1、概述：云南云為股份有限公司大為制焦甲醇分廠，是利用煤氣生產(chǎn)甲醇的分廠，對測量煤氣管道的氧氣含量嚴(yán)格，對測量氧含量的儀表要求精高，可靠性也非常高，如果管道含氧量超標(biāo)，在壓縮機的作用下，將煤氣壓縮時，煤氣的溫度升高，若氧含量超規(guī)定值,容易發(fā)生燃?xì)獗?。管道中的氣體成分有甲烷、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、焦油、硫等等。

煤氣管道上兩塊激光紅外線氣體分析儀（氧氣表）的安裝如圖1：

照片如下：

2、 激光紅外線氣體分析儀（氧氣表）的工作原理和結(jié)構(gòu)：

工作原理：是基于管道內(nèi)氣體分子對測量光的吸收量，每一種氣體會吸收一種波長的光。當(dāng)被測量氣體的固有頻率的波長在700～2400nm之間時使用二極管激光器，大部分物質(zhì)在紅外線區(qū)域都有吸收峰，是基于郎伯--比爾定律，

被測量氣體濃度很低時，可寫成

     I=I₀(1-ucL)

u: 被測量氣體吸收光線吸收系數(shù)

c:  被測氣體的濃度

L: 測量光路的長度

比爾定律是一個有限的定律，條件是被測量物體為均一的稀溶液、氣體等，無溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起光的散射；入射光為單色光。

    激光紅外線氣體分析儀（氧氣表）是半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，也稱DLAS,半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的一定頻率激光（紅外線）穿過被測氣體時，氣體吸收紅外線能量，使其能量減少，不受被測氣體的背景的影響，同時能修正溫度和壓力對測量的影響。半導(dǎo)體激光光譜寬度小于氣體的吸收譜線的展寬。也就是半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的特定波長的激光束穿過被測氣體，被測氣體對激光束進(jìn)行吸收導(dǎo)致激光強度產(chǎn)生衰減，激光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。

調(diào)節(jié)光譜檢測：調(diào)控激光頻率，使其被測氣體的頻率共振，用相敏整流測量被測氣體穿透光線的諧波分類的吸收量。

是基于可調(diào)二極管激光器吸收光譜技術(shù)，在管道氣體進(jìn)行連續(xù)在線氣體監(jiān)測的光學(xué)儀表。激光氣體分析儀是利用一個發(fā)射器/接收器配置 （彼此安裝完全相反）去測量通過瞄準(zhǔn)線路徑的平均氣體濃度。

激光波長穿過一條選定的待測氣體的吸收線被掃描，吸收線認(rèn)真地選擇，避免其他（背景）氣體的交叉干擾。發(fā)射器和接收器之間光路上的目標(biāo)氣體分子的吸收不同，激光波長不同，探測光強隨激光波長而變化。為增加其敏感性，采用了波長調(diào)制技術(shù)。掃描到吸收光線時，激光波長會被輕微調(diào)節(jié)。第二諧波信號用于測量吸收氣體的濃度。線振幅和線寬都是從第二諧波線形狀中析取的，這使得測得的濃度對于由背景氣體導(dǎo)致的線形狀變化（線增寬效應(yīng)）不敏感。

諧波產(chǎn)生的原因主要有：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。

第二諧波信號：諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。諧波的頻率必然也等于基波的頻率的整數(shù)倍，基波頻率二倍的波稱為二次諧波，基波頻率5倍的波稱為五次諧波，不管幾次諧波，都是正弦波。

第二諧波信號是計算氣體濃度的信號，該信號用來對吸收光譜吸收的檢查和分析，故障診斷，激光器作用的驗證。

氣體的濃度：測量的是體積濃度，與體積、壓力、溫度有關(guān)。遵循氣態(tài)方程，

      　　　　　 ＰＶ＝ｎＲＴ

狀態(tài)參量 、體積Ｖ、壓強Ｐ和 絕對溫度Ｔ之間的關(guān)系

　　　　　　　　?。校剑遥危裕郑?/span>_Ａ＝ ｎｋＴ

　　　　　　　　?。校剑?/span>/３*ｎｑ

　　　　　　　　　ｑ＝３/２*ｋＴ　　　　　　　　　

n是理想氣體 物質(zhì)的量

Ｒ是 氣體常量，不同狀況下數(shù)值有所不同．

Ｐ為理想氣體壓強，單位P_a　　

Ｖ為氣體體積，單位m³　

Ｔ為體系溫度，單位K　

原理示意圖如下：

     從圖中看到，激光紅外線氣體分析儀電路與其它測量儀表一樣，有數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)處理電源電路、輸出電路，不同的是有一個半導(dǎo)體激光電路。

    氮氣分為二路，一路經(jīng)二極管進(jìn)入工藝管道，吹掃工藝介質(zhì)防止沾在鏡片上，另一路進(jìn)入有電路板的盒中，防止可燃?xì)怏w進(jìn)入盒中，發(fā)生爆炸。

　　　結(jié)構(gòu)：激光紅外線氣體分析儀包括三個獨立的單元：帶有吹掃的發(fā)射單元；帶有吹掃的接收單元；電源供應(yīng)。

發(fā)射單元包括帶有溫度穩(wěn)定二極管激光器的激光模塊，校準(zhǔn)模塊。包括接收器電纜和輸入/輸出端子，接收單元包括一個聚焦透鏡，光電探測器。發(fā)射單元和接收單元和最大能夠承受5bar壓力（絕壓）的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)視窗。分析儀是通過所提供的吹掃或校準(zhǔn)單元來裝配發(fā)射單元和接收單元的，光學(xué)校準(zhǔn)非常容易而且很可靠，同時吹掃防止灰塵和其它污染物落在光學(xué)視窗上。電源供應(yīng)盒子通過Ex-p控制系統(tǒng)連接到發(fā)射器盒子上。氣體溫度/壓力傳感器上的4-20 mA 輸入信號被連接到發(fā)射單元里面的端子上，

發(fā)射單元與接收單元用一根電纜連接。從光電探測器探測到的吸收信號是增強的，并且通過這條電纜輸送到發(fā)射單元，同時也是一條供電電纜。發(fā)射器包含了CPU板執(zhí)行板、儀器的控制和氣體濃度的計算。主板上合并有儀表操作所需要電子單元，比如二極管激光電流和溫度控制和模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，LCD顯示器連續(xù)地顯示氣體濃度、激光束傳輸和儀表狀態(tài)。RS-232端口可用于與個人電腦直接串行通信，用于以太網(wǎng)板通過局域網(wǎng)提供TCP/IP 通信，這樣它就可以用來代替串行通信。輔助板提供輸出選擇，如氣體濃度測量和激光束傳輸（后者可選）的4-20mA電流輸出。

氮氣的作用：吹掃氣是通過安裝正壓氣流經(jīng)由法蘭進(jìn)入管道從而保持儀表視窗清潔。吹掃阻止顆粒沉淀在光學(xué)視窗上污染視窗，吹掃氣體必須是干燥、干凈的，達(dá)到足夠的測量準(zhǔn)確性必須把待測氣體從內(nèi)部的測量路徑上去掉。否則會使測量結(jié)果偏高或波動増大。防爆氣是加在發(fā)射端和接收端電子單元的正壓氮氣，一是防空氣進(jìn)入兩端金屬盒中，防電氣火花和影響測量精度，二是對激光器降溫。

    3、原理的解釋，任何物體的分子、原子等各種粒子都在做布郎運動（運動都是力的作用的結(jié)果），分子、原子都是帶電的、運動的，帶電粒子運動就產(chǎn)生電磁波。若原子、分子不帶電的運動就是引力波，實驗和受力分析證明原子、分子是帶電的，都是電磁波，紅外線也是電磁波，根據(jù)波相互干擾的定律，兩種電磁波相遇會產(chǎn)生干擾波峰、波谷相疊加的效應(yīng)。

 以氫原子為例說明原子的帶電性，氫原子是由一個氫原子核（帶正電）和一個核外電子（帶負(fù)電）組成，那么氫原子核有一個正電場（+E），電子有一個負(fù)電場（-E），如圖2所示：

按現(xiàn)有理論，正 負(fù)電荷抵消是AB區(qū)域，其它區(qū)域是不會扺消，則是帶電的，何況原子核的電場方向向外，電子的電場方向向內(nèi)，那么AB區(qū)域內(nèi)的C點的電場強度：

   Ec = +E₊c – (-E-c)  是一推一拉效果

 則：  Ec = +E₊c +E-c     

Ec：C點的電位   +E+c：正電場C點的電位   -E-c：負(fù)電場C點的電位

C點的電位是原子核正電場與負(fù)電場相加，故原子對外顯電性。正、負(fù)電場是一種物質(zhì)，抵消作用是有新的物質(zhì)產(chǎn)生，就象打雷一樣，消耗能量和物質(zhì)，那么電子還會自由地繞原子核運行嗎。

原子核帶正電荷，電子帶負(fù)電荷，電荷是一種物質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)不滅定律，那么，正、負(fù)電荷能抵消嗎，答案是不會，故原子、分子是帶電的，由原子、分子組成的物質(zhì)、物體也是帶電的。由于電子是繞原子核自由的、無規(guī)則的運動，若在某一位置正、負(fù)電荷抵消了，那么電子離開某一位置到一新位置，又抵消了，如果電子繞原子核轉(zhuǎn)360度，電子本身也在自轉(zhuǎn)，都抵消了，最終原子核和電子的電荷都抵消了，那么原子核還帶正荷和電子還帶負(fù)電荷嗎？抵消了就沒有電荷了，所以原子核和電子就不再帶電荷了，那么下一時刻原子核還帶正電荷嗎？電子還會帶負(fù)電荷嗎？若抵消了，還有電荷可帶，是誰補充的呢？你說對不對的。

原子、分子是帶電的，那么原子之間、分子之間的力則電磁力，萬有力是微小的電磁力，電磁力是大的萬有力。原子、分子是一個電磁場，由原子、分子組成的物質(zhì)、物體才是一個電磁場，由物質(zhì)、物體組成的地球才會是一個大的電磁場，宇宙是一個電磁場。若原子、分子不是一個電磁場，地球、宇宙也不會是一個電磁場。

磁鐵的南、北極（異性）在一定距離范內(nèi)，它們之相的引力開始有，距離越來越小，引力越來越大，最后南、北兩極吸緊沾在一起，成為一體，南、北之間的磁性抵消了嗎？沒有吧。若抵消了，就沒有了磁性嗎，你用鐵釘試一下，一定有磁性吧，證明磁性沒有抵消。

電荷也一樣，正、負(fù)電荷也是不能抵消的，可用任何一種毫伏電壓表（電位差、示波器等）測量任何自然物體、任何兩點的電壓，均有幾十毫伏到五百毫伏示值，有過零點，不是永久（1秒左右）零點，而且是隨時變化的。毫伏電壓表是有兩個表筆，則一個參考電位點，另一個則是測量點，參考電位點的電位到底是多少，都不知道。零電位是定義的，是定義無限遠(yuǎn)處的電位為零，測量處的電位不為零，那么，無限遠(yuǎn)處也可定義測量處為零，實際上測量處不為零，固定的不變化零電位處是不存在的。大家（教課書）定義大地的電位為零，大地也沒有真零點的點。

即然沒有不變化零點，那么就沒有不帶電的物質(zhì)和物體，帶電粒子的運動，則有電磁波，所以，任何物質(zhì)和物體運動就有電磁波。    

    當(dāng)電子由遠(yuǎn)靠近原子核時，正、負(fù)電荷的電場重疊部分越來越多，電場物質(zhì)的密度越來越大，彈簧壓縮了單位長度的圈數(shù)越多，彈簧對外的斥力就越來越大，原子核對電子的排斥力越來越大，引力越來越小，使電子遠(yuǎn)離原子核，反之，電子遠(yuǎn)離原子核時，排斥力越來越小，引力越來越大，使電子靠近原子核，原子核與電子不能相吸成一體，電子也不能離原子核遠(yuǎn)去，電子在離原子核一定的區(qū)域內(nèi)次數(shù)最多，彈簧拉伸了單位長度的圈數(shù)越少，彈簧對外的引力就越來越大。在正常工作時，彈簧相鄰兩圈是不可能粘在一起，或遠(yuǎn)離而去，超過正常范圍就有非正常的工作過程。

摩擦是生活、工作中常見的一些現(xiàn)象，摩擦使噪音增大，熱量增大，電磁力或波形增大。

4、 安裝：安裝示意圖如圖3，在圖3中， 

圖3中，L是測量有效距離，發(fā)射端與接收端是在同一水平上，經(jīng)過管道真經(jīng)，管經(jīng)減有效測量距離L是小管道，小管道中的測量氣體用吹掃氮氣吹岀，保征了測量精度和發(fā)射頭和接收頭不被測量氣體污涂。

圖3中，閥門是不銹鋼的球閥，防爆氣、吹掃氮氣氣管用直經(jīng)為8mm的不銹鋼管，少于8mm，氮氣的壓力不夠（少于0.18MPa）氮氣的功率不夠，吹不了小管道中的被測量氣體，等效測量距離加長，使被測量氣體中的氧氣含量偏高。若發(fā)射端和接收端不在經(jīng)管經(jīng)同一水平線上，被測量氣體的流動狀態(tài)不是層流，產(chǎn)生摩擦，使附加誤差增大。兩塊測量儀表的氮氣是一根管道里的氮氣，沒有分枝管道。

當(dāng)然，各接頭處更不能漏氣。

5、調(diào)校：調(diào)校零位接線圖如圖4，是通99.99%的氮氣，輸岀為4mA  

調(diào)校量程的接線圖如圖5，通入量程氣使儀表輸岀為20mA   

兩塊激光（紅外線）氣體分析儀（氧氣表）調(diào)校合格。

    在使用過程中，紅外線發(fā)射頭（二極管）和紅外線接收頭易氮氣在雜質(zhì)（油）污涂，用酒精清洗即可，發(fā)射頭和接收頭的玻璃易被測量氣體（焦油）污涂，用肥皂水清洗。

6、故障現(xiàn)象：

故障現(xiàn)象是同一正壓管道、同一種煤氣表2的指示值比表1的指示值偏高。表1的記錄曲線如下照片所示：紅色記錄曲線

正常時表2的指示值如下照片所示：蘭色記錄曲線

若稍開一下氣柜的聯(lián)通閥門時，表1沒有變化，而表2卻有變化，其波動幅度加大，藍(lán)色記錄曲線，如下照片所示：

在該照片上畫一根紅線，是氧含量的平穩(wěn)線

在該曲線中看到，前面的記錄曲線是平穩(wěn)的，而開閥門時，平穩(wěn)線以上是氧含量增加了，平穩(wěn)線以下是氧含量減了，増加、減少的波動，增加的氧量從何而來，那減少的氧量又去那里了，是在密閉的管中，而且是正壓的情況下，空氣是進(jìn)不了管道中間，氧氣也是跑不管道的，沒有漏點。

若表2處煤氣積液時，記錄曲線照片如下所示：

從波動曲線前、后比較看，表2曲線中氧氣高岀的氧氣從何而來，少的氧氣又去那里了？工藝人員只開了一下聯(lián)通閥門，讓裝紅外線激光氣體（氧氣）分析儀的后管的液體通過該聯(lián)通閥門的一些開度流向?qū)Я芄苡绊憸y量結(jié)果（偏高或石穩(wěn)定）。

炭黑的激光（紅外線）氣體分析儀（氧表）與甲醇壓縮機入口的激光（紅外線）氣體分析儀（氧表）是同一個型號，安裝位置如下所示：

 安裝位置

 樣氣處理裝置，處理樣氣中水和炭粉。

工藝介質(zhì)（煤氣）若水份稍多一些，指示偏高和波動，如下照片所示

左邊是取樣裝置中水份、炭粉多，波動大，且偏高。右邊是排水、炭粉后的情況。若進(jìn)氣量?。ㄈ娱y堵），指示偏低，排水、排炭粉后指示正常，與手動分析相符合。

7、分析：波的干涉，是一種物理現(xiàn)象，頻率相同的兩列波疊加，使一些區(qū)域的振動加強，另一些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開。當(dāng)兩列波的波峰和波峰（波谷和波谷）相遇時，振動加強，當(dāng)波峰和波谷相遇時振動減弱。氣體中（被測量氣體）的氣體分子到兩波源（一個發(fā)射頭，一個是摩擦處）的距離之差為波長的整數(shù)倍，則該氣體分子的振動是加強的；氧氣體分子到兩波源的距離是半波長的奇數(shù)倍，則該質(zhì)點的振動是減弱的。 

煤氣（含氧分子）不論是靜止還是流動的，氣體分子總是運動的（熱運動），運動時氣體分子頻率和幅值比靜止時大，帶電粒子運動有電磁波。由于分子和原子都是帶電的，故它們運動時的電磁波都增大，

紅外線是電磁波，一切波都能發(fā)生干涉，包括水波、聲波、光波等等。干涉是波特有的現(xiàn)象。兩個波相遇時，就會產(chǎn)生干涉和衍涉現(xiàn)象，在這只說干涉，共振是干涉的一種。頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象叫做波的干涉。

產(chǎn)生干涉的條件是，兩列波的頻率必須相同并且有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個波沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質(zhì)點的振幅是隨時間而變化的

設(shè)有兩個頻率相同的波源S₁和S₂，振幅分別為A₁和A₂，初周相分別為φ₁和φ₂其振動表達(dá)式為Y1和Y2：

　　Y₁(S₁，t)=A₁cos(ωt+φ₁)

　　Y₂(S_2，t)=A₂cos(ωt+φ₂)

　　傳到某一點B引起的振動為：

　　Y₁(B，t) = A₁cos(ωt+φ₁)

　　Y₂(B，t) = A₂cos(ωt+φ₂)

　　在B點的合成振動為：

　　Y=Y₁±Y₂

= A₁cos(ωt+φ₁) ±A₂cos(ωt+φ₂)

=( A₁±A₂ ) cos(ωt+△φ)

=Acos(ωt±△φ) 

同頻率的兩波源在同種介質(zhì)中產(chǎn)生的兩列波，波長相同。這兩列波的波峰和波峰（波谷和波谷）相遇處，振動加強；波峰和波谷相遇處振動減弱。

開一下氣柜的聯(lián)通閥門時，氣體的流動狀態(tài)發(fā)生更大的改變，摩擦更大，分子運動更加激裂，溫度升高更快，紅外線的變化幅度變大，氧氣分子的波動幅度更大，若與外加的紅外線頻率一致，則會共振，示意圖如下

若波形1為外加波（紅外線）的波形，波形2為氧氣分子的波形，二者波形的頻率相等時，波形相遇時，則會共振，幅值變大了，成為合成波形。電氣、電子電路中，共振現(xiàn)象稱為“諧振，工藝上有嗆振的，幅值加大，所以從波的幅值看，氧含量是增加和減少了，而實際上煤氣中的氧含量并沒有增多，只是煤氣的摩擦加大，導(dǎo)致煤氣中的氧含增多的假像。

由于氧氣體分子的運動是隨機的，那么氧氣分子的頻率是在一定范圍內(nèi)變化的，運動就有摩擦，摩擦使氧氣分子電磁波的幅值變大。

表1是裝在層流的管道上，而表2則裝在紊流的管道上，表2前面的直管沒有大于5倍管徑距離，后面也沒有大于2倍管徑距離。由于兩塊測氧表的管道互相成90度角，則氣體的流動由層流（表1）轉(zhuǎn)換成紊流（表2），使氣體的摩擦加劇，氧氣分子的電磁波頻譜加寬，振幅加大，當(dāng)流體改變時，測量氧表的指示值就變化，實際煤氣管道中的氧氣含量（正壓）是沒有發(fā)生任何改變的，氧氣即不可能增加，更不可能消失。

激光紅外線測氧表發(fā)出是紅外線電磁波，用來測量的是氧氣分子的電磁波，是氧氣分子帶電粒子的運動狀態(tài)（即電磁波狀態(tài)），根據(jù)波的干涉性質(zhì)，所以在管道中氧氣的含量沒有改變的，測氧表的指示值增加或減少，是因為氧氣運動的狀態(tài)發(fā)生改變。

若氮氣中的氧氣含量增加時，從上面的結(jié)構(gòu)得知，紅外線激光氧分析儀的輸岀值也會增加。

鏡片上有異物,如焦油、萘、蒸汽，透光就會下降，指示偏高。

若氮氣管路漏，氧含量指示則偏高，氮氣流量越大，指示偏得越高。做一個實驗，在瓶裝氮氣瓶出氣口旁放細(xì)線，如細(xì)聚四氟乙烯絲發(fā)帶絲，當(dāng)開啟氮氣閥門時（高壓），高壓氮氣從出氣口噴射而出，可觀察到細(xì)聚四氟乙烯絲發(fā)帶絲，會被高壓氮氣吸入出氣口內(nèi)也上。當(dāng)然也就能吸入空氣，所以氧氣指示值偏高。

若氮氣的功率不能達(dá)到要求時，如壓力小于0.25MPa，而氮氣管的管徑是六毫米，指示值就會偏高。

樣氣中含液多，指示也偏高。

安裝不正，發(fā)射端與接收沒有對正，紅外線的透光就會偏低。調(diào)整螺桿螺帽的松緊度，但不能漏氣。

如果管道是南、北走向，那么儀表則是東、西安裝，由于地球的轉(zhuǎn)向，西邊的沉積物會比東邊多。

若氮氣中含油時（常見現(xiàn)象，是氮壓機中帶油所致）油是會吸收紅外線的能量，故顯示偏高。郎伯--比爾定律：

     I=I₀(1-ucL)

 氮氣中的油吸收系數(shù)u變大力，紅外線的能量吸收增多，表現(xiàn)為氧含增多。

當(dāng)紅外線測氧表工作時，氧分子運動的電磁波與紅外線激光（電磁波）相遇時，根波相互干憂性質(zhì)可知，二者的電磁波就互相干涉，當(dāng)也就產(chǎn)生諧波，諧波有二次、三次、五次等。波有頻率、幅值和相位三要素。若二者頻率相同則會共振，幅值則相加，若相位相反時，幅值相減。反之、相位相同幅值相加，所以外加光線頻率與元素的原子、分子的共振頻率一致，就吸收光線的能量。發(fā)射端發(fā)射紅外線的能量一定時，被測量的氣體吸收了紅外線的能量后，到接收端的能量就要減少。如果氣體運動狀態(tài)改變，氧分子運動加劇（摩擦所致），氧分子的電磁波幅度加大，頻率升高，故有上述變化曲線。

氮氣的過濾減壓閥不能漏，若漏，指示值會偏高。