工控文章

一（yī）、引言

在工業排放監測、燃燒控製以（yǐ）及過程分析領域，氣體分析儀扮演著至關重要的角（jiǎo）色。ABB EL3020 是一款基於紅外光學（xué）原理的多組（zǔ）分分析儀，可用於連（lián）續監測 CO、CO₂、NO、SO₂ 等常見氣體濃度。然（rán）而，在長期運行中，用戶（hù）時常會遇到一些看似異常的（de）讀數，其中最典型的現象之一就是 CO 通道出現負數顯示。

這（zhè）種負值並（bìng）不（bú）意味著環境中（zhōng）真的存在“負（fù）濃度”的一氧化碳，而往往是由零點漂移、校準不當或硬（yìng）件老化等原因造成的。本文將係統地介紹 EL3020 的工作原理（lǐ）、導致負值的可能原因，以及 零點校準（Zero Calibration） 和 跨度校準（zhǔn）（Span Calibration） 的詳細操作步驟，幫助用（yòng）戶快速定位問題並恢複（fù）分析儀的準確（què）性。

二、ABB EL3020 的工作原理概述

2.1 紅外吸（xī）收原理

EL3020 的核心（xīn）原理是基於 非分散紅外（NDIR, Non-Dispersive Infrared）吸收（shōu）。不同氣體（tǐ）分子在（zài）紅外光譜（pǔ）中具有特（tè）定的吸收波長。

• 當紅外光通（tōng）過含 CO 的氣體樣品時，CO 分子會吸收對應波段的光能。

• 檢測器接收到的（de）光（guāng）強減弱，與氣體濃度成（chéng）比例關係。

• 儀器通過比對參考光（guāng）路與測量光路的信號差異，計算出氣體濃度。

2.2 零（líng）點與跨（kuà）度（dù）的定義

• 零點（Zero Point）：指在無目標（biāo）氣體時（僅零氣），儀器輸出應為 0 ppm。

• 跨度（Span）：指在已知濃度的標準氣體下，儀（yí）器輸（shū）出應與輸入一致。跨度校準的本質是修（xiū）正（zhèng）斜率因子，保證線性準（zhǔn）確性。

三、CO 顯示負數（shù）的常見原因

3.1 零點（diǎn）漂移

光學檢測器（qì）和放大電路隨著溫度、時間（jiān）和老化會產生基（jī）線漂（piāo）移。如（rú）果儀器未定（dìng）期進行零點校準，基線可能低（dī）於正常值，導致負讀數。

3.2 背（bèi）景氣（qì）體或幹擾

當進入分析儀的氣體幾乎不含 CO 時，如果零點設（shè）置偏高（gāo），就可能在換算過程中得出小於零的結果。此外，過量氧氣、水汽或（huò）其（qí）他背景氣體也可能對光學信號產生幹擾。

3.3 光學係統（tǒng）汙染或老化

灰（huī）塵、冷凝液或光源衰減，會改變檢測器接收到的紅外光強，使基線發生（shēng）偏移。

3.4 硬件與電路故障

模擬量采集板或 A/D 轉換部分出現（xiàn）偏（piān）置，也（yě）可能導（dǎo）致 CO 通（tōng）道異常顯示。此類問題通常需要專（zhuān）業維修。

四、零點校準（Zero Calibration）操作步驟

零點校準的目的，是消除基線漂移，將“零氣”情況下的輸出重新設定為 0 ppm。

4.1 準備工（gōng）作

1. 使用高純氮氣（99.999%）或符合要求的零空氣作為零氣。

2. 確認氣源純度，壓力（lì）調節至 2 bar 左右（yòu）。

3. 檢查采樣管路是否漏（lòu）氣、是否有冷凝水。

4. 開機並預熱（rè）至少 30 分鍾。

4.2 操作流程

1. 在（zài）麵板上（shàng）選（xuǎn）擇 OK → Menu → Calibration → Zero Calibration。

2. 選擇（zé）需要校準的通道，例如 CO。

3. 切換（huàn）采（cǎi）樣口至零氣，通氣 3–5 分鍾，等待（dài）讀數穩定。

4. 執行 Start Zero Calibration，儀器會將當前值設置為零點。

5. 完成後，保持零氣輸入，讀數應接近 0 ppm（允許 ±2 ppm 波動）。

4.3 校準結果判定

• 如果顯示 Zero OK，且數（shù）值穩定，說明零點校準成功（gōng）。

• 若仍顯示負數（shù），則需進一步檢查光學係統，或結合跨度校準一同調（diào）整。

五、跨度校準（Span Calibration）操作步驟

跨度校準的目（mù）的，是修正量程比例，確保測量（liàng）值與標（biāo）準氣體一致。

5.1 準備（bèi）工作

1. 使用認證的 CO 標準氣體，濃度選在量程的（de） 60–90%（如 100 ppm CO）。

2. 檢查（chá）氣瓶、調壓閥與管（guǎn）路，確認無泄（xiè）漏。

3. 在跨度校準前，建議先完成零點校準。

5.2 操作流程

1. 在麵板上選擇 OK → Menu → Calibration → Span Calibration。

2. 選擇通道（dào） CO。

3. 切換（huàn）采樣口至標準氣體，通（tōng）氣 5–10 分鍾，等（děng）待（dài）讀數穩定。

4. 輸入標準氣（qì）體濃度（如 100 ppm），並執行 Start Span Calibration。

5. 儀（yí）器會自動修正斜率因（yīn）子，並提示 Span OK。

5.3 校準結（jié）果判（pàn）定

• 如果儀器顯示值接近輸入值（偏差 ≤±2%），則跨度校準成功。

• 若（ruò）偏差過大，可能是光學係統衰減嚴重或硬件損壞，應聯係廠（chǎng）家維（wéi）修。

六、綜合維（wéi）護與故障處理建議

1. 定期校（xiào）準：建議每（měi）月做（zuò）一次零點校準，每（měi） 1–3 個月做一次跨度校準。

2. 保持清潔：定期檢查光學窗口與氣室，防止（zhǐ）灰塵、水（shuǐ）汽和（hé）腐蝕性（xìng）氣體進入。

3. 檢查管路：防止采樣係統漏氣或冷凝液進入分析儀。

4. 數據驗（yàn）證：用標準氣體（tǐ）定期比對，確保儀器長期運行的準確性（xìng）。

5. 硬件檢（jiǎn）查：若校準無（wú）效，需檢查光源、檢測器及模擬（nǐ）采集板，必要時更換。

七、案例分析：CO 負值的排查與恢複

某鋼鐵廠使用 EL3020 連續監（jiān）測煙氣排放，發現 CO 通道常顯示 -5 ppm。經過排查：

1. 首先使用零氣做 Zero Calibration，結果顯示 Zero OK，但 CO 仍顯示 -3 ppm。

2. 隨後使用 100 ppm CO 標準氣體做（zuò） Span Calibration，輸入 100 ppm，實際顯示 95 ppm。

3. 校準完成後，切回零氣（qì），顯示接近 0 ppm；切換標準氣體，顯示穩定在（zài） 100 ppm。
   最終確認問題源於 跨度因子偏移，經校準恢（huī）複正常。

八、結（jié）論

ABB EL3020 是一款性能可靠的紅外氣體分析儀，但（dàn）在長期運行中，零點漂移（yí）和跨度偏移在所難免。CO 通（tōng）道出現負值（zhí），往往是 零點校準不足或光學老化的信號。通過正確執行 零點校（xiào）準 和 跨度校（xiào）準（zhǔn），大多數問題都（dōu）能得到解決。對於無法通過校準消除的異常，則需要進一步檢查硬件並（bìng）聯係廠家維修。
通過（guò）定期維護與校準，用戶可以確保（bǎo） EL3020 長期穩定運行，為工業過程（chéng）和環保監測提供準（zhǔn）確可靠的數據支持。