烟气分析仪检定方法探讨_刘文思.pdf

ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY烟气分析仪检定方法探讨刘文思，闫继伟，师恩洁（河南省计量科学研究院，河南 郑州450000）摘 要：烟气分析仪主要用于各种燃烧锅炉工况参数、有害气体和氧气浓度的测量，被广泛地应用于工业气炉、环境保护和石油化工等各类行业，气体传感器是烟气分析仪的核心部件。以电化学气体传感器和红外气体传感器为例，着重分析采用定流量检定法和三通检定法这两种不同原理的烟气分析仪进行检定时，其示值误差和重复性的变化规律，用于探讨不同检定方法对于测量数据和测量结果的准确度的影响，为烟气分析仪检定方法的合理选择提供了一定的指导。关键词：检定方法；示值误差；重复性：气体传感器；测量结果中国分类号：X 851文献标识码：A文章编号：1003-0107（2023）02-0082-04doi:10.3969/j.issn.1003-0107.2023.02.018Discussion on Verification Method of Flue Gas AnalyzerLIU Wensi，YAN Jiwei，SHI Enjie（Henan Institute of Metrology，Zhengzhou 450000，China）Abstract：Flue gas analyzer is mainly used to measure the working parameters of various combustion boilers and theconcentration of harmful gases and oxygen，and it is widely used in various industries such as industrial gas fur-naces，environmental protection，petrochemical industry，and gas sensor is the key component of flue gas analyzer.Taking electrochemical gas sensor and infrared gas sensor as examples，the variation of indication error and repeata-bility of these two kinds of gas analyzers with different principles are emphatically analyzed by constant flow verificationand tee verification，and the influence of different verification methods on the accuracy of measurement data and re-sults are discussed，which provides some guidance for the reasonable selection of flue gas analyzer verificationmethod.Keywords：calibration method；indication error；repeatability；gas sensor；measurement result收稿日期：2022-10-04修回日期：2022-12-08作者简介：刘文思（1993），女，河南商丘人，河南省计量测试科学研究院助理工程师，从事计量分析测试工作。0引言随着我国对大气污染防治的力度逐年加大1-2，烟气分析仪在污染源在线监测系统的比对和检验中得到了越来越广泛的应用。目前，大多数监测系统已经采用了电化学测量原理或红外原理的气体分析方法。在对烟气分析仪的检定工作中，发现采用不同的检定方法对烟气分析仪进行检定，其测量结果之间存在一定的差异性。如何准确地测量污染物的排放量，是当前计量技术工作急需解决的问题。1烟气分析仪概述烟气分析仪是测量烟气中的二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮和一氧化碳等有害气体，以及氧含量的气体检测仪器3，广泛地应用于燃油、燃822023.02ELECTRONICS QUALITY气锅炉污染排放、烟道气体及污染源附近的环境监测中2。气体传感器是烟气分析仪检测技术的核心，烟气分析仪的工作原理常用两种：一种是电化学工作原理，另一种是红外工作原理。2烟气分析仪的工作原理2.1 电化学气体传感器的工作原理电化学气体传感器的主要工作原理是将测量对象气体经过除尘、去湿后进入传感器气室，经过渗透膜进入电解槽，在恒电位工作电极处发生氧化或还原，由此产生极限扩散电流，在一定范围内，根据耗用的电解电流得出气体的浓度4。2.2 红外气体传感器的工作原理红外气体传感器又被称为非色散红外气体传感器，被测气体中对红外光线的吸收是红外吸收式气体传感器分析气体的基础，吸收规律符合朗伯-比尔定律。其工作原理是利用红外线的物理性质来进行测量的，气体吸收光谱是一系列的吸收带，不同气体对红外波长的电磁波能量具有特殊吸收特性。红外光源发出的红外光，经过切光器调制频率后，进入测量气室。当红外光线通过被测气体时，这些气体对特定波长的红外光有吸收作用，可通过红外光线的衰减来测量气体浓度。3烟气分析仪的实验数据本 文 以 二 氧 化 硫 测 量 为 例，采 用 浓 度 为2 857 mg/m3的氮中二氧化硫标准气体，在重复性条件下，分别以定流量采样法和三通检定方法进行10次测量。3.1 电化学传感器的检定方法电化学气体传感器是由膜电极和电解液灌封而成，通常以水溶液作为电解质，电解质的蒸发和污染，经常会导致传感器信号下降，而且由于空气中存在被测物质，传感器极易出现漂移，所以在烟气分析仪的检定过程中，经常需要对烟气分析仪进行校准。3.1.1定流量检定法目前，各仪器生产厂家规定的烟气采样流量 不同，在进行检定之前，应明确被检仪器的采样流量，方可进行检定。本文选用采样流量为1.0 L/min的烟气分析仪，在重复性条件下，通入二氧化硫标准气体，待示值稳定后（1 min内数值基本不变）读取稳定示值记录ci，10次测量数据如表1所示。根据JJG 9682002烟气分析仪检定规程中，示值误差计算公式如下：a=c軃i-cScS100%（1）式（1）中：a浓度的示值误差；c軃i示值的算术平均值；cS标准气体的浓度。重复性计算公式如下：sr=1c軃ni=1（ci-c軃）2n-1姨100%（2）式（2）中：sr相对标准偏差；c軃示值的算术平均值；ci第i次测量值；n测量次数，n=10。根据式（1）得出示值误差为-2.4%；根据式（2）计算出重复性为0.4%。3.1.2三通检定法所谓三通检定法，指的是用三通接头的一头连接标准气体，另外两头分别连接被检仪器进气口和放空的流量计进行检定的方法。启动仪器采样系统，待示值稳定后，记录数值如表2所示。表1定流量检定法测量次数测得浓度值/（mgm-3）12 77122 77632 78342 78552 78662 79272 79682 80092 801102 803计量与测试技术Measurement and Testing Technology83ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY表4三通检定法根据式（1）得出示值误差为1.2%；根据式（2）计算出重复性为0.2%。3.2 红外气体传感器的检定方法红外气体传感器在工业、环保等产业中的应用很广，可用来分析混合气体中某种或几种待测气体组分的浓度，是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，依据郎伯-比尔定律，气体浓度与特征吸收强度的关系，来鉴别烟道中气体组分并确定其浓度的气体传感装置。3.2.1定流量检定法本文选用采样流量为1.0 L/min的红外烟气分析仪，在重复性条件下，通入二氧化硫标准气体，待示值稳定后（1 min内数值基本不变）读取稳定示值并记录10次测量数据如表3所示。根据式（1）得出示值误差为-4.2%；根据式（2）计算出重复性为0.6%。3.2.2三通检定法在重复性条件下，通入二氧化硫标准气体，待示值稳定后（1 min内数值基本不变），10次测量数据如表4所示。根据式（1）得出示值误差为1.9%；根据式（2）计算出重复性为0.6%。上述两种方法均满足JJG 9682002烟气分析仪检定规程 中示值误差不大于5%、重复性不大于2%的要求。4实验分析由以上实验数据可知，采用规定的流量进行浓度测量时，测量结果重复性为0.4%，示值误差为-2.4%；同一被测仪器，采用三通检定法，测量结果的重复性为0.2%，示值误差为1.2%。显然采用三通检定法测量数据存在较好的重复性，但是对比表3-4中两种检定方法的实验数据可知，采用规定的流量进行浓度测量时，测量结果重复性为0.6%，示值误差为-4.2%；同一被测仪器，采用三通检定法，得出测量结果的重复性为0.6%，示值误差为1.9%；两种不同的检定方法得出的重复性的测量结果数据一样，说明红外原理的烟气分析仪示值稳定性好。由两次示值误差的检定结果可知，定流量的示值误差均为负值，三通的示值误差检定结果均为正值。说明不论是电化学原理还是红外原理的烟气分析仪，采用三通检定方法测量的浓度值要大于定流量检定方法。表2三通检定法测量次数测得浓度值/（mgm-3）12 89322 89632 89542 89552 89262 89172 88882 88792 885102 886表3定流量检定法测量次数测得浓度值/10-619492951395349555957695979618963996410965测量次数测得浓度值/10-611 01021 01231 01441 01651 01861 02071 02281 02491 026101 028842023.02ELECTRONICS QUALITY究其原因，烟气分析仪是通过抽气泵将烟道中气体经过采样管输送至气体传感器5，由传感器的输出电信号通过电子线路将模拟信号放大，转变成被测气体的浓度。为了方便烟气排放，烟道通常设为负压，当仪器采样管的抽力小时，即泵的流量小，烟道中的负压超过采样管的抽力时，会导致烟气分析仪实际测量的数值偏低。所以在日常使用时只有做到分析仪采样管的抽力大于烟道的负压，才有可能保证仪器测量数据的准确性。5结束语本文通过选取不同原理的烟气分析仪，用两种不同的检定方法进行检定，由对比结果可知，红外原理的烟气分析仪示值相对稳定。三通检定方法不受气瓶内压力波动、流量变化的影响，仅由被检仪器的采样泵进行工作，较好地模拟了烟道中气流平衡的状态，受气瓶出口压力影响较小，测量数据相对准确。参考文献：1徐家清，解光武.便携式红外烟气分析仪在污染源二氧化硫检测的探讨J.广东化工，2014，8（41）：145-146.2薛小鹏.烟尘浓度检测仪控制电路研究J.山西电子技术，2019（2）：83-85.3全国环境化学计量技术委员会.烟气分析仪检定规程：JJG 9682002 S.北京：中国计量出版社，2004.4师恩洁.采样流量在烟气分析仪检定时的影响J.工业计量，2017，27（5）：23-25.5方静.烟气分析仪中电化学气体传感器的使用与维护J.工业计量，2006，16（1）：30-31.计量与测试技术Measurement and Testing Technology世界第三个！我国具备量子计算机整机交付能力!信息与动态在最近上映的科幻电影 流浪地球2 中，有一被誉为“全场最有价值道具”的最高算力智能量子计算机MOSS贯穿全局，它可以满足数万座发动机协同运作，并支撑“数字生命”计划所需算力。事实上，量子计算机并非科幻。据报道，合肥本源量子已研发出多台中国量子计算机，并成功交付一台量子计算机给用户使用。该量子计算机的成功交付使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。这是我国继实现“量子优越性”之后，又一次确立了在国际量子计算研究领域的领先地位。“全球有100多家量子计算公司投入了巨大的人力物力进行研制，加拿大的量子计算公司2011年出售了其第一个量子计算机，美国IBM公司在2019年将其商用量子计算机交付部署，中国公司本源量子的量子计算机在2021年就已交付用户。”安徽省量子计算工程研究中心主任张辉介绍，量子计算机已经成为各国竞争的焦点之一，越来越多的研究单位和大型公司企业的加入，将加速可实用化通用量子计算机研制的进程。据了解，本源量子是中国第一家量子计算公司，其在2020年已上线国内首台国产超导量子计算机本源悟源，并通过云平台面向全球用户提供量子计算服务；在2022年发布了国内首个量子计算机和超级计算机协同计算系统解决方案，该方案可以双向发挥量子计算机和超级计算机的优势。（摘自科技日报）85