ساختار و عملکرد آنالایز گاز

بطور كلي هر آنالایزر از چندين بخش تشكيل مي‌شود كه مهم‌ترين بخش آن، سنسور آن مي‌باشد كه وظيفه تشخيص شاخص موردنظر را به عهده دارد. اطلاعات كسب‌شده توسط سنسور مذکور، به‌صورت داده‌هاي آنالوگ است كه معمولاً اين اطلاعات توسط مدارات حالت‌دهنده Conditioning Circuits به بازه مقادير قابل‌فهم براي مدارات تبديل آنالوگ به ديجيتال Analog to Digital Convertor و يا پردازشگرها تبديل مي‌شود. پس از ديجيتال‌شدن، اطلاعات براي پردازش به ريزپردازشگرهاي داخلي آشكارساز ارسال مي‌گردند و بعد از تحليل اين اطلاعات و دریافت نتيجه موردنظر در اين بخش، خروجي به مدارات انتقال داده، براي ارسال به پردازنده و كنترل‌كننده كلي سيستم تحويل مي‌شود كه از نظر نوع اين مدارات، داده‌ها به پروتكل‌هاي ارتباطي مختلف تبديل و ارسال مي‌گردند.
در تشخيص نوع گاز، انتخاب سنسور بسته به نوع کاربرد و انتظاري که از سيستم وجود دارد، بسيار مهم است. چنانچه نوع سنسور و آشکارساز گاز بطور نامناسب انتخاب شوند، عملکرد تمامي سيستم با اختلال همراه خواهد بود. بايد توجه نمود كه هر سنسور مزايا و محدوديت‌هاي خاص خود را دارا است. لذا انتخاب نادرست سنسور، احتمال خروج از بازه عملکرد مناسب و مواجهه با محدوديت‌ها و بعضاً خروجي‌هاي غيردقيق و نابه‌هنگام را در بر خواهد داشت.

روش های آشکارسازی سنجش گازها در آنالایزرها

آنالایزر با لامپ سیگنال Ultra Violet  lamp
آنالایزر با سنسورهای الکتروشیمیایی
آنالایزرهای مادون قرمز
آنالایزر کاتالیزوری
و …

تمامی آنالایزرها به دو روش زیر، سنجش گاز را انجام می‌دهند:

1- روش استخراجی Extractive  : این روش از طریق نمونه‌برداری، آماده‌سازی و آنالیز انجام می شود و عموماً در سنجش گازهای زیست محیطی کاربرد دارد.

2- روش درون‌پروسهIn-Situ  : سنجش گازهای درون پروسه بدون خروج نمونه که عموماً جهت سنجش گازهای کنترلی و پروسه به کار گرفته می شود.

روش استخراجی Extractive 

در این روش باتوجه به شکل، نمونه توسط نمونه‌گیر و با کمک پمپ مکش از محیط مورد‌نظر جذب می‌شود. پس از عبور از مسیری که تحت مجاورت هیتر قرار دارد (Heated Line) و بعد از آن، عبور از خنک‌کننده (Cooler) تا 5 درجه سانتی‌گراد، به سنسور و یا مهم‌ترین و با ارزش‌ترین قسمت آنالایزر می‌رسد و در آنجا به روش‌های گوناگون که ذکر شد، مورد سنجش قرار می‌گیرد. البته این نکته قابل ذکر است که در محیط‌های صنعتی، به‌علت مجاورت دائم آنالایزر با گازهای مورد‌نظر، عموماً آشکارساز مادون قرمز (به‌لحاظ دوام، دقت و پایداری بالا و همچنین هزینه مناسب) مورداستفاده قرار می‌گیرد.
بلوک دیاگرام مسیر عبور گاز به درون آنالایزر را مشاهده نمودید. گاز از ورودی وارد دستگاه می‌شود. سلنوئید ولوهای مربوطه تعیین می‌کنند که نمونه یا گاز کالیبراسیون به درون دستگاه منتقل شوند. یک سنسور فشار، میزان فشار نمونه را چک می‌کند و سپس گاز به درون سنسور مادون قرمز Gas Filter Correlation Infrared GFC-IR دستگاه می‌رسد. منبع نور به‌صورت یک فیلامان است که وقتی به دمای معینی برسد، طیف طول موج مادون قرمز مشخصی از خود ساطع می‌کند. این نور از یک چرخ‌گردان Correlation Wheel  که دارای سوراخ‌هایی استردشده می‌باشد، عبور می‌کند. سپس از یک پنجره optical filter که فیلتر طول موج خاصی می‌باشد، رد شده و به درون سنسور می‌رسد. دیسک گردنده، چرخش کرده و نور به‌نوبت از درون حفره‌ها به شرح زیر عبور می‌کند:

– یک قسمت کدر مسدود Dark sector

– قسمت دوم که یک حفره خالی است Measure sector

– قسمت سوم که دارای یک سلول پرشده از گازهای در خواستی می‌باشد Reference

با عبور نور از هر یک از این سه قسمت، یک سیگنال الکتریکی خاص از دتکتور خارج می‌شود:

– سیگنال کدر: وقتی نور به قسمت کدر برخورد کرده و نمی‌تواند وارد سنسور دستگاه شود.

– سیگنال اندازه‌گیری: وقتی نور از قسمت خالی چرخ گذشته و با ورود به درون سل که گاز نمونه در آن قرار دارد، در تماس است. در این حالت طول موج‌های خاصی از نور توسط مولکول‌های گازهای موردنظر جذب شده و شدت نور متناسب با غلظت گازها افت می‌کند.

– سیگنال رفرنس: هنگامی که نور ابتدا از سلولی که حاوی گاز مرجع است، عبور می‌کند. در این حال طول موج‌هایی که توسط رفرنس جذب می‌شوند، کاملاً جذب‌شده و حذف می‌گردند. به‌طوری‌که با عبور آن از درون نمونه حاوی گاز نمونه‌گیری‌شده، جذب بیشتری صورت نمی‌گیرد.

گیرنده نور یک سنسور PbSe  است که توسط یک المان پلتیر peltier element در دمای سرد 30 درجه سانتی‌گراد، زیر صفر قرار دارد. سیگنال خروجی دتکتور توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال به قسمت پردازنده میکروپروسسوری منتقل می‌شود.

جذب طول موج مادون قرمز توسط گازهای مختلف

سیگنال‌های فوق برای هر گاز با یکدیگر مقایسه‌شده و پردازنده آنالایزر، محاسبات لازم برای سنجش گاز را انجام می‌دهد.

روش فوق GFC-IR  نام دارد که موردتائید استاندارد آژانس نظارتی در آمریکا با عنوان US-EPA  می‌باشد.

روش درون‌پروسهIn-Situ 

این روش اغلب در پروسه‌های کنترلی سیستم‌هایی مانند سنجش گاز O2 و Co مورد‌استفاده قرار می‌گیرد. هر چند مشابه نوعExtractive  آن برای سنجش برخی گازها جهت موارد محیط زیستی هم کاربرد دارد که با محدودیت تنوع گاز همراه است و به همین علت برای سنجش در موارد محیط زیستی این روش پیشنهاد نمی‌شود. در این آنالایزرها از فرستنده و گیرنده بطور مستقیم و در مجاورت گاز استفاده می‌شود که مزیت زمان پاسخ‌دهی کوتاه ولی عیب سرویس دشوار در شرایط سخت، مثلاً در بالای ستون‌ها را می‌توان برای آنها نام برد.

در این نوع آنالایزرها رطوبت گاز داخل ستون در سنجش گاز بسیار موثر است. این رطوبت توسط سنسورهای رطوبتی که در خود این آنالایزرها تعبیه‌شده اندازه‌گیری و ضریبی را در محاسبه و اندازه‌گیری گازها وارد می‌کند که نتیجه نهایی پس از اعمال این ضریب، قابل‌مشاهده است.