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ULTRAMAT 23 使用了多种相互独立并可选择的测量原理。
ULTRAMAT 23 红外气体测量原理基于气体分子具有特定的红外光吸收波段，采用单光束交变红外分析方法。一个辐射源 (7) 被加热到约 600 °C ，然后光源发出的红外辐射由一个斩波器 (5) 以 8 1/3 Hz 的频率进行调制。
IR 放射物穿过样本室 (4)，样气流到样本室中，由于被测成分的冷凝作用，样气的密度降低了。
接收室建立有两到三层检测器，充满了被测成分。
光谱吸收波段的中间位置的能量优先被第一层检测室 (11) 吸收。边缘波段的光则被第二层检测器室 (2) 和第三层检测器室 (12) 吸收。
上、下层之间的吸收经微流量传感器耦合。来自上层和下层的负反馈导致光谱灵敏度带的带宽变窄。提高分辨精度、消除红外交叉干扰。改变划片 (10) 的位置，可以改变下层检测气室的红外吸收。
旋转断束器 (5) 在样本室内产生一个脉动气流，微流量传感器 (3) 再把气流转换成电信号。
微流量传感器中有两个被加热到大约 120 ºC的镍格栅，这两个镍格栅和两个电阻形成惠斯通电桥。脉动气流与镍格栅的稠密分布一起引起了格栅电阻变化。这回导致桥路中的偏移，偏移量取决于样气的浓度。
注
进入到分析仪的样气必须不含灰尘。必须防止样品室中发生冷凝。因此，大多数应用中有必要对气体进行改性。
在分析仪所处的环境空气中不含有高浓度的被测组分。
ULTRAMAT 23，红外通道的工作原理（以三层检测器为例）
ULTRAMAT 23 可以使用空气（如环境空气）进行自动标定。自动标定的周期可调（1 至 24 小时，0= no AUTOCAL），腔室用空气进行清洗。然后检测器会生成信号 U0（在样本室内无吸收）。该信号既可以作为待测红外组分的零点标定，又可以作为满量程的标定信号。
随着被测成分的浓度增加，样本室内的吸收也随着增加。由于采用这种预吸收，因此探测器中的可探测辐射能量减小，从而信号电压也随之降低。对于 ULTRAMAT 23 单束产品，被测成分和测得电压之间的数学关系可以近似表示为以下指数公式：
U = U0 · e-kc
c 浓度
k 设备相关常量
U0零气基本信号（无被测成分的样气）
U 检测器信号
放射能量中的变化、采样室的污染、或是探测器元件的老化都会对 U0 产生相同的影响，结果如下所示：
U’ = U’0 · e-kc
除取决于密度 c 之外，随着 IR 源的老化，测量电压不断出现变化，或者是由于污染的持久性。
每个 AUTOCAL 都会根据当前有效的值跟踪总特性。还将以这种方式来补偿温度和压力波动。
如上所述，只要设备监视的 U 值仍处于一定的容许范围之内，就可以忽略测量中污染和衰变的影响。
两个或两个以上的 AUTOCAL 间的范围误差可在 ULTRAMAT 23 和一报警报文输出上单独进行组态。如果该值跌落到原始出厂设置 U0 值的 50 % 一下，仪器就会输出报警。大多数情况下，这是由于样本室被污染造成的。
校准
可将测量单元设置为每隔 1 到 24 小时使用环境空气或氮气自动校准零点。根据新确定的 U’o 和作为默认值存储的设备特定参数数学计算红外敏感元件的校准点。我们建议使用校准气体每年对校准点进行一次检查。（有关 TÜV 细信息，参见选择与订货数据下的“校准间隔(TÜV)”）。
如果安装有电化学传感器，建议使用空气进行自动校准。除了红外敏感元件的零点校准之外，还可以同时自动校准电化学氧气2传感器的校准点。单点校正后，氧2传感器的特性足够稳定。电化学传感器的零点只需要通过连接氮气每年检查一次。
校准
ULTRAMAT 23，紫外测量原理
该测量原理是使用双光束光度计来测量与具体分子相关的紫外辐射光谱带吸收。
光源是一种采用 AlGaN 或 InGaN 半导体的固态二极管 (LED) (1)。为了改进信号分析，光源以脉冲光源形式工作。
紫外辐射光线经过准直后先通过一个分光器 (3)，产生两个大小完全相同的光束（测量光束和参比光束）。测量光束通过样品室 (6)，样气流入该样品室，并根据被测组分的浓度而得到衰减。将根据朗伯-比尔定律，对这种衰减进行评估。
测量光线由位于样气从中流过的样品室下游的一个光二极管 (4) 进行记录（测量信号）。同样，参比光线由另一个光二极管进行记录（5，参比信号）。测量信号与参比信号的比值用来计算气体组分浓度。
该分光器还可以连接第二个光源 (2) 以测量另一种气体组分。通过这种方式，可以交替测量二氧化硫 (SO2) 和氮氧化物 (NO2) 的吸收，并通过传感器级电路将其转换为连续浓度值。通过适当选择 LED，可实现其它样气测量应用。
氧气传感器基于燃料电池原理来工作的。氧气在阴极和电解液的边界层发生转换。电子发射电流在铅阳极和阴极之间流动，并流经一个存在测量电压的电阻器。测得的电压与样气中的氧浓度成正比。
使用弱酸性的电解液，相比其它类型的传感器，对于交叉干扰不敏感，诸如 CO2，CO，H2 和 CH4等的影响。
注
氧气传感器可以用于大于 1% 和小于 1% 这两种氧气浓度。但是，在从高浓度到低浓度（小于 1%）的突然变化的情况下，该传感器将需要更长的运行时间，以获得一个恒定的测量值。特别是在测量点之间切换时，应考虑到该情况，并设置合适的冲洗次数。
ULTRAMAT 23，氧传感器的工作原理
硫化氢通过扩散阻挡层（气体隔膜）进入到传感器中，并在工作电极处氧化。在反电极上发生减少大气中氧气的形式的反应。可以将电子的作为与气体浓度成正比的电流在连接器针脚上传输。
校准
当连接有氮气或空气时，“自动校准”(AUTOCAL) 会自动重新校准零点。建议每月使用校准气检查校准点（45 至 50 vpm）。
必须每隔一小时执行一次自动校准（例如，使用环境空气）。在执行该操作时，必须确保环境空气按照 11°C 的露点饱和。
如果干燥的环境空气无法保证满足该条件，调整气体必须通过加湿器，然后通过一个冷却器（露点 11°C）。
如果载气含有如下成分，则绝对不能使用硫化氢传感器：
硫化氢传感器的工作原理2
与其它气体相比，氧具有极高的顺磁性。该属性用作测量方法的基础。
两个永久磁铁在测量单元中产生不均匀的磁场。如果氧分子流入到测量单元 (1) 中，它们将被吸入到磁场中。这将产生脱离磁场的两个反磁性空心球体 (2)。该旋转运动以光学的形式记录，并用作控制补偿流量的输入变量。这会通过金属丝环 (3) 产生与围绕两个空心球体的旋转运动相反的转矩。补偿电流与氧气的浓度成比例。
校准
在处理空气时使用自动校准功能对校准点进行校准（对应于使用电化学氧气传感器进行的校准）。为了遵守技术数据，在测量范围小于 5% 的情况下，必须每个星期使用氮气对顺磁测量单元的零点进行一次校准，在测量范围较大的情况下，必须每两个月使用氮气对顺磁测量单元的零点进行一次校准。
或者，也可以使用惰性气体（如氮气）进行自动校准。在测量范围的极限点在很大程度上保持稳定时，每年调整一次极限点就足够了。
顺磁性氧气电池的工作原理
交叉干扰，顺磁性氧气电池
|
伴生气体 |
公式 |
20 °C 时的偏差 |
50 °C 时的偏差 |
|---|---|---|---|
|
乙醛 |
C2H4O |
-0.31 |
-0.34 |
|
丙酮 |
C3H6O |
-0.63 |
-0.69 |
|
乙炔 |
C2H2 |
-0.26 |
-0.28 |
|
氨气 |
NH3 |
-0.17 |
-0.19 |
|
氩气 |
Ar |
-0.23 |
-0.25 |
|
苯 |
C6H6 |
-1.24 |
-1.34 |
|
溴 |
Br2 |
-1.78 |
-1.97 |
|
丁二烯 |
C4H6 |
-0.85 |
-0.93 |
|
正丁烷 |
C4H10 |
-1.1 |
-1.22 |
|
异丁烯 |
C4H8 |
-0.94 |
-1.06 |
|
|
Cl2 |
-0.83 |
-0.91 |
|
二乙炔 |
C4H2 |
-1.09 |
-1.2 |
|
一氧化二氮 |
N2O |
-0.2 |
-0.22 |
|
乙烷 |
C2H6 |
-0.43 |
-0.47 |
|
乙基苯测量 |
C8H10 |
-1.89 |
-2.08 |
|
乙烯 |
C2H4 |
-0.2 |
-0.22 |
|
乙二醇 |
C2H6O2 |
-0.78 |
-0.88 |
|
环氧乙烷 |
C2H4O |
-0.54 |
-0.6 |
|
呋喃 |
C4H4O |
-0.9 |
-0.99 |
|
氦 |
氦气 |
0.29 |
0.32 |
|
正己烷 |
C6H14 |
-1.78 |
-1.97 |
|
氯化氢，盐酸 |
HCl |
-0.31 |
-0.34 |
|
氟化氢， |
HF |
0.12 |
0.14 |
|
二氧化碳 |
CO2 |
-0.27 |
-0.29 |
|
一氧化碳 |
CO |
-0.06 |
-0.07 |
|
氪 |
Kr |
-0.49 |
-0.54 |
|
甲烷 |
CH4 |
-0.16 |
-0.17 |
|
甲醇 |
CH4O |
-0.27 |
-0.31 |
|
二氯甲烷 |
CH2Cl2 |
-1 |
-1.1 |
|
甲硅烷，硅烷 |
SiH4 |
-0.24 |
-0.27 |
|
氖 |
氖 |
0.16 |
0.17 |
|
正辛烷 |
C8H18 |
-2.45 |
-2.7 |
|
苯酚 |
C6H6O |
-1.4 |
-1.54 |
|
丙烷 |
C3H8 |
-0.77 |
-0.85 |
|
丙烯 |
C3H6 |
-0.57 |
-0.62 |
|
氯化丙烯 |
C3H7Cl |
-1.42 |
-1.44 |
|
氧化丙烯 |
C3H6O |
-0.9 |
-1 |
|
氧气 |
O2 |
100 |
100 |
|
二氧化硫 |
SO2 |
-0.18 |
-0.2 |
|
六氟化硫 |
SF6 |
-0.98 |
-1.05 |
|
硫化氢 |
H2S |
-0.41 |
-0.43 |
|
氮气 |
N2 |
0 |
0 |
|
二氧化氮 |
NO2 |
5 |
16 |
|
一氧化氮 |
- |
42.7 |
43 |
|
苯乙烯 |
C8H8 |
-1.63 |
-1.8 |
|
甲苯 |
C7H8 |
-1.57 |
-1.73 |
|
氯乙烯 |
C2H3Cl |
-0.68 |
-0.74 |
|
氟乙烯 |
C2H3F |
-0.49 |
-0.54 |
|
水（蒸汽） |
H2O |
-0.03 |
-0.03 |
|
氢气 |
H2 |
0.23 |
0.26 |
|
氢气 |
氙 |
-0.95 |
-1.02 |
交叉灵敏度（伴生气体的浓度为 100%）
