Масс-спектральный газоанализатор МС-200

Внесён в Государственный реестр средств измерений РФ под № 52040-12

Масс-спектрометры предназначены для контроля технологических процессов и анализа промышленных выбросов в режиме реального времени в металлургии, газовой промышленности, нефтепереработке и нефтехимии, теплоэнергетике и анализе смесей органических веществ и т.д.

Масс-спектральный газоанализатор МС-200 применяется для создания стационарных газоаналитических комплексов и комплектуется системой отбора и подготовки газовых проб, конфигурация которой зависит от требований конкретной газовой задачи.

Газоаналитический комплекс обеспечивает:

• Непрерывный или дискретный контроль газовых проб
• Подвод газовой пробы в масс-анализатор и определение её объемного процентного состава или величин ионных токов
• Полную диагностику работы с отражением состояния комплекса на мнемосхеме и управляющем компьютере
• Передачу данных о составе газовой фазы в технологический отдел и в систему АСУ
• Создание архива данных.

Преимущества

• Определяются все компоненты газовой смеси в массовом диапазоне 1...500 а.е.м.
• Анализ газовых проб в режиме реального времени
• Время анализа по всем компонентам: за 0.1 с
• Возможен пробоотбор и пробоподготовка
• Настраиваемое программное обеспечение
• Полностью автоматизированная работа o вакуумной системы o калибровки и самодиагностики o записи и обработки данных
• Предусмотрен режим работы по сети (Ethernet, …)

Принцип действия

МС-200 относится к времяпролётным масс-спектрометрам типа масс-рефлектрон, принцип действия которых основан на разделении ионов по массам (м/е) в зависимости от времени их пролёта в бесполевом пространстве дрейфа.

Анализируемый газ через систему напуска, подается в камеру анализатора, в которой с помощью турбомолекулярного насоса создается высокий вакуум. В ионизационном промежутке источника ионов осуществляется ионизация молекул исследуемого газа и образование положительно заряженных ионов. Ионизация производится пучком электронов с энергией до 180 эВ, выходящим из электронной пушки. Под действием электрического поля, создаваемого импульсом 1800 В от генератора прямоугольных импульсов, происходит выталкивание ионов исследуемого газа в пространство дрейфа.

Источник ионов и детектор работают в импульсном синхронном режиме, осуществляя регистрацию ионов как в токовом так и в счётном (с накоплением ионов) режимах, что позволяет повысить отношение сигнал/шум, и динамический диапазон измерений.

Фокусировка ионных пакетов осуществляется при помощи электростатических полей отражателя ионов. Ионные пакеты преобразуются в импульсы электрического тока приемником ионов. В качестве приемника ионов используется шевронная сборка микроканальных пластин ВЭУ-7. Напряжения и токи, необходимые для работы масс-анализатора, формируют модуль оптики (МО) и модуль генератора (МГ), на которые подаются постоянные напряжения и токи от блока электроники.

Полученные с детектора электрические импульсы усиливаются усилителем-интегратором (УИ) и поступают на модуль обработки спектра (МОС), где происходит их преобразование в цифровую форму, накопление и первичная обработка. Дальнейшая обработка информации происходит в управляющем компьютере системы управления и отображения данных по заданной программе. Процентный состав анализируемого газа отображается на экране внешнего монитора и передается по сети Ethernet (опционально).

Основные характеристики масс-спектрометра

Определяемые компоненты

• отходящие конвертерные и доменные газы (водород, окислы углерода, азот, кислород, аргон, метан, диоксид серы)
• газообразные примеси кислорода дутья (аргон и азот),
• природный газ (метан, этан, н-бутан, изобутан, пентаны, гексаны, азот, кислород, диоксид углерода).

Вывод информации

Информация о газовом анализе выдается на внешний монитор в цифровом и графическом виде. Существует режим панорамного просмотра спектра.

Управление прибором

Осуществляется встроенным компьютером. Система регистрации позволяет использовать компьютер как полноценный персональный, а программное обеспечение, написанное с использованием пакета LABWIN-IX (данный пакет, разработанный компанией Analog Devise, позволяет генерировать текст программы на языке С++; в нем заложена большая библиотека модулей интерфейсов для большого списка приборов), позволяет пользователю, не обладающему знанием языка C++, вносить программные изменения в соответствии с изменяющимися требованиями к алгоритму управляющей программы.

Технические характеристики

МС-200 работает в автоматическом режиме под управлением встроенного или внешнего компьютера в зависимости от исполнения.

Отображение информации (площадей регистрируемых ионных пиков или процентного состава определяемых компонентов) на экране монитора происходит в режиме реального времени в графическом и табличном виде. Осуществляется протоколирование данных и создание архива результатов анализа.

Система регистрации позволяет использовать компьютер как полноценный персональный, а программное обеспечение, написанное с использованием пакета LABWIN-IX (данный пакет, разработанный компанией Analog Devise, позволяет генерировать текст программы на языке С++; в нем заложена широкая библиотека модулей интерфейсов для большого списка приборов), позволяет пользователю, не обладающему знанием языка C++, вносить программные изменения в соответствии с изменяющимися требованиями к алгоритму управляющей программы.

Окно рабочей программы масс-спектрального газоанализатора МС-200. Панорамный обзор спектра.

Приведённое на рисунке окно Scope позволяет интерпретировать входной сигнал в режиме осциллографа, выделять с помощью маркеров участки спектра и анализировать до 16 интегральных значений (величин ионного тока) выделенных участков спектра.

Окно рабочей программы. Графический режим.

Окно Graf позволяет выводить информацию о процентном составе анализируемой газовой смеси в виде графиков с учётом или без учёта фона.

Оператор может редактировать параметры и настройки прибора, не прерывая при этом работы основной программы. Программный пакет обеспечивает как автономную работу масс-спектрометра с отображением результатов анализа на мониторе, подключённом к встроенному компьютеру, так и связь с внешними локальными сетями (Ethernet и др). Математическое обеспечение позволяет производить последующую обработку данных газового анализа.

Калибровочная матрица.

Калибровка масс-спектрометра производится при подаче на вход эталонных газовых смесей с определенным, точно известным составом. Состав калибровочных смесей определяется исходя из конкретной задачи, на которую должен быть настроен прибор.

Калибровочная матрица газового анализа для контроля технологических процессов состоит из относительных коэффициентов чувствительности масс-спектрометра к исследуемым газам (диагональные элементы) и коэффициентов, учитывающих их взаимное влияние (недиагональные элементы). Элементы выше диагонали — это коэффициенты вкладов от осколков тяжелых компонентов в легкие, элементы ниже диагонали — это учёт радиотехнических искажений и вкладов от легких компонентов в тяжелые (процесс окисления).