仪表和分析系统系列：Yokogawa Analyzers (用于石油和天然气行业)_（3）.Yokogawa分析仪的工作原理.docx

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Yokogawa分析仪的工作原理

引言

在石油和天然气行业中，仪表和分析系统是确保生产过程安全、高效和可靠的关键设备。Yokogawa分析仪作为这一领域的领先产品，广泛应用于各种工艺过程的监测和控制。本节将详细介绍Yokogawa分析仪的工作原理，帮助读者理解其在工业控制系统中的作用和应用。

1.分析仪的基本组成

Yokogawa分析仪通常由以下几个主要部分组成：

采样系统：负责从工艺过程中采集样品，确保样品的代表性和准确性。

预处理系统：对采集的样品进行预处理，如过滤、温度控制、压力调节等，以满足分析仪的输入要求。

分析单元：包括传感器和检测器，用于测量样品的特定参数。

数据处理系统：将分析单元的数据进行处理和分析，生成可读的测量结果。

输出系统：将处理后的数据通过各种接口（如4-20mA、HART、Modbus等）发送到控制系统或监控系统。

用户界面：提供操作和设置界面，方便用户进行校准和维护。

1.1采样系统

采样系统是Yokogawa分析仪的前端部分，其主要功能是从工艺过程中采集代表性样品。采样系统的组成和设计取决于具体的工艺条件和被测参数。常见的采样系统包括：

在线采样器：直接从工艺管道中采集样品，适用于连续监测。

离线采样器：通过手动或自动方式采集样品，适用于间歇性监测。

稀释采样器：用于高浓度样品的稀释，以避免传感器过载。

1.1.1在线采样器

在线采样器通过插入式或旁路式采样探头从工艺管道中采集样品。插入式采样探头直接插入管道，适用于高温、高压或腐蚀性环境。旁路式采样探头则通过旁路管道采集样品，适用于需要对样品进行预处理的情况。

1.2预处理系统

预处理系统对采集的样品进行处理，以确保其适合分析仪的输入要求。常见的预处理包括：

过滤：去除样品中的固体颗粒，防止堵塞传感器。

温度控制：将样品温度调节到适合分析的范围。

压力调节：将样品压力调节到适合分析的范围。

脱水：去除样品中的水分，避免影响测量结果。

1.2.1过滤器

过滤器是预处理系统中常用的一种设备，用于去除样品中的固体颗粒。例如，使用滤芯过滤器可以有效去除直径大于10μm的颗粒。

#示例代码：过滤器的控制逻辑

deffilter_controller(sample_pressure,filter_status):

控制过滤器的工作状态

:paramsample_pressure:样品压力(单位:Pa)

:paramfilter_status:过滤器状态(0:关闭,1:打开)

:return:过滤器控制指令(0:关闭,1:打开)

ifsample_pressure100000:#样品压力超过100kPa

return0#关闭过滤器

else:

returnfilter_status#维持当前状态

#示例数据

sample_pressure=80000#样品压力为80kPa

filter_status=1#过滤器当前状态为打开

#调用函数

control_command=filter_controller(sample_pressure,filter_status)

print(f过滤器控制指令:{control_command})

1.3分析单元

分析单元是Yokogawa分析仪的核心部分，包括传感器和检测器。传感器负责将被测参数转换为电信号，检测器则对这些信号进行进一步处理和分析。

1.3.1传感器类型

Yokogawa分析仪使用的传感器类型多样，常见的有：

红外传感器：用于测量气体中的特定成分，如CO2、CH4等。

电化学传感器：用于测量气体或液体中的特定离子，如O2、H2S等。

色谱传感器：用于分离和测量混合物中的多种成分，如GC（气相色谱）。

紫外/可见光传感器：用于测量液体或气体中的特定化合物，如NOx、SOx等。

1.3.2红外传感器的工作原理

红外传感器通过测量样品对特定波长的红外光的吸收程度来确定其成分。常见的红外传感器有非分散红外（NDIR）传感器和傅里叶变换红外（FTIR）传感器。

非分散红外（NDIR）传感器

NDIR传感器通过选择特定波长的红外光，测量样品对该波长的吸收程度。具体原理如下：

光源：红外光源发出的光被准直后通过样品室。

样品室：样品在样品室中吸收特定波长的红外光。

检测器：检测器测量通过样品室后的红外光强度。

信号处理：将检测器的电信号转换为测量结果。

#示例代码：NDIR传感器的信号处理

defndir_signal