類產(chǎn)品之zui，利于接受探頭獲取信號，即使探頭對準(zhǔn)度出現(xiàn)偏差，接收
到信號也不是難事。寬束激光非常利于在振動(dòng)場合接收信號。
同時(shí)，寬束激光可以使更多的氣體被檢測分析，測量值更能反映真實(shí)的濃度。
5.1.6 光纜傳輸提高信號抗擾能力
Siemens LDS 6采用光纜傳輸信號。*，光纜傳輸信號的抗干擾能力是zui
強(qiáng)的，避免了各種電磁干擾。
5.1.7 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)
采用西門子公司的可編程控制器構(gòu)成本系統(tǒng)的控制核心，操作界面為可以實(shí)現(xiàn)漢
化的軟件系統(tǒng)。I/O 模件可在線熱插拔，可在線進(jìn)行模件的安裝維護(hù)而不影響其壽命
或其他模件的運(yùn)行，通過4-20mA 或RS-485 通訊方式完成與系統(tǒng)的通訊。
顯示：過程顯示，曲線顯示、棒圖顯示等；
報(bào)警：報(bào)警收集，顯示和確認(rèn)；
報(bào)表：用戶報(bào)表等。
數(shù)據(jù)管理：短期及長期數(shù)據(jù)存儲等；
5.2 Siemens LDS 6分析儀性能指標(biāo)
型號：Siemens LDS 6
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分析方法：激光光譜吸收
測量方式：原位測量
激光級別：class 1, 對眼睛無害
校準(zhǔn)方法：內(nèi)置校準(zhǔn)回路，不需要外部校準(zhǔn)。
響應(yīng)時(shí)間：< 1.5 秒
線性偏差：<1％測量值
精度：<2％測量值
零點(diǎn)漂移：因?yàn)槭褂米詣?dòng)校準(zhǔn)，所以可以忽略
量程漂移：因?yàn)槭褂米詣?dòng)校準(zhǔn)，所以可以忽略
激光光源壽命：正常使用情況下可達(dá)到10 年
本機(jī)顯示：LCD 液晶顯示屏（帶背光）
模擬輸出：2 路4～20mA，Max 750Ω
模擬輸入：2 路4～20mA
接點(diǎn)輸入：2 點(diǎn),24VDC, 1A
接點(diǎn)輸出：2 點(diǎn),24VDC, 1A
供電：19—30.2V, 15W
安裝位置：現(xiàn)場檢測點(diǎn)
安裝方式：DN50 PN16
防爆等級：ATEX II 2G IIC T6
防護(hù)等級：IP65
環(huán)境溫度：-20 ... +55 °C
環(huán)境濕度：<100%
尺寸：直徑163mm,長度395mm
重量：發(fā)射端10.5，接受端11.3kg
電纜類型：雙絞線
電纜外徑：9.7mm（EEx）
電纜外殼材料：PVC
zui小彎曲半徑：60mm
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5.4 技術(shù)性能
• 激光分析連續(xù)檢測系統(tǒng)中央處理單元、發(fā)射探頭、接收探頭、復(fù)合光纜、回
路光纜均為*。
• 分析探頭（發(fā)射探頭、接收探頭）直接安裝在待測點(diǎn)，中央處理單元安裝于
控制室機(jī)箱中。
• 激光分析具備自動(dòng)標(biāo)定功能，無需任何形式的人工標(biāo)定。
• 系統(tǒng)具有自動(dòng)增益控制功能，以適應(yīng)測量點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化的粉塵含量與氣體組
分。
• 系統(tǒng)具備4 路4-20mA 模擬輸出，模擬輸出的負(fù)載能力可以達(dá)到750Ω。
• 系統(tǒng)中分析儀器具有自我診斷功能。
• 系統(tǒng)具有主要儀器部件故障警報(bào)功能和故障指示能力。
• 分析儀具有現(xiàn)場面板操作和LED 顯示功能。
• 分析儀零點(diǎn)飄移：可以忽略。
• 量程漂移：可以忽略。
• 響應(yīng)時(shí)間：小于2 秒。
• 線性度：優(yōu)于讀數(shù)的1%。
• 煙道上的探頭防護(hù)等級滿足IP65。
六. 公用工程消耗
以下所列為Siemens LDS 6系統(tǒng)所需現(xiàn)場配合，由買方負(fù)責(zé)解決
序號類別單臺
1 供電220 V, 50 HZ, 50W
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2 安裝法蘭短
管
法蘭DN65 PN6，用于探頭的安裝定位，安裝需滿足對準(zhǔn)度要
求，并需西門子工程師確認(rèn)對準(zhǔn)度符合要求
3 探頭吹掃用
氮?dú)?br />壓力3~8 barg，氮?dú)?，滿足HG/T-20510-2000 標(biāo)準(zhǔn)要求：
（1）露點(diǎn)：低于當(dāng)?shù)貁ui低氣溫10 攝氏度
（2）含塵量：< 1 mg/Nm3
（3）粉塵顆粒直徑：< 3 um
（4）油霧：< 8 ppmv
流量滿足10 Nm3/h，需采用6 mm 不銹鋼管連接至探頭
4 現(xiàn)場電纜敷
設(shè)
復(fù)合光纜連接分析探頭與中央單元，回路光纜連接探頭。
電纜敷設(shè)應(yīng)盡量采用槽架，如需要穿管，必須采用直徑大于1
寸的穿線管
七．備品備件
LDS 6 分析儀性能極其可靠，正常使用情況下激光光源壽命可達(dá)到10 年，在上海
莘莊西門子的備件庫里有幾乎全部的備件，可以及時(shí)便捷的提供給客戶。
八. 質(zhì)量保證與技術(shù)服務(wù)
分析儀表及配套設(shè)備的質(zhì)量保證期為開車后一年，或到貨后十八個(gè)月，二者以先到
為準(zhǔn)。
賣方提供系統(tǒng)的終身售后服務(wù)，質(zhì)保期內(nèi)免費(fèi)服務(wù)，質(zhì)保期后按雙方商定的合作方
式提供服務(wù)。我方的服務(wù)響應(yīng)時(shí)間為：接到買方書面通知24 小時(shí)內(nèi)作出響應(yīng)，如
果需要，72 小時(shí)到達(dá)現(xiàn)場。
質(zhì)保期內(nèi)若儀器故障屬于產(chǎn)品質(zhì)量問題，免費(fèi)更換。
我方確保長期供應(yīng)備品備件。
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我司將提供如下的現(xiàn)場服務(wù)：
免費(fèi)提供5 天的現(xiàn)場安裝與驗(yàn)收測試服務(wù)。
8.1 現(xiàn)場安裝
在焊接設(shè)備上安裝的法蘭之前，應(yīng)提前5 個(gè)工作日以書面方式通知我司工程師，務(wù)
必由我司的服務(wù)工程師提供現(xiàn)場指導(dǎo)，買方完成法蘭的焊接安裝，以確保兩個(gè)法蘭
的同心度。并由我司工程師指導(dǎo)，完成儀表的安裝與靜態(tài)調(diào)試。
8.2 現(xiàn)場驗(yàn)收測試（SAT）
在具備開車投運(yùn)的條件下（由買方提前5 個(gè)工作日以書面形式通知賣方），賣方負(fù)責(zé)
派服務(wù)工程師到現(xiàn)場調(diào)試與投運(yùn)，系統(tǒng)投運(yùn)連續(xù)*運(yùn)行24 小時(shí)后，即視為現(xiàn)場
驗(yàn)收測試通過，買方代表即應(yīng)簽字驗(yàn)收。
8.3 現(xiàn)場培訓(xùn)
由我司服務(wù)工程師在3 天的現(xiàn)場服務(wù)期間提供技術(shù)培訓(xùn)。
九. 文件資料
（1） 激光分析儀樣本
（2） 激光分析儀操作維護(hù)手冊
（3） 安裝圖紙
（4） 產(chǎn)品裝箱清單

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