M300

7/21/2019 M300

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ANALIZADOR DE MONOXIDO

DE CARBONO (CO)

MARCA: API

MODELO: 300

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El Modelo 300 es un Anali zador de Monóxido de Carbono , que mide la concentración

del CO utilizando como principio de funcionamento la Absorción de I nf raRojo por

parte de las moléculas de Monóxido, la cual se realiza especialmente en longitudes de

onda cercanas a 4.7 M icrones .

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ESPECIFICACIONES

TECNICASRangos :

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 hasta1,000ppm ppm (mg /m 3 )

< 0.025 ppm RMS< 0.5% lectura RMS< 0.050 ppm < 0.1 ppm< 0.2 ppm< 1% lecturaMejor que 1% F.S0.5% lectura<10 seg<60 seg al 95%800 scc/min . ± 10%

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ESPECIFICACIONES

TECNICASRango de Temperatura:

Rango de Humedad:Coeficiente Temperatura:

Coeficiente Voltage:

Dimensiones (H x W x D):

Weight:Suministro:

Condiciones Ambientales:

Salida Recorder/DAS:

Reso lución Salida Análoga: Salidas de Estado:

5 – 40°C0-95% HR, No condensante< 0.05 % por °C< 0.05 % por V

7" x 17" x 25“ (178 mm x 432 mm x660 mm)50 lb (22.7 kg)110V/60 Hz, 220V/50 Hz, 240 V/50Hz 250 watts 230 V~, 50 Hz, 2.5ACategoría de Instalación (CategoríaSobrevoltaje) II. Grado de Polución 22.000 m altitud máxima± 100 mV, ± 1 V, ± 5 V, ± 10 V (B i - Polar), 0-20 o 4-20 mA loop decorr iente 1 parte en 1024 del vol ta je F.S 12 de opto-aislado r

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PANEL FRONTAL• Switch de Encendido

• 3 status LED’s

• Teclado, 8pushbuttons

• Display 2 Líneas, 40caracteres

• 4 Campos: MODO,MENU, MENSAJE,CONCENTRACION

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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)

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SISTEMA NEUMATICO• Filtro Entrada

• Cámara de Muestreo(Celda Blanca)

• Medidor de Flujo• Orificio Crítico

• Bomba

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VISTA SUPERIOR INTERNA- Filtro de Muestra

- Banco Optico

- Filtro Correlación GFC

- Fuente IR

- Motor Sincrónico

- Bomba

- Scrubber Zero

- Modulo de Suministro- Tarjeta Madre (SINCDEMOD, V-F y CPU)

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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. I o 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 coefi ciente de absorcion que nos dice

que tan bien se absorbe el CO en la longitud de onda especifica de interes (4.7 um ).

I = Io e-αLc

PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

El Modelo 300 despeja de la ecuación de la Ley de Beer, la concentr acion c de CO en la

trayectoria de la absorción. Desafortunadamente varios gases absorben la luz a 4.7 mmm .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.

c = ln (Io/I) (1/αL)

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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.

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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.

N2

CO

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 longi tud L .

CO

L

MEAS

REF

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 mmm . Luego ponemos un detector

especial (DET ) hecho de Plomo-Selenio (PbSe ) que pueda detectar el haz de luz.

L

CO

MEAS

REF DET

IR F

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

Ahora introducimos una cámar a de absorción llena con aire . No hay CO en el aire dentro

de la cámara. La cámara tiene dosventanas 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 .

CO

L

MEAS

REF DET

IR F

A

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 masalto .

L

COMEAS

REF

DET

IR F

A

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 (DDH ).

CO

L

DET

IR F

R R R

MMMM

R ∆H

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 (DDH ) se reduce .

CO

L

DET

IR F

R R R

MMM

M∆H

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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

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 ( DDH ) permanece constante .Entonces nosotros podemos decir que utilizando un filtro de correlacion (GFC ) la diferencia (DDH ) en

las alturas de los picos se debe úni camente al CO y no a los gases de interferencia.

CO

L

DET

IR F

R R

R

MMM

M R ∆H

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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 Bl anca ”. Esta celda de absorción esta formada por una cámara con dos (2) espejos confocalescercanos (M ) en ambos.

M M

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Luego colocamos dos (2) apertur as 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.

m

m

IN

OUT

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La luz proviene de un emisor Infr aRojo (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 estabi l izada por temperatura aproximadamente @

65°C en el interior de un pequeño horno (linea punteada).

IR

M

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El detector y su preamplif icador asociado (D/P ), están contenidos dentro de una carcaza metálica (linea punteada) que esta acoplada al puerto de salida de la celda blanca.

D/P

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El detector se compone de un filtro óptico de banda delgada (F ), un cri stal de sal de plata que actua como la

superficie detectora real (D ), y un enfri ador 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 corr iente I , la cual es

entonces amplificada por el preamplif icador (P) . El ensamble entero es de tan solo unos pocos milimetros de

espesor.

P

IIR F D T

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Electronicamente, el detector (D ) envia su señal al preamplificados (PA) cuya salida va al circuito

sincroni zador 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 ).

D

PA V-FSYNC-

DEMOD

CPU

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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 .

D

PA V-FSYNC-

DEMOD

CPU

E/D

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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.

D

PA V-FSYNC-

DEMOD

CPU

E/D

SFSPST

BT

TG

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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), estabil izando por temperatura estos componentes

criticos.

D

PA V-FSYNC-

DEMOD

CPU

E/D

BH

GH

R SFSPST

BT

TG

R

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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 f lujo es regulado a través de un orificio de flujo critico (CF ).

P

F

CF

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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 ).

P

F

T

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Se puede adquirir un set de válvulas opcional, que sir ve 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) .

P

F

T

SAMPLE

SPAN

ZEROC

S

PO

ZS

V

OPTION

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Otra opción que puede ser adquirida incluye un puerto para aire cero (ZERO ) yuna válvula de corte para el cilindro de CO (S ).

P

F

T

SAMPLE

SPAN

ZERO

C

S

PO

ZS

V

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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.

P

F

T

SAMPLE

SPAN

ZERO

C

ZS

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El analizador tiene varias formas de comunicarse con el mundo ex terior. Usted puede

entrar comandos a la CPU por medio del teclado (KYPD ), el puerto RS232 , o entradas de

contacto cerrado (CC-IN ).

CPU

KYPD

RS232

CC-IN

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El analizador puede arrojar diferentes clases de informacion via display (DSPLY ), RS232 ,conector I/O digital (I /O ), y tres (3) salidas analogas (ANALOG ).

CPU

KYPD

RS232

CC-IN

CPU

DSPLY

RS232

I/O

ANALOG

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Las sali das 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 configuradosy calibrados por el ususario.

D-to-A

D-to-A

D-to-A

CPU

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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.

D-to-A

D-to-A

D-to-A

CPU

+ -

CO (High)

CO (Low)

Test

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Felicitaciones! Ahora usted sabe lo básico sobre el Analizador de CO por Correlacion de

Filtro de Gas Modelo 300.

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