CALIBRADOR DINAMICO

MARCA: API

MODELO: 700

Para asegurar la precisión de un analizador, es necesario calibrarlo periódicamente con un gas estandar. El Modelo 700 está diseñado para generar gases estandar de forma

automática. En esta presentación veremos como se logra esto.

PRINCIPIO DE OPERACION

• Alimentación de Cilindros con Gas Estándar.• Genera gases (O3, NO2) de calibración diluidos.• Diluye Gases @ Rata de Mezcla Precisa ⇒

Controlador de Flujo de Masa (10 ó 20 SLPM).• CPU calcula Qgas y Qaire.

Cf = Concentración Final del Gas diluidoCi = Concentración de Gas FuenteGASflow = Flujo del Gas FuenteAIRflow = Flujo del Aire de Dilución

flowflow

flowif AIRGAS

GASxCC

+=

PRINCIPIO DE OPERACION

• Generación Interna O3

• Opción Generador de O3 ⇒ 2 modos de control: Lampara Constante y Detector de Referencia

• Opción Fotómetro ⇒ modo de control de Banco Óptico

• Generación Interna de NO2 por Gas PhaseTritation.

NO + O3 ⇒ NO2 + O2 (U.S. E.P.A)

ESPECIFICACIONES TECNICAS

Sistema de DiluciónPrecisión Medición de FlujoRepetitibilidad Control Flujo

Linealidad Medición FlujoRango Flujo Aire Dilución

Rango Flujo Gases Cilindro

Rata de Dilución (típica)Requerimiento Aire Zero

Puertos Entrada Gases CALPuertos Entrada Aire Zero Tiempo

Respuesta

± 1% F.S.± 0.2% F.S± 0.5% F.S.0 to 10 SLPM0 to 20 SLPM (opcional)0 to 100 cc/min0 to 50 cc/min (opcional)0 to 200 cc/min (opcional)50:1 a 2000:110 SLPM @ 30 PSIG20 SLPM @ 30 PSIG (opcional)4160 Sec. (98%)

ESPECIFICACIONES TECNICAS

Módulo Generador de O3Salida MAX:Salida MIN:

Tiempo de respuesta:Especificaciones Generales

Presión de Entrada:Rango Temperatura:

Humedad:Peso:

Dimensiones HxWxD:Condiciones Ambientales:

Máxima Altitud de Operación:Suministro:

6 ppm LPM100 ppb LPM180 Sec. (98%)

20 - 30 PSIG 5 – 40°C0 - 95% HR no condensante60 lbs7” x17” x24” (18cm x 43cm x 61cm)Categoría de Instalación (Categoría Sobrevoltaje) II. Grado de Polución 210,000 ft115V 60Hz, 220V 50Hz, 240V 50Hz, 250 Watts230v 50Hz, 2.5A; CE MARK

PANEL FRONTAL

• Power Switch

• 3 status LED’s

• Teclado, 8 pushbuttons

• Display 2 Líneas, 40caracteres

• 3 Campos: MODO, MENU Y MENSAJE

PANEL POSTERIOR• Suministro de Energía• Ventilador• Salida de Gas Estandar• Venteo• Entrada de Diluyente• Entrada de Cilindros

(1,2,3 y 4)• Salidas de Estado• Entradas de Control• Salidas de Control• Salidas de Estado

Auxiliares (DB-50)• Registro de Datos• RS-232 (DB-9)

SISTEMA NEUMATICO• Suministro de Gases de

Calibración• Suministro de Aire Zero• Sensores de Presión

para Gases y Aire Zero• Controladores de Flujo

Másico para Gases y Aire Zero

• Regulador Presión O2 y Generador O3

• Horno de Permeación (Opcional)

• Camaras de Mezclado• Fotómetro• Salidas Cal y Vent

VISTA SUPERIOR INTERNA

1. Cámara de Mezclado2. Generador de Ozono3. Regulador4. Fotómetro5. Manifold de Válvulas6. Tarjeta 2: Sensores de

Presión7. Horno de Permeación8. Tarjeta 1: Sensores de

Presión y Flujo9. Fuente para Lámpara

UV

CONVENCION

Flujo Aire Zero

Flujo Gas Calibración

Flujo Gas de Salida

Flujo Gas Ozone

Flujo Gas Permeación

No Flujo de Gas

En esta presentación se seguiran los siguientes códigos de colores:

Válvula Abierta

Válvula Cerrada

Para medir la precisión de un Analizador, se prueba con una concentración conocida de un gas patrón (arriba eje azul) y se observa la salida del analizador (arriba eje rojo). Probando con varios puntos ( typicamente seis) nosotros podemos también observar si el analizador es lineal. Efectuando una regresión lineal a los puntos de prueba (arriba puntos verdes) debería resultar una ecuación de la forma “y=mx+b”, doonde “m” es la pendiente (ganancia) del analizador y “b” es la desviación del cero (offset).

Salida Analizador

Concentración Gas Calibración

y = mx +b

Una manera de calibrar un analizador es tomar una botella con gas patrón de una concentración conocida y simplemente acoplarla al analizador para ver la lectura que arroja y luego hacer los ajustes necesarios para corregir la lectura. (En este caso se ventea el exceso del gas, a fin de no presurizar el analizador que está bajo prueba).

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

Desafortunadamente éste no es normalmente un buen método, debido a que los bajos niveles de concentración requeridos para efectuar un test de linealidad en analizadores para medio ambiente (inclusive para ajustar el span) hacen muy difícil lograrlo. También, ya que los gases de calibración son costosos, uno desearía utilizar tan poco gas de calibración como sea posible.

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

Para ahorrar gas de calibración, se introduce el concepto de dilución. Tomamos un bajo flujo de gas patrón y lo diluimos con Aire Zero que no es costoso. Ahora podemos utilizar una pequeña cantidad de gas de Calibración de alta concentración, y por medio de dos válvulas, podemos ajustar los flujos tanto del gas patrón, como del aire zero, para crear una concentración arbitraria of gas de bajo nivel, apropiado para nuestra rutina de calibración.

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

AIRE ZERO

Podemos ahorrar mas dinero con este sistema, si utilizamos un Sistema de Generación de Aire Zero Modelo 701 para generar Aire Zero en el momento en que se requiera, en vez de comprar una botella de Aire Zero.

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

SISTEMA DE AIRE ZERO

MODELO 701

Este método, sin embargo; todavía deja mucho que desear. Si necesitaramos probar variospuntos de calibración, nos veríamos forzados a repetir los cálculos de las ratas de dilución para cada punto, medir los flujos y setear las válvulas. El potencial de error humano es grande.

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

SISTEMA DE AIRE ZERO

MODELO 701

El Modelo 700 esencialmente remueve este error potencial reemplazando las válvulas, calculando los flujos correctos y ajustandolos. El usuario simplemente establece cual es la concentración deseada y el Modelo 700 hace el resto. Pero, como lo hace? Veamos una rutina típica de calibración….

CALIBRADOR MODELO 700

VENTEO

ANALIZADOR

GAS DE

CALIBRACION

SISTEMA DE AIRE ZERO

MODELO 701

Primero queremos ajustar el zero del analizador. Conectamos una fuente de aire zero, tal como el modelo 701 en el punto “A”. Luego le decimos al Modelo 700 que genere 1 litro por minuto (por ejemplo) de aire zero. El Modelo 700 automáticamente abre una válvula (V) y ajusta el controlador de flujo másico (MFC) para permitir que 1 litro de aire zero pase a través del puerto de salida (SALIDA).

SALIDA

A

MFC

V

Acoplando una botella con gas de calibración a un segundo puerto de entrada (CAL IN) y un Controlador de Flujo Másico (MFC), podemos llevar a cabo una dilución. Primero le decimos al Modelo 700 cual es la concentración del gas de calibración no diluido de la botella. Luego le decimos al Modelo 700 cual es la concentración y el fuljo de salida deseados. El Model 700 entonces ajusta los dos Controladores de Flujo Másico para dar la salida correcta de concentración y flujo de manera automática. Una Válvula (V) sea adiciona a la línea de aire zero a fin de dirigir el aire zero a cualquier punto corriente arriba o corriente abajo de la cámara GPT (se verá posteriormente).

CAL IN

MFC

SALIDA

V

MFC

A

De hecho el Modelo 700 tiene cuatro (4) puertos de entrada separados para gas de calibración. El Modelo 700 almacena en memoria la concentración y mezcal de gases acoplada a cada puerto. Transductores de Presión (P) monitorean la presión de entrada del gas de calibración y del diluyente a fin de dar alarmas por sobre o baja presión.

P

P

PUERTO #1

AIRE ZERO

La adición de una válvula de purga (V) permite que aire zero limpio fluya a través del manifold de entrada y de la cámara de mezcaldo antes de iniciar o después de finaizada una calibración.

PURGA

VENTEO

V

OK. Pongamos este sistema en práctica: Digamos que deseamos entregar una concentración de span de 400 ppb of NO, @ 1 LPM a nuestro Analizador NOx Modelo200A. Acoplamos una botella con 5 ppm (5000 ppb) de gas de calibración NO en el puerto de entrada #1 y un Generador de Aire Zero Modelo 701 en el puerto de entrada del diluyente. Las válvulas cerradas se muestran en negro y las abiertas en verde.

PUERTO #1

AIRE ZERO

EL Modelo 700 automáticamente abre las válvulas correctas y ajusta los controladores de flujo de masa a fin de producir la concentración y el flujo correctos. En esta ilustración, el gas de calibración no diluido se muestra en rojo, el aire zero en azul y el gas de salida en amarillo.

80 cc/min

920 cc/min1000 cc/min

Luego ponemos el Modelo 700 en el modo “standby” (todas las válvulas cerradas) a esperar por el próximo comando

Recordemos que nuestro Modelo 200A tiene canal tanto para NO, como canal para NO2. Entonces también necesitamos producir algo de Gas de Calibración NO2 para así calibrar el segundo canal. Desafortunadamente, el Gas de Calibración de NO2 es notoriamente inestable en una botella. Por lo tanto, necesitamos utilizar de alguna manera nuestra botella de 5 ppm de NO existente y producir NO2 ...

Una manera para producir NO2 es mezclar NO con una cantidad precisa de Ozono (O3). La reacción es NO+ O3→→ NO2+ O2. Así que si mezclamos 1 ppb de Ozono con 2 ppb de NO obtendremos 1 ppb de NO2 y 1 ppb de NO. Le llamamos a los NO-mas-NO2 “NOx”. Este método de crear NO2 a partir de NO y Ozono es denominado Titulación en Fase Gaseosa o simplemente GPT.

Para hacer una GPT dentro del Modelo 700, primero necesitamos instalar un Generador de Ozono que pueda producir una cantidad precisa de Ozono. Este a su vez, esta compuesto del generador mismo (GEN), un orificio crítico (CF) para regular el flujo a 100 cc/min, y una válvula para dirigir la salida del generrador, bien sea a la cámara GPT (GPT), o a un venteo (V) cuando no esté en uso. La concentración de Ozono producido se varía incrementando o disminuyendo la intensidad de una lampara de luz UV dentro del Generador. Esta intensidad es monitoreada por un detector óptico y un control and feedback dentro de la CPU del Modelo 700, a fin de producir una salida estable.

V

GEN

CF

GPT

Debido a que la salida del Generador es función de la presión a la entrada, ésta se regula con un regulador de presión (REG) y se monitorea con un transductor de presión (P).Cuando el generador está en modo stand-by, la cantidad mínima de Ozono que se produce (color rosado) es venteada.

GEN

CF

GPT

V

REG

P

Ahora estamos listos para hacer un punto de GPT. Seleccionamos las concentraciones finales de NO and NO2 y la rata de flujo y el Modelo 700 hace el resto. Como ejemplo escojamos una concentracion de 400 ppb NO y una concentracion de 200 ppb de NO2. El Generador entonces genera una concentración de Ozono de 200 ppb. Cuando se mezcla con 600 ppb de NO, el creará la cantidad deseada de NO2.

GPT

200 ppb

OZONO

50 ppm NO

200 ppb NO2

mas

400 ppb NO

Algunos gases de calibración (NO2, SO2 y H2S) están disponibles en tubos de permeación. Los tubos de permeación son cilindros de acero inoxidable, llenos con material de calibración en fase líquida. Los cilindro están cerrados con membranas permeables que algo del material de calibración en fase gaseosa permee a través de la membrana, proveyendo una fuente estable de gas de calibración.

La rata de permeación a través de la membrana es una función fuerte de la temperatura. Por lo tanto el tubo de permeación es mantenido en un horno a una temperatura controladade manera muy precisa. Un flujo estable de aire zero a través del horno (125 cc/minaprox.) asegura que no halla acumulaciómn de gas de calibración adentro. Este flujo es regulado por medio de un orificio crítico (CF) y luego es venteado cuando el tubo de permeación no está en uso.

HORNO

CF

VENTEO

Ahora, calibremos utilizando el equipo de permeación: Primero le decimos al Modelo 700 la rata de permeación listada the permeation del tubo de permeación que estamos utilizando. Luego le decimos al Modelo 700 que genere, por ejemplo, 400 ppb de SO2. La válvula (V) se abre y permite que el gas de calibración fluya a la salida donde es diluido con aire zero a la concentración apropiada.

V

Ahora adicionamos un fotómetro al Modelo 700. Esta opción es muy util y está compuesta de un fotómetro (instrumento de absorciómn óptica que mide concentraciones de Ozono con alta precisión), un trans ductor de presión (P), un transductor de flujo (F), un orificio crítico (CF) para regular el flujo y una pequeña bomba. Una válvula (V) intercala (siguiente diapositiva) entre aire zero y la muestra a medir. Trabajando junto con la CPU del Modelo 700, la opción de fotómetro medira el contenido de Ozono de cualquier gas que fluya a través suyo. (Mas información en la presentación del Modelo400A).

FOTOMETRO

PF

BOMBA

CF

V

Otra utilidad de la opción de fotómetro es medir la salida del Generador de Ozono. Encendamos el Generador de Ozono como si fueramos a hacer una GPT y veamos lo que pasa: Como puede ver, el fotómetro muestrea la salida del Generador. Podemos utilizar el análisis resultante de Ozono para controlar con alta precisión la salida del Generador, a esto se le llama modo de control por retroalimentación del fotómetro, y es mucho mas preciso que el modo de control por retroalimentación del detector óptico (sin opción fotómetro).

PF

BOMBA

CF

V

FOTOMETRO

Otra utilidad es preajustar el punto GPT. Esto nos permite realizar una medida previa de la concentración del Ozono antes de hacer un punto de calibración GPT. Los dos controladores de flujo másico se enganchan para que la cantidad precisa de flujo de dilución esté presente cuando estemos midiendo la concentración del Ozono. A diferencia de una dilución normal, el controlador de flujo de masa de calibración (CMFC) utiliza aire zero en lugar de gas de calibración NO. Por lo que ninguna reacción entre el NO y el Ozono interferira con la medición del Ozono. El flujo de aire zero a través del orificio crítico (CF), asegura que el fotómetro solo “vea” gas de referencia libre de Ozono.

BOMBACF

CMFC

Cuando, después de unos pocos segundos, la concentración del Ozono se estabiliza, cambiamos al punto real de GPT que vamos a utilizar. Ahora el gas de calibración NO fluye a través del CMFC, el fotómetro se apaga y ahora un Ozono ultra preciso fluye a través de la cámara GPT, asegurando el mejor punto posible de GPT.

NO

Otra utilidad que provee el fotómetro es la habilidad de calibrar un Analizador de Ozono, tal como el Modelo 400A. El Modelo 700 con un fotómetro se puede configurar como un estandar de transferencia ó un estándar primario .

Como estandar primario, el Generador de Ozono es operado en el modo de control por retroalimentación del detector óptico. El Generador de Ozono entrega una concentración precisa de Ozono a la salida y el fotómetro muestrea una porción de ésta salida. El Analizador que se encuentra bajo prueba puede entonces ser comparado con el fotómetrointerno del Modelo 700, verificando así la calibración del analizador bajo prueba.

Como estandar de transferencia, el fotómetro es utilizado para controlar el Generador de Ozono. El flujo es identico a la configuración como estandar primario.

El Modelo 700 tiene una opción que es muy útil para la persona que lleva a cabo las calibraciones… El Modelo 700 puede ser equipado con una opción para chequeo de fugas. Esta opción proporciona un método simple y rápido para chequear la integridad neumática del calibrador.

Durante la rutina de chequeo automática, las válvulas necesarias se abren para permitir que el sistema completo se presurice con aire zero. Si un fotómetro está instalado, la bomba del fotómetro es aislada del resto del sistema.

Después de un (1) minuto, el Modelo 700 automáticamente cierra la válvula de entrada y espera durante un período de cuatro (4) minutos, mientras vigila la presión interna del calibrador utilizando un transductor de presión. Si la caida de presión excede cierta rata, el. Modelo 700 indica una condición de fuga.

Felicitaciones! Ahora usted está familiarizado con los principios básicos de operación del Calibrador de Flujo Másico Modelo 700.

Model 700