آنالایزر اکسیژن التراسونیک چگونه کار می کند؟

دستگاه آنالایزر گاز اولتراسونیک می تواند انواع مخلوط دو گازی را اندازه گیری کند. این دستگاه ها مواد مصرفی ندارند و ماندگاری بالایی دارند. به دلیل اینکه این آنالایزرها نیاز به وارم آپ (warm up) یا گرم کردن ندارند اندازه گیری با آنها  ساده بوده و می توان بلافاصله بعد از اتصال به منبع تغذیه فرایند اندازه گیری را انجام داد.

از آنالایزر گاز اولتراسونیک می توان برای اندازه گیری بسیاری از گازها استفاده کرد از جمله: گازهای کمیاب، گازهای محافظ، گازهای گلخانه ای مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، دی اکسید کربن، هلیم، آرگون، زنون، کریپتون، نئون، هگزافلوورید گوگرد، تترا فلوراید کربن، اکسید نیتروژن.

مشخصات

زمان وارم آپ یا گرم کردن	کمتر از ۱۰ ثانیه
دمای گاز ورودی	دمای محیط
فشار گاز ورودی	فشار محیط
دبی جریان	۰.۵ تا ۲۰ لیتر در دقیقه
زمان پاسخ	۹۰٪ پاسخ در کمتر از ۵ ثانیه
خطی بودن و تکرارپذیری	۱٪ در بیشتر رنج
اندازه شلنگ خروجی	قطر داخلی ۵ تا ۶.۵ میلیمتر
منبع تغذیه	۵ ولت مستقیم
مصرف انرژی	۰.۵ تا ۰.۸ وات
دمای کاری	۵ تا ۴۵ درجه سانتیگراد
وزن	حدود ۲۰۰ گرم
ابعاد خارجی	حدود ۲۰۰ در ۱۱۰ در ۵۰ میلیمتر
ظرفیت باتری	۲۰۰۰ میلی آمپر ساعت
مواد مصرفی	بدون مواد مصرفی
کالیبراسیون	بدون نیاز به کالیبراسیون
نگهداری	بدون نیاز به نگهداری
پروتکل دسترسی	وای فای

کارایی

ترکیب	بیشترین رنج قابل اندازه گیری	دقت اندازه گیری
H2/N2 ،He/N2 ،He/Air	۰ تا ۵۰٪	۰.۱٪
O2/N2	۰ تا ۱۰۰٪	۰.۴٪
Xe/Ar ،Kr/N2 ،CF4/N2	۰ تا ۱۰۰٪	۰.۰۵٪
Xe/N2 ،SF6/N2	۰ تا ۱۰۰٪	۰.۰۳٪

ابعاد

مبنای عملکرد

مبنای عملکرد این سنسور به این موضوع علم ترمودینامیک بازمی گردد که سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت صوت در گاز می باشند. در صورتی که سرعت موج التراسونیک در هوا اندازه گیری شود می توان درصد خلوص اکسیژن و سرعت جریان هوا را تخمین زد. مقایسه آنالایزر التراسونیک با آنالایزر شیمیایی پیشتر در این لینک ارائه شده است.

با اینکه سرعت صوت معمولا ۳۴۰ متر بر ثانیه عنوان می شود این سرعت مربوط به سرعت صوت در اتمسفر زمین می باشد که در شرایط ۲۱٪ اکسیژن، ۷۹ درصد نیتروژن و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد می باشد. چنانچه این شرایط تغییر کنند سرعت صوت نیز تغییر خواهد کرد. برای نمونه در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد سرعت صوت در محیط گازی با ۱۰۰٪ اکسیژن ۳۲۹ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ نیتروژن ۳۵۲ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ هیدروژن ۱۳۱۷ متر بر ثانیه می باشد.

در دستگاه آنالایزر اکسیژن دو سنسور فرستنده و گیرنده التراسونیک در درون محفظه اندازه گیری گاز قرار می گیرند تا زمان لازم برای طی مسافت بین دو سنسور را اندازه بگیرند. مدت زمان لازم برای طی فاصله ۱۰ سانتیمتری بین دو سنسور در هوای محیط حدود ۲۰ میکرو ثانیه است. اگر بتوان پردازنده ای یافت که بتواند فاصله زمانی ۰.۲ میکرو ثانیه را اندازه بگیرد می توان این فاصله زمانی را با ۱۰۰ واحد تقسیم بندی کرد و به این ترتیب می توان به رزولوشن ۱۰۰ واحد برای اندازه گیری و ۱٪ دقت دست یافت.

در مخلوط گازی نیتروژن و هیدروژن، صوت این فاصله را در زمان حدود ۲۰۸ میکرو ثانیه طی می کند و همان پردازنده قادر خواهد بود این بازه را با ۱۰۰۰ واحد زمانی اندازه بگیرد و دقت اندازه گیری ۰.۱٪ خواهد بود.

چنانچه فاصله بین سنسور ها از ۱۰ سانتیمتر به ۲۰ سانتیمتر افزایش یابند زمان لازم برای طی فاصله بین دو سنسور از ۲۰ میکرو ثانیه به ۴۰ میکروثانیه افزایش می یابد و همان پردازنده قادر به اندازه گیری با رزولوشن دو برابر قبل خواهد بود. واضح است که فاکتورهای مختلفی بر دقت اندازه گیری التراسونیک اثر دارند و این باعث می شود که امکانات مختلفی برای توسعه این تکنولوژی در آینده فراهم باشد.

نتیجه گیری

آنالایزرهای اکسیژن التراسونیک قادر به اندازه گیری  تمام مخلوط های دو گازی مثل هوا می باشند.

دقت اندازه گیری آنالایزرهای اکسیژن به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد. فاصله بین گیرنده و فرستنده التراسونیک، مخلوط گازهایی که اندازه گیری در آن انجام می شود، دقت اندازه گیری پردازنده ای که اندازه گیری را انجام می دهد از جمله این فاکتورها می باشند.

دستگاه آنالایزر اکسیژن با روش التراسونیک اندازه گیری پایداری را فراهم کرده و نیازی به کالیبراسیون ندارد لذا  این دستگاه ها عمر طولانی دارند.

آنالایزر التراسونیک بدون هزینه جانبی امکان اندازه گیری گازها را فراهم کرده و آلودگی محیطی ایجاد نمی کند.

آنالایزر التراسونیک قادر به اندازه گیری در مخلوطهای دو گازی مثل  اکسیژن (O2)، نیتروژن(N2)، هیدروژن(H2)، دی اکسید کربن(CO2)، هلیم(He)، آرگون(Ar)، زنون(Xe)، کریپتون(Kr)، نئون(Ne)، هگزافلوورید گوگرد(SF6)، تترا فلوراید کربن(CF4)، اکسید نیتروژن(N2O) می باشند.