Monitore In-situ LaserGas - Bernt GmbH

In-situ LaserGas-
Monitore
für Prozesse bis 1600 °C
Streckenüberwachung bis 300 m
für HF und NH 3 -Konzentrationen
Sender Empfänger
Spül- / Ausricht-
Flansch
max. 100 m
Prozessgas
Elektronikeinheit
220/110 V WS, 50/60 Hz
4-20 mA Druck- / Temperatureingang
4-20 mA Analogausgang
Relaisausgänge für
Warnung / Fehlermeldung
RS-232- (J1) Digitalausgang
Optionaler Glasfaserausgang
(ASCII-Format)
BERNT
MESSTECHNIK
NEU
HCI
13. und 17. BImSchV
und TA Luft
LaserGas-Monitore sind
erhältlich für folgende Gase:
• • HF Fluorwasserstoff
• • HCI Chlorwasserstoff
• • NH 33
Ammoniak
• • CO Kohlenmonoxid
• • OO 2
Sauerstoff
• • HH 2 O Wasserdampf
• • HH 2 S Schwefelwasserstoff
• CH 44
Methan
• • HCN Blausäure
• • CO 22
Kohlendioxid
• • CC 2 H 22
Acetylen
• • CC 2 H 44
Ethylen
• • CH 33 OH Methanol
• NO Stickstoffmonoxid
Streckenüberwachung für HF und
NH 33 sowie Staubmonitore für
Abgasleitungen (DM3) und
Streckenüberwachung (DM4) sind
ebenfalls erhältlich.

In-situ Gasmessung mit Laser
– hochgenau und zuverlässig
Die Regelung von Verbrennungsprozessen und die
Überwachung von Emissionen stellt hohe Anforderungen
an die Mess- und Analysentechnik. Für diesen
Anwendungsbereich bietet BERNT eine neue Generation
von LaserGas-Monitoren zur selektiven InSitu-
Gasmessung, die entscheidende Vorteile gegenüber
den bisher eingesetzten Technologien aufweist.
2. Signalableitung
6
4
2
0
-2
-4
Laser Gas Spektroskopie
bis 1600ºC
763.20 763.30 763.40
Wellenlänge [nm]
Einlinien-Spektroskopie
Die Geräte arbeiten nach dem Prinzip der Einlinien-
Spektroskopie: Ein temperaturgeregelter Diodenlaser
erzeugt einen Infrarotstrahl, der durch das Prozessgas
geleitet und von einer Empfängereinheit aufgenommen
wird.
Die Frequenz der Laserdiode wird bei der Installation des
Systems so justiert, dass sie der Absorptionslinie des zu
messenden Gases entspricht. Der Laser tastet diese
Absorptionslinie über einen bestimmten Wellenlängenbereich
ab; aus der Intensität des Laserstrahls an dem
Detektor kann die Elektronikeinheit sehr genau die
Konzentration des Messgases errechnen.
Was ist eine Laserdiode?
Die Bezeichnung Laser steht für “Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation”.
In-situ-Monitoring durch Lasertechnologie
Keine Querempfindlichkeiten
Große Betriebsdynamik:
● 0-5 bar
● bis 1600 °C
Einfache Installation
I

Installation und Justage
Sender Empfänger
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9 10
11
12
13
Die Zeichnung ist nicht maßstabgetreu.
Kompakte Installation
Die neue Generation der LaserGas-Monitore ist kompakt
und robust gebaut. Die Systeme bestehen aus:
● einem Sender mit Spülluftanschluß, Ausrichtmechanismus
und DN50-Flansch
● einem Empfänger mit Spülluftanschluß, Kalibriergasanschluß,
Ausrichtmechanismus und DN50-
Flansch
● einer Elektronikeinheit mit Konzentrations- und
Statusanzeige
Die Edelstahlflansche sind mit einem optischen Fenster
ausgestattet, das mit Hilfe eines Spülgases (trockene,
ölfreie Luft oder Stickstoff) kontinuierlich gespült wird,
um größere Ansammlungen von Staub zu verhindern.
Dadurch wird die erforderliche Wartung auf ein Minimum
reduziert: Nach den vorliegenden Erfahrungen sind viertel-
bis halbjährliche Sichtkontrollen ausreichend, zumal
das System alle kritischen Parameter selbst überwacht
und im Falle von Störungen eine Alarmmeldung ausgibt.
6 7
Elektronikeinheit
14
● Der Strahldurchmesser ist größer als 15 mm, und die
maximale Strahlungsintensität ist kleiner als
0.25 mW/cm 2.
● Selbst in einem Fehlerfall ist die maximale Strahlungsintensität
kleiner als 0.5 mW/cm 2.
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Die Hauptbestandteile
des
LaserGas-Monitors
1. Sender mit Elektronik
und Gehäuse
2. Befestigungs-/Überwurfmutter
3. Optisches Fenster
4. Adapterring
5. Ausrichtung und Spülung
(DN50-Flansch)
6. Spülgaseingang
7. Kalibriergaseingang
8. Empfänger mit Elektronik
und Gehäuse
9. Verbindungskabel
Sender – Elektronik
10. Verbindungskabel
Sender – Empfänger
11. Elektronikgehäuse mit
Befestigung
12. Schloss für Elektronikgehäuse
13. LCD-Anzeige
14. Kabelverschraubungen
BERNT
MESSTECHNIK
Anwender-Spezifikationen
● InSitu-Messung mit kurzen Ansprechzeiten
● verläßliche Prozessdaten bei hohen Temperaturen
und variablen Druckbedingungen
● niedrige Betriebskosten und einfache Wartung
● keine Querempfindlichkeiten zu anderen Gasen
● niedrige Messbereiche bei hoher Genauigkeit
Automatische Automatische Druck- Druck- und Temperaturkompensation
Temperaturkompensation
Druck
(fest oder 4-20 mA)
Temperatur
Temperatur
(fest oder 4-20 mA)

Messprinzip für Staubmonitor
Der DM3-Staubmonitor basiert auf der Transmission von
rotem Licht eines Diodenlasers auf zwei Detektoren, die
diametral gegenüber dem Sender positioniert sind.
Durch diese einzigartige Technologie und das optische
System ist der DM3-Staubmonitor nicht empfindlich
Diodenlaser
Laserstrahl
Optisches
Fenster
Ausrichtmechanismus
Spülgaseingang
Die Staubmessungen basieren auf Streulicht mit einer
Genauigkeit von 0.1 mg/m 3, jedoch wird das Streulichtsignal
bei ca. 200 mg/m 3 gesättigt. Staubmessungen
und -berechnungen basierend auf direkter Absorption
haben virtuell unbegrenzte dynamische Bereiche,
besitzen jedoch keine hohe Genauigkeit für niedrige
Staubkonzentrationen (unter 10 mg/m 3).
Der DM3-Staubmonitor kalkuliert Staubkonzentrationen
basierend auf beiden Methoden und bewertet die
Ergebnisse, um die beste der beiden Methoden zu
extrahieren. Diese Tatsache gewährleistet eine hohe
Funktionssicherheit gegenüber den üblichen Staubmonitoren
auf dem Markt im Hinblick auf:
● Meßbereichsdynamik: 1 - 10.000 mg/Nm 3
● Ansprechzeit: 0.05 Sekunden
● Auflösung: 0.1 mg/Nm 3
● Nullpunktabweichung kleiner als 1 mg/Nm 3
N for next pulse, P for previous pulse, x to exit. . .
Time
150.000
t=Os
X-axis: 0.500 seconds per division
y-axis: 15.000 mg/Nm3 dust per division
Peak dust concentration {mg/Nm3} : 115
Integrated dust pulse {mg/Nm3} : 41.71
logtime {Sec. after midnight} : 34034
DUST
{mg/Nm3}
gegen Störungen durch Staub auf den optischen
Fenstern. Dies ist ein allgemeines Problem bei herkömmlichen
optischen Messtechniken basierend auf der
Absorptionstechnologie. Der DM3-Staubmonitor gewährleistet
eine sichere Messung bei geringer Wartung
und Reinigung der optischen Fenster.
DN 50-Flansch (mittlerer Bereich)
DN 80-Flansch (langer Bereich)
Prozessgas
Detektor zur
Erfassung der
direkten Strahlung
Detektor zur
Erfassung des
Streulichtanteils
Die unten stehende Abbildung zeigt die Leistungsfähigkeit
des Systems bei einer Ansprechzeit von
0.05 Sekunden. Alle Informationen über Staubpulse von
gepulsten Gewebefiltern wie Kurvenverlauf, Spitzenwert
und Mittelwert sind erkennbar.
Installation
Der DM3-Staubmonitor ist durch seine kompakte
Bauweise leicht zu installieren.
Er besteht aus drei Basiseinheiten:
● einem Sender mit Spülluftanschluß, Ausrichtmechanismus
und DN50/DN80-Flansch
● einem Empfänger mit Spülluftanschluß, Ausrichtmechanismus
und DN50/DN80-Flansch
● einer Elektronikeinheit mit Anzeige
Der Sender und der Empfänger werden direkt auf DN50oder
DN80- (PN10/16-) Flansche montiert, die an dem
Abgaskanal oder -rohr angeschweißt sind. Für die
Inbetriebnahme wird ein handelsüblicher PC angeschlossen.
Die optischen Fenster, Edelstahlflansche und
Spülluftanschlüsse bilden die Schnittstelle zwischen dem
Prozessgas und dem DM3-Staubmonitor. Um
Ablagerungen von Staub oder anderen Partikeln auf den
optischen Fenstern zu verhindern, werden diese mit
trockener, ölfreier Druckluft oder einem Gebläse
gespült.
Wartung
Bedingt durch die robuste industrielle Ausführung und
Spülung mit Luft ist der DM3-Staubmonitor einfach zu
warten. Es befinden sich keine beweglichen Teile in dem
System und normale präventive Maßnahmen sind beschränkt
auf visuelle Inspektion und Reinigung der Fenster.
Erfahrungen zeigen, dass Wartungsintervalle deut-

lich 3 Monate überschreiten. Alle kritischen Parameter
jedoch werden kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet.
Selbstdiagnosemeldungen geben eine
Warnung, wenn eine Wartung außerhalb der empfohlenen
Wartungsintervalle erforderlich ist.
Kalibrierung
Der DM3-Staubmonitor sollte in situ kalibriert werden
gegenüber einer zuverlässigen extraktiven Methode (z.B.
isokinetisch). Diese Verfahrensweise ist notwendig, um
verschiedene Staubarten mit unterschiedlichen optischen
Eigenschaften zu erfassen. Die Kalibrierung wird
mit einem PC durchgeführt, der direkt an die Elektronikeinheit
angeschlossen ist. Das Kalibrierverfahren ist einfach,
und die Software gewährleistet alle notwendigen
Berechnungen.
Eingangs- und Ausgangssignale
Der DM3-Staubmonitor besitzt 3 Standardausgänge:
● Analogausgang 4-20 mA, 500 Ω max. isoliert
● Anzeige (LCD) auf der Elektronikeinheit, zur Anzeige
der Staubkonzentration, Transmission, Warn-
und Fehlermeldungen
● RS-232-Kabelverbindung an der Elektronikeinheit
● Optional: Glasfasersignal (asynchron ASCII-Format)
Der DM3-Staubmonitor besitzt 3 integrierte Alarmstufen:
Stufe 1: Relais für hohe Staubkonzentration
(Schwelle programmierbar)
Stufe 2: Relais für Warnung, wenn die Staubkonzentration
ungültig ist
Stufe 3: Relais für Fehlermeldung, wenn die Staubkonzentration
ungültig ist und eine Fehlermeldung
auf der LCD-Anzeige erscheint
(Analogausgangssignal = 2 mA)
Software
Der DM3-Staubmonitor bildet eine eigenständige Einheit
mit Sender, Empfänger und Elektronik. Nur während der
Installation, Wartung und Kalibrierung muß eine
Kommunikation zwischen Monitor und PC über die
RS-232-Schnittstelle erfolgen. Fernkommunikation mit
einem PC ist auch über ein Modem möglich. Die Software
des DM3-Monitors ist speziell dazu ausgelegt, um
Aufzeichnungen über die Betriebsparameter wie
Ausgangssignal, Gastemperatur und -druck, etc. zu
geben.
Außerdem ermöglicht die Software das Aufzeichnen und
die Darstellung der durchschnittlichen Staubkonzentration
und der Staubpulse.
Technische Daten des DM3-Staubmonitors
Spezifikation
Meßprinzip: Streulichtdetektion und direkte Lichtabsorption durch einen
Diodenlaser
Optische Pfadlänge: Mittlerer Bereich: 1.5 - 3 Meter
Langer Bereich: 3 - 6 Meter (je nach Montagestabilität auch länger)
Meßbereichsgrenze: 0.5 mg/Nm 3 , Auflösung 0.1 mg/Nm 3
Meßbereich: 0.5 - 25 mg/Nm 3 , wählbar bis 10.000 mg/Nm 3
Ansprechzeit: 2 Sekunden, Auflösung 0.05 Sekunden
Genauigkeit: +/- 0.5 mg/Nm 3 , or +/- 5% des Meßwertes, jeweils der höhere Wert
Nullpunktabweichung: < 0.5 mg/Nm 3 bei korrektem Abgleich zwischen den Wartungsintervallen;
automatische Nullpunktkorrektur
Mittelwertbildung
(Normaler Modus): 5 - 600 Sekunden, Fehler = 10 Sekunden
(Pulsmodus): Speicherung und Anzeige von Staubpulsen bis 20 Sekunden
Fenstertransmission: Maximal 40% Reduzierung der Fenstertransmission zulässig
Wartungsintervall: Empfehlung alle 3 Monate (keine Ersatzteile notwendig);
optional Fernkontrolle per Modem
Kalibrierung (in situ): Empfehlung einmal jährlich mit Referenzmethode
Betriebsbedingungen
Umgebungstemperatur: -20°C bis +55°C
Gastemperatur: kann 1000°C überschreiten
Gasdruck: 0.1 - 1.5 bar, optionale Fenster für bis zu 5 bar
Schutzklasse: Sender und Empfänger: IP65, optionale Anpassung an Ex-p-System
Elektronikeinheit: IP55
Speisespannung: 220/110 V WS, 50/60 Hz
Leistungsaufnahme: < 50 Watt
Eingangs-/Ausgangssignale
Analogeingang: optional 4 -20 mA Prozesstemperatur und -druck
Analogausgang: 4 - 20 mA Spannungsschleife, 500 Ω max. isoliert
Digitalausgang: RS-232 Format (J1) an NEO Service-/Aufzeichnungssoftware
optionale Glasfaseroptik (ASCII-Format) einschl. Pulsinformation
Relaisausgang: Relais für hohe Staubkonzentration (im
Gutzustand angezogen)
Relais für Warnung (im Gutzustand angezogen)
Relais für Fehlermeldung (im Gutzustand an-
Montage gezogen)
Standardmontage
(mittlerer Bereich): Flansch DN50/PN10
(langer Bereich): Flansch DN80/PN10
Ausrichttoleranzen: Flansche parallel innerhalb 1° diametral gegenüber
Spülung der Fenster: mit trockener und ölfreier Druckluft oder Gas, oder mit Gebläse

Technische Daten des LaserGas-Monitors
Spezifikation*
Komponente Auflösung Kleinster empfohlener
Meßbereich
O2 0,01% 0-1% (N2 -Spülung)
HCI 0,07 mg/m 3 0-7 mg/m3 HF 0,01 mg/m 3 0-1 mg/m3 NH3 0,10 mg/m 3 0-10 mg/m 3
CO 30,0 mg/m 3 0-3000 mg/m 3
CO2 0,6 mg/m 3 0-60 mg/m 3
H2O 0,03 mg/m 3 0-3 mg/m3 Die LaserGas-Monitore sind für mehrere andere Komponenten erhältlich, z.B. N 2 O, HBr, HI, OH, CH 3 I und verschiedene
Kohlenwasserstoffe. Alle LaserGas-Monitore können als Dual Path Version mit Spiegeloptik geliefert werden.
* Alle Angaben basieren auf einer optischen Pfadlänge von 1 Meter und Umgebungsbedingungen bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von
1 bar. Die Angaben können ohne Vorankündigung geändert werden und bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen abweichen.
BERNT
MESSTECHNIK
Optische Pfadlänge: Max. 6-10 Meter, je nach Montagestabilität
Ansprechzeit: < 2 Sekunden
Mittelwertbildung: durchschnittlich 2 Sekunden bis 24 Stunden
(exponentielles Abklingen)
Bereichsabweichung: < 4 % des Meßbereichs zwischen den Wartungsintervallen
Nullpunktdrift: vernachlässigbar
Wartungsintervall: Empfehlung einmal jährlich (keine Ersatzteile erforderlich)
optionale Fernkontrolle per Modem
Kalibrierung: In-situ mit Durchflußzelle, oder mit separater Küvette
Eingangs-/Ausgangs- Analogausgang: 4 - 20 mA Spannungsschleife, 500 Ω max. isoliert
Signale Digitalausgang: RS-232-Format (J1), optionale Fiberoptik (ASCII-Format)
Relaisausgang: Relais für hohe Gaskonzentrationen (im Gutzustand angezogen)
Relais für Warnung (im Gutzustand angezogen)
Relais für Fehlermeldung (im Gutzustand angezogen)
Analogeingang: Optional 4 - 20 mA Prozesstemperatur und -druck
Betriebs- Umgebungstemperatur: -20 °C bis +55 °C
bedingungen Schutzklasse: Sender und Empfänger: IP65, optionale Anpassung an
Ex-p-System
Elektronikeinheit: IP55, optional IP65
Speisespannung: 110/220 V WS, 50/60 Hz
Leistungsaufnahme: < 50 Watt
Montage Standardmontage: DN50/PN10 Flansch
Ausrichttoleranz: Flansche parallel innerhalb 1° diametral gegenüber
Spülung der Fenster: mit trockener und ölfreier Druckluft oder Gas, oder mit Gebläse
Abmessungen Sender: 450 x 150 x 150 (mm), 8 kg
und Gewicht Empfänger: 450 x 150 x 150 (mm), 8 kg
Elektronikeinheit: 300 x 400 x 200 (mm), 12 kg
Die LaserGas-Monitore werden ständig weiterentwickelt. Teilen Sie uns bitte mit, wenn Sie eine spezielle
Anwendung haben.
Komponente Auflösung Kleinster empfohlener
Meßbereich
H2S 3,0 mg/m 3 0-300 mg/m 3
HCN 0,2 mg/m 3 0-20 mg/m 3
NO 10 mg/m 3 0-1000 mg/m 3
CH4 0,2 mg/m 3 0-20 mg/m 3
C2H2 0,1 mg/m 3 0-10 mg/m 3
C2H4 1,0 mg/m 3 0-100 mg/m 3
CH3OH 0,1 % 0-10 %
40239 Düsseldorf
Grunerstraße 133
Telefon (02 11) 63 10 65
Telefax (02 11) 62 61 10
E-Mail: info@berntgmbh.de
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81247 München
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Telefax (0 89) 8110331