Teledyne 3000TA-XL Instruction Manual [de]

O2 Spurenanalysator

Modell 3000TA-XL

Bedienungsanleitung

Teledyne Analytical Instruments

A division of Teledyne Electronic Technologies

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Copyright-Hinweis:

Dieses Handbuch ist urheberrechtlich geschützt. Jegliche
Vervielfältigung in Form von Kopien, Nachdruck, Scannen
(digitalisieren), Abschriften oder sonstigen phototechnischen
Maßnahmen, ist nicht gestattet.

Eine Weitergabe, Verleih, Ver m i etung an Dritte, nicht autorisierte
Personen, ist in jeder Form str eng untersagt.

Wir bemühen uns ständig, unsere Dokumentationen auf den neuesten,
technischen Stand zu bringen, jedoch erhebt dieses Handbuch keinen
Anspruch auf Vollständigkeit, Fehlerfreiheit oder Repräsentation des
neuesten Entwicklungsstands.

Bedenken Sie stets, dass die Erstellung eines sol chen Handbuches
sehr viel Geld kostet und mit sehr viel Arbeit verbunden ist.
Sollten Sie Fragen haben oder weitere Exemplare benötigen, wenden
Sie sich bitte an die Bernt GmbH, Düsseldorf.

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Modell 3000TA-XL

Sauerstoffanalysator für den PPM/PPB-Bereich

CE-Version

WARNUNG

IN DIESEM GERÄT KÖNNEN SICH HOCHGIFTIGE UND/ODER BRENNBARE
FLÜSSIGKEITEN ODER GASE BEFINDEN.

PERSÖNLICHE SCHUTZAUSRÜSTUNG KANN BEI WARTUNG UND
REPARATUR DIESES SYSTEMS ERFORDERLICH SEIN.

AN EINIGEN KOMPONENTEN IM GERÄTEINNERN LIEGEN GEFÄHRLICHE
ELEKTRISCHE SPANNUNGEN AN, DIE AUCH EINIGE ZEIT NACH
ABSCHALTEN DES GERÄTS UND ENTFERNEN DER ZULEITUNG BESTEHEN
BLEIBEN.

REPARATUR- UND WARTUNGSARBEITEN DÜRFEN NUR VON GESCHULTEM
FACHPERSONAL DURCHGEFÜHRT WERDEN.

VOR DURCHFÜHRUNG VON WARTUNGS- UND REPARATUR-

ARBEITEN IST EINE AUTORISIERTE AUFSICHTSPERSON HINZUZUZIEHEN.

WIRD DAS GERÄT NICHT GEMÄSS DEN BESTIMMUNGEN DIESES
HANDBUCHS, EINSCHLIESSLICH SEINER ERGÄNZUNGEN UND NACHTRÄGE
, EINGESETZT, SO IST ES MÖGLICH, DASS DAS GERÄT SEINE
SCHUTZFUNK-TION NICHT ODER NICHT ORDNUNGSGEMÄSS ERFÜLLT.

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Copyright © 2000 Bernt GmbH, Grunerstr. 133, 40239 Düsseldorf

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Handbuchs darf o hne vorherige schriftliche Zustimmung der Bernt GmbH,
Düsseldorf, weder als Ganzes noch teilweise, in irgendeiner Form oder durch irgendwelche Mittel, gleich ob auf
elektronischem, mechanischem, magnetischem, optischem, manuellem oder anderem Wege, reproduziert, gesendet,
kopiert, in einer Datenbank gespeichert oder in irgendeine Fremdsprache oder Computersprache übersetzt werden.

Garantie

Dieses Gerät wird vereinbar ungsgemäß durch uns frei von Material- und Verarbeitungsfehlern geliefert . Unsere Haftung
beschränkt sich auf kostenlose - ausgenommen Transportkosten - Ersatz- oder Reparaturleist ung in unserem Werk oder
nach unserer Wa hl im Werk des Kunden, für Fehler in Material oder Verarbeitung, di e innerhalb eines Jahres ab
Versanddatum geltend gemacht werden, soweit nicht per Bekanntgabe oder Üb ereinkunft eine kürzere Garantiefrist gilt.

Teile, die von Dritten hergestellt wurden, unterliegen der Garantie ihres Herstellers.

Ausgeschlossen von die s er Garantie sind Schäden, die durch Verschleiß, Unfall, mißbrä uchliche Benutzung,
Fahrlässigkeit od er Reparaturen, die nicht von T eledyne oder dur ch von Teledyne autorisiertes Servic epersonal
durchgeführt wurden, sowie die Meßzel len. Für die Meßzellen gelten gesonderte Gara nt iebedingungen (siehe Abschn.

5.2.5)

Die Bernt GmbH übernimmt keine Haftung für di rekte oder indirekte Schäden gleich welcher Art. M it Abnahme des
Geräts über ni mmt der Käufer die gesa mte Haftung für Schäden, die durch Gebrauch oder Mißbrauch des Ge räts
entstehen.

Wir behalte n uns das Recht vor, j egliches geeignetes Material zur Fert i gung unserer Geräte zu verwenden sowie
Abmessungen, Form oder Ge wicht beliebiger Teile des Geräts zu ändern, soweit solche Änderungen nicht unsere
Garantie berühren.

Wichtiger Hinweis

Dieses Instrument stellt dem Benutzer Meßwerte zur Verfügung und dient als Werkzeug z um Sammeln wertvoller
Daten. Die I nformationen, die das Gerät liefert, können de m Benutzer helfen, mögliche Gefahren, d ie durch seinen
Prozeß entstehen, zu beseitigen. In jedem Fall ist es wichtig, daß alle Personen, die mit dem Meßgerät oder dessen
Schnittstelle zum Prozeß, der überwacht werden soll, umgehen, gründlich auf den Prozeß und die damit verbundene
Instrumentierung geschult si nd.

Die Sicherheit des Personals liegt letztendlich in der Verantwortlichkeit dessen, der die Prozeßbedingungen festlegt.
Obgleich dieses Instrument in der Lage ist, vor drohenden Gefahren frühzeitig zu warnen, besitzt es keine Kontrolle
über die Prozeßbed i ngungen, und es kann mißbräuc hlich benutzt werden. Insbesondere müssen Systeme zur
Alarmierung oder Prozeßsteue rung getestet und in ihre r Funktion verstande n werden, sowohl in ihrer Arbeitsweise, als
auch wie sie umgangen werden können. Jegliche Sicherunge n wie Sc hl össer, Verriegelungen, Beschrift ungen oder
Redundanzen müssen vom Benut zer selbst vorge s ehen oder zum Zeitpunkt der Bestellung bei der Bernt GmbH
gesondert angefragt werden.

Diesbezüglich muß sich der Käufer selbst der Gefahren seines Prozesses bewußt sein. Der Käufer ist verantwortlich für
die Schulung des Personals und da s Errichten von Warneinrichtungen und Verwendung einer Instrumenti erung gemäß
den geltenden Richtlinien. Darüber hinaus hat er sicherzuste llen, daß Meß- und W arneinrichtungen ordnungsgemäß
gewartet und betrieben werden.

Teledyne Analytical Instruments, der Hersteller dieses Instruments, kann keinerlei Verantwortung für Sachverhalte
übernehmen, die sich unserem Wissen und unsere r Zuständigkeit entziehen.

Keine Aussage diese s Dokuments oder irgendeiner Information, die vom Hers teller oder seinen Vertretungen
herausgegeben wurde, weder ausdrücklich noch sinngemäß, ist als Ga rantie dafür auszul egen, daß das Gerät eine
angemessene Sicherheitseinrichtung unter den Prozeßbedingungen des Anwenders darstellt.

ii  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Modellspezifische I nfor m ati onen

Das Instrument, mit dem dieses Handbuch ausgeliefert wird, kann eine oder mehrere Optionen
enthalten, die nicht zum Standardumfang des Geräts gehören.
Die allgemein verfügbaren Optionen sind im folgenden aufgelistet; Optionen, die in dem Gerät, zu
dem dieses Handbuch gehört, eingebaut sind, sind angekreuzt.

Gerät / Seriennummer _______________

enthält folgende Optionen:

!

! 3000 TA-C: Zusätzlich zur Standardausstattung verfügt dieses Gerät über

!!

separate Anschlüsse für Null- und Bereichsgas sowie eingebaute
Steuerventile. Die eingebauten Ventile werden komplett von der
Elektronik des 3000TA-XL gesteuert, um die Gase entsprechend
der Funktion des Analysators automatisch umzuschalten.

!

! 3000TA-XL-V: Der Gasfluß durch den Zellenblock erfolgt bei diesem Modell

!!

durch Ansaugung hinter dem Zellenblock (Meßgasausgang)
anstatt durch Überdruck vor dem Zellenblock (Meßgaseingang).
In Anpassung an diese Konfiguration sitzt die interne
Flußbegrenzung hier hinter dem Zellenblock. Im übrigen sind
alle Standardeigenschaften verfügbar.

!

! 19” Rack Mont.: Die 19” Rack-Einbaurahmen sind wahlweise mit einem oder

!!

zwei Ausschnitten für die 3000-Serie, montagefertig für
Standard-Racks, erhältlich.

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen iii

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Konformitätserklärung

Das Modell Teledyne 3000TA-XL entspricht allen Anforderungen der EMV-Richtlinie der
Europäischen Union. (siehe beigeheftetes Zertifikat am Anfang des Handbuches)

iv  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Allgemeines.............................................................................1-1

1.2 Typische Anwendungen.........................................................1-1

1.3 Haupteigenschaften des Analysators...................................1-1

1.4 Geräteausführungen ..............................................................1-2

1.5 Frontplatte (Bedienelemente)................................................1-3

1.6 Rückwand (Anschlußelemente).............................................1-4

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Einleitung ................................................................................2-1

2.2 Die “Micro-Fuel” - Zelle..........................................................2-1

2.2.1 Funktionsprinzip.............................................................2-1

2.2.2 Aufbau einer “Micro-Fuel”-Zelle .....................................2-1

2.2.3 Elektrochemische Reaktionen........................................2-2

2.2.4 Einfluß von Druckänderungen........................................2-3

2.2.5 Charakteristik der Kalibrierung.......................................2-3

2.3 Das Probennahmesystem......................................................2-4

2.4 Elektronik und Signalverarbeitung .......................................2-5

3 Installation

3.1 Auspacken des Analysators..................................................3-1

3.2 Montage des Analysators ......................................................3-1

3.3 Anschlüsse auf der Rückseite...............................................3-2

3.3.1 Gasanschlüsse ..............................................................3-3

3.3.2 Elektrische Anschlüsse..................................................3-4

3.3.2.1 Stromversorgung ..............................................3-4

3.3.2.2 50-poliger Geräteanschluß ...............................3-4

3.3.2.3 RS 232-Schnittstelle .........................................3-9

3.4 Einsetzen der "Micro-Fuel" - Meßzelle..................................3-10

3.5 Test des Systems...................................................................3-10

4 Betrieb

4.1 Einleitung ...............................................................................4-1

4.2 Dateneingabe- und Funktionstasten....................................4-2

4.3 Die System - Funktion...........................................................4-3

4.3.1 Einfrieren der Analogausgänge & Alarmverzögerung...4-4

4.3.2 Automatische Kalibrierung (Auto-Cal) einstellen...........4-5

4.3.3 Passwortschutz.............................................................4-5

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen v

Modell 3000TA-XL Bedienungsanleitung

4.3.3.1 Passwort eingeben ...........................................4-6

4.3.3.2 Einrichten und Ändern des Passwortes............4-7

4.3.4 Abmelden - Logout.........................................................4-8

4.3.5 Automatische Systemdiagnose......................................4-8

4.3.6 Versionsanzeige.............................................................4-9

4.4 Die Nullpunkt (Zero) - und Bereichs (Span)- Funktionen....4-9

4.4.1 Nullpunkt (Zero) - Abgleich ............................................4-9

4.4.1.1 Automatischer Nullpunktabgleich......................4-10

4.4.1.2 Manueller Nullpunktabgleich.............................4-10

4.4.1.3 Zellenausfall......................................................4-11

4.4.2 Bereichs (Span) - Abgleich ............................................4-12

4.4.2.1 Automatischer Bereichsabgleich.......................4-12

4.4.2.2 Manueller Bereichsabgleich..............................4-13

4.5 Umschalten auf verschiedene Trägergase...........................4-13

4.6 Alarmeinstellungen ................................................................4-14

4.7 Meßbereiche............................................................................4-15

4.7.1 Einstellung der Meßbereiche .........................................4-16

4.7.2 Betrieb mit festem Meßbereich......................................4-16

4.8 Der Analysemodus.................................................................4-17

4.9 Ausgangssignale....................................................................4-17

5 Wartung

5.1 Regelmäßige Wartung............................................................5-1

5.2 Zellenwechsel .........................................................................5-1

5.2.1 Lagerung und Handhabung der Reservezellen..............5-1

5.2.2 Wann ist ein Zellenwechsel nötig?.................................5-2

5.2.3 Entnehmen der “Micro-Fuel”-Zelle.................................5-2

5.2.4 Einsetzen einer neuen “Micro-Fuel”-Zelle......................5-3

5.2.5 Zellen-Garantie..............................................................5-4

5.3 Sicherungswechsel................................................................5-4

5.4 System-Selbstdiagnose.........................................................5-5

5.5 Interne Gerätekomponenten..................................................5-6

5.6 Reinigung................................................................................5-7

5.7 Problembehebung..................................................................5-7

Anhang

A-1 Technische Daten.................................................................... A-1

A-2 Empfohlene Ersatzteilliste für 2 Jahre..................................... A-2

A-3 Zeichnungsliste........................................................................ A-3

A-4 19” - Rack - Montagerahmen................................................... A-3

A-5 Applikationshinweise zu Druck und Durchfluß......................... A-4

A-6 Sicherheitsdatenblätter............................................................ A-5

vi  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Allgemeines

Die analytischen Geräte von Teledyne revolutionieren die Welt der Sauerstoff-Meßzellen

• kürzeste Wartezeit

• kein Umleiter-Produkt

• kein Umschalt-Wechsel-Analysegerät

• keine flüssige Rücksteuerung

INSTA TRACE

TM

, die von Teledyne patentierte Innovation, eliminiert die größte Unannehmlichkeit, die

bei der Messung mit elektochemischen Sauerstoffzellen in Verbindung gebracht wird - die Wartezeit.

Wenn eine typische elektrochemische Sauerstoffmeßzelle aus ihrer luftdichten Verpackung genommen wird,
um einen defekten Sensor zu ersetzen, so kommt diese mit der Außenluft in Verbindung (209.000ppm O
Während dieses Wechsels aus einer sauerstofffreien Umgebung in einen Raum mit normaler
Sauerstoffzufuhr wird der Sensor von auflösendem Sauerstoff durchdrungen. Je länger sie dieser Situation
ausgesetzt sind, desto länger dauert deren Regenerierungszeit.
Die typische Regenerierungszeit eines Sensors, der dieser Situation ausgesetzt wird, beträgt zwischen 6 und
24 Stunden.

Die INSTA TRACE Micro-Fuel Sauerstoffmeßzelle ist in der Lage, Werte von unter 1ppm Sauerstoffgehalt
innerhalb von 15 Minuten nach der Installation zu messen.
Indem die Regenerierungszeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten herabgesetzt wird, müssen die
Benutzer nicht mehr länger auf nicht-analytische Produkte zurückgreifen, zu flüssigen Sicherheitsverfahren
wechseln (wie im Falle der Luftzerlegungsindustrie) oder die Analysegeräte austauschen.
Der eigentliche Wert dieser Innovation hat somit eine sehr große Bedeutung für die Industrie.

Mit dem Teledyne INSTA TRACE beträgt die Wartezeit für Werte unterhalb von 1 ppm nur ca.15 Minuten.

).

2

Ohne INSTA TRACE kann die Wartezeit mehr als 6 Stunden betragen.

Wie es gemacht wird:

Die Lösung, die Teledyne entwickelt hat um diesen Rückstellprozeß zu vollziehen, ist sehr einfach und
dennoch effektiv.

Durch den Schutz des Sensors mittels einer Membran, wird die Zelle vor der Außenluft geschützt.

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen vii

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

Die Einführung der neu gestalteten Zellhalterung schützt den INSTA TRACE Senor vor der Kontaktstelle.
Da der Zellkern geschlossen ist, berührt die Kontaktstelle die Membran und ermöglicht somit den Ausfluß
von Gas zu einer Kathode und damit den Beginn des kontrollierten Ablaufs.
Diese neue Zellfassung ist entwickelt worden, um zu gewährleisten, daß die Kontakte nicht mit der
reaktiven Sensoroberfläche in Berührung kommen.

6 Anwendungsmöglichkeiten für INSTA TRACE

Alle in Betrieb befindlichen Micro-Fuel Sauerstoffanalysatoren können mit diesen Sensoren nachrüstet
werden.
Die Nachrüstung umfaßt den Sensorhalter sowie den INSTA TRACE Sensor.
Indem Sie das entsprechende Nachrüstpaket bestellen, profitieren Sie bereits von dieser Neuerung.

Teledyne ist der einzige Sauerstoffanalysegeräte Hersteller, der in der Lage ist, diese Arbeitsleistung in
einem verfügbaren/disposable elektrochemischen Sauerstoffsensor anzubieten.

6.1 Die Vorteile der Micro Fuel Zelle

Die elektrochemischen Micro-Fuel Zellen von Teledyne werden schon seit langem als Industriestandard bei
der akuraten ppm-Messung von Sauerstoff in Betracht gezogen.
Unsere Sauerstoffsensoren haben diesen Standard aufgrund der zahlreichen Merkmale und Vorzüge, die sie
dem Endverbraucher bieten, erreicht.

• keine Wartungsvoraussetzungen

• einfache Handhabung und einfacher Austausch

• für den Gebrauch mit einer Vielzahl von Gasen geeignet

• lineares Ansprechverhalten während der ganzen Analyse

• vibrations- und schock-resistent

• geringe Erneuerungskosten

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen viii

Modell 3000TA-XL Allgemeines

1 Einleitung

1.1 Allgemeines

Der TAI 3000TA-XL Sauerstoffspuren-Analysator ist ein vielseitiges Instrument auf Mikroprozes­sorbasis zur Detektion des Sauerstoffanteils im ppm-Bereich in einer Reihe von Trägergasen. Dieses
Handbuch beschreibt nur die 3000TA-XL-Geräte in der Standardversion und in der 19”-Rack­Version. Diese Einheiten sind für den Gebrauch innerhalb geschlossener Gebäude und außerhalb
von Gefahrzonen konzipiert.

1.2 Typische Anwendungen

Einige typische Anwendungen des Teledyne 3000TA-XL sind:

• Überwachung von Reinstgasversorgungen

• Luftzerlegung und -verflüssigung

• Überwachung chemischer Reaktionen

• Halbleiterproduktion

• Steuerung petrochemischer Prozesse

• Qualitätssicherung

• Zertifizierung in der Gasanalyse

1.3 Haupteigenschaften des Analysators

Der 3000TA-XL - Sauerstoffspuren-Analysator ist trotz seiner ausgereiften Funktionen ein einfach
zu bedienendes Gerät.
Er zeichnet sich durch folgende Ausstattungsmerkmale aus:

• Zweizeiliger alphanumerischer Anzeigebildschirm, mikroprozessorgesteuert

• Hohe Auflösung, genaue Messung des Sauerstoffgehalts von wenigen ppm bis zu

25%. Große, helle Meßwertanzeige.

• Meßgassystem und Zellenblock aus Edelstahl

• “Micro-Fuel”- Meßzelle,Typ B2C-XL ausgelegt für den 0 – 1 ppm-Bereich.

• Vielseitige Meß- und Überwachungsmöglichkeiten in einem breiten

Anwendungsspektrum.

• Mikroprozessorbasierte Elektronik. 8-Bit CMOS Mikroprozessor mit 32KB RAM

und 128KB ROM.

• Drei anwendereinstellbare Meßbereiche ( von 0 - 1 ppm bis 0 - 10.000 ppm )

ermöglichen optimale Anpassung an den Prozeß.

• Kalibrationsmöglichkeit mit Umgebungsluft auf 20,9% O

.

2

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen vii

Modell 3000TA-XL Allgemeines

• Durch automatische Bereichswahl stellt sich der Analysator bestmöglich auf eine

gegebene Meßaufgabe ein. Der Analysator kann aber auch manuell auf einen
gewünschten Meßbereich fixiert werden.

• Zwei einstellbare Alarmschwellen und eine Systemfehlermeldung.

• Umfassende Selbstdiagnose beim Einschalten und auf Anforderung mit

kontinuierlicher Spannungsüberwachung.

• EMV-Schutz, CE-Zertifizierung

• Serielle RS-232-Schnittstelle zum Anschluß an Computer oder andere digitale

Kommunikationsgeräte.

• Analogausgänge zur Ausgabe des Meßwertes und des aktuellen Meßbereichs

• Handliches und vielseitiges Stahlgehäuse für Schrankeinbau oder Rackmontage

mit ausziehbarem Elektronikeinschub.

1.4 Geräteausführungen

3000 TA-XL : Standardmodell.

3000 TA-XL-C: Zusätzlich zur Standardausstattung verfügt dieses Gerät über

separate Anschlüsse für Null- und Bereichsgas sowie eingebaute
Steuerventile. Die eingebauten Ventile werden komplett von der
Elektronik des 3000TA-XL angesteuert, um die Gase entsprechend
der Funktion des Analysators automatisch umzuschalten.

3000TA-XL-V: Der Gasfluß durch den Zellenblock erfolgt bei diesem Modell

durch Ansaugung hinter dem Zellenblock (Meßgasausgang) anstatt
durch Überdruck vor dem Zellenblock (Meßgaseingang). In
Anpassung an diese Konfiguration sitzt die interne
Flußbegrenzung hier hinter dem Zellenblock. Im übrigen sind alle
Standardeigenschaften verfügbar.

Die oben genannten Optionen sind miteinander kombinierbar. Die -C und die -V
Optionen können als Modell 3000TA-XL-C-V miteinander kombiniert werden.

1-2  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Allgemeines

1.5 Frontplatte (Bedienelemente)

Die Standardausführung des 3000TA-XL ist in einem robusten Metallgehäuse untergebracht. Alle Bedien­und Anzeigeelemente befinden sich auf der Vorderseite des Geräts (siehe Bild 1-1). Die Frontplatte enthält
13 Bedientasten, eine Digitalanzeige für den Meßwert, eine alphanumerische Anzeige und ein Fenster zur
Beobachtung der Durchflußanzeige.

Bild 1-1: Frontplatte des 3000TA-XL

Funktionstasten: Sechs Folientasten dienen zur Änderung der aktuellen Gerätefunktion:

• ANALYZE : Messung des Sauerstoffgehalts im Meßgas (Analyseprinzip)

• SYSTEM: Systembezogene Aufgaben durchführen (Detaillierte Beschreibung in Kapitel 4, Betrieb)

• SPAN : Bereichs-Kalibrierung durchführen

• ZERO: Nullpunktabgleich durchführen

• ALARMS : Einstellung der Alarmpunkte und der Alarmeigenschaften

• RANGE : Einstellung der drei benutzerdefinierbaren Meßbereiche

Dateneingabetasten: Sechs Folientasten dienen zur Dateneingabe über das alphanumerische LCD-Display:

• Links- / Rechts- Pfeiltasten: Wechseln zwischen den momentan angezeigten Funktionen

• Auf- / Ab- Pfeiltasten: Wert der aktuell angezeigten Funktion erhöhen oder vermindern

• ENTER (Eingabe) : Übernimmt die eingestellten Werte und schaltet jeweils weiter zum nächsten

Bildschirm. Nach dem letzten Bildschirm schaltet ENTER zurück in den Analysemodus.

• ESCAPE (Abbruch) : Verwirft die letzten Änderungen und geht jeweils zurück zum vorherigen

Bildschirm. Beim ersten Schirm schaltet ESCAPE zurück in den Analysemodus.

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen 1-3

Modell 3000TA-XL Allgemeines

Digitale Meßwertanzeige: Die Digitalanzeige ist bei jeder Beleuchtung ablesbar und besteht

aus 7-Segment-Anzeigen mit großen hellen Leuchtdioden. Der
Anzeigebereich beträgt 0 - 10000ppm und schaltet bei
Überschreitung auf eine Anzeige von 1-25% um. Die Anzeige ist
über alle Meßbereiche gleichermaßen genau, anders als bei einer
analogen Meßbereichsumschaltung.

Alphanumerische Datenanzeige: Die hintergrundbeleuchtete LCD-Anzeige ist gut lesbar und sorgt

für eine einfache Bedienung des Analysators. Auf ihr werden
Parameterwerte, Optionen und Meldungen dargestellt.

Durchflußanzeige: Ermöglicht die Überwachung des Gasflusses am Sensor. Der

Ablesebereich beträgt 0,2 bis 2,4 l/min (Standardliter/Min.=
SLPM).

Nadelventil Ermöglicht die Justierung des Durchflusses (nominal 1,5 l/min)

Standby-Taste: Die Standby-Taste schaltet das Gerät auf Standby-Betrieb. Dabei

ACHTUNG: Um das Gerät spannungslos zu machen, muß das Gerät vollständig vom Netz

Gerätetür: Um an die “Micro-Fuel”- Meßzelle und die Elektronik der Frontplatte zu gelangen,

An die andere Platine gelangt man durch Lösen der Schrauben auf der

1.6 Rückwand (Anschlußelemente)

getrennt werden. Bei geöffnetem Gehäuse und angeschlossener Zuleitung ist
höchste Vorsicht vor dem Berühren spannungführender Teile geboten!

läßt sich die Frontplatte öffnen, indem die Lasche in der rechten oberen Ecke der
Frontplatte mit einem schmalen Werkzeug vollständig hineingedrückt und wieder
losgelassen wird (Kugelschreiberprinzip).

Gehäuserückwand und Herausziehen des Elektronikeinschubs.

ist die interne Elektronik weiterhin aktiv, die Anzeigen und
Ausgangssignale sind jedoch abgeschaltet.

Die Rückwand, in Bild 1-2 dargestellt, enthält die elektrischen Anschlüsse für die externen Ein- und
Ausgänge und die Stromversorgung sowie die Gasanschlüsse.
Die Null- (ZERO-) und Bereichs- (SPAN-) Gasanschlüsse sind optional und sind möglicherweise in Ihrem
Gerät nicht vorhanden. Die Anschlüsse werden im folgenden Abschnitt in Kürze und detailliert im Kapitel
Installation dieses Handbuchs beschrieben.

1-4  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Allgemeines

Bild 1-2: Modell 3000TA-XL: Rückwand

• Netzanschluß: Stromversorgung des Geräts

• Gasein- und -ausgang: Ein Eingang und ein Ausgang bei der Standardversion.

Drei Eingänge bei der Option “-C”.

• RS-232 Schnittstelle: Serieller, digitaler Ausgang für den Meßwert und Steuerungsein-
gang.

• 50-poliger Geräteanschluß:

− Analogausgänge: 0-1V Meßwertausgang und 0-1V Meßbereichsidentifikation,

sowie galv. getr. 4-20mA Meßwertausgang und 4-20mA Meßbe-
reichsidentifikation.

− Alarmausgänge: Zwei Konzentrations-Alarme und eine Systemfehlermeldung

− Null- / Bereichs-Steuerung: Digitaleingänge ermöglichen externe Steuerung der Kalibration

(siehe Bemerkung unten).

− Kalibrier-Kontakt: Zur Signalisierung des Kalibriermodus an externe Einheiten.

− Kontakte zur Vier separate Relaiskontakte zur Signalisierung des

Meßbereichsidentifikation: Bereichs: Niedrig, Mittel, Hoch, Kalibrieren

− Netzwerkanschluß: Serielle digitale Schnittstelle für lokale Datennetze. Für zukünftige
Erweiterungen. Derzeit noch nicht implementiert.

Optional:

− Anschlüsse f. Kalibriergas: Separate Eingänge für Null-, Bereichs- und Meßgas, mit internen
Ventilen zur Umschaltung des Gasweges.

Bemerkung:

Falls Sie eine zeitlich hochgenaue, aut omat i sche Kalibrierung

benötigen, sollten Sie nach Mögli chkei t eine externe Steuerung der
Auto-Kalibrierung verwenden. Die eingebaute Zeitbasis ist auf ca. 2- 3%
genau. Entsprechend kann die Abweichung bei interner automatischer
Kalibrierung 2-3% pro Tag betragen.

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen 1-5

Modell 3000TA-XL Allgemeines

(Raum für Notizen)

1-6  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Einleitung

Der Analysator besteht aus drei Einzelsystemen:

1. “Micro-Fuel”-Meßzelle

2. Probennahmesystem

3. Elektronische Signalverarbeitung, Anzeige und Steuerung

Das Probennahmesystem hat die Aufgabe, das Meßgas aufzunehmen und durch den Analysator zu
leiten, ohne daß die Probe vor dem Erreichen der Meßzelle kontaminiert oder verändert wird. Die
“Micro-Fuel”-Meßzelle ist ein elektrochemisches, galvanisches Element, das den Sauerstoffanteil im
Meßgas in eine elektrische Stromstärke umsetzt. Die elektronische Signalverarbeitung, Anzeige und
Systemkontrolle vereinfacht die Bedienung des Analysators und verarbeitet die gesammelten Daten
mit höchster Genauigkeit. Ein Mikroprozessor steuert die gesamte Signalverarbeitung, die Ein­/Ausgabefunktionen und die Anzeige des Analysators.

2.2 Die “Micro-Fuel”-Meßzelle

2.2.1 Funktionsprinzip

Der im Modell 3000TA-XL verwendete Sauerstoffsensor ist eine “Micro-Fuel”-Meßzelle, die von
Teledyne Analytical Instruments entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um einen versiegelten
elektrochemischen Sensor im Kunststoff-Einweggehäuse.

Die aktiven Bestandteile der "Micro-Fuel" - Meßzelle sind eine Kathode, eine Anode und eine
wäßrige 15%-ige KOH-Lösung als Elektrolyt, in die beide Elektroden eintauchen. Die Zelle wandelt
die Energie einer chemischen Reaktion um in einen elektrischen Strom. Sie verhält sich also ähnlich
wie eine Batterie.

Es besteht allerdings ein entscheidender Unterschied zwischen einer Batterie und dieser
elektrochemischen Meßzelle: In einer Batterie sind alle an der Reaktion beteiligten Stoffe enthalten;
in der elektrochemischen Meßzelle hingegen kommt ein Reagent - der Sauerstoff - als ein
Bestandteil des Probengases von außerhalb der Zelle hinzu. Auf diese Weise ist die "Micro-Fuel" ­Meßzelle ein Mittelding aus einer Batterie und einer reinen Brennstoffzelle. Bei einer reinen
Brennstoffzelle sind alle Reagenten extern gelagert.

2.2.2 Aufbau einer "Micro-Fuel" - Meßzelle

Die "Micro-Fuel" - Meßzelle ist ein Zylinder von nur 3,1 cm (1 ¼”) Durchmesser und 3,1cm (1¼”)
Höhe. Sie besteht aus einem höchst inerten Kunststoff, der ohne Schwierigkeiten in nahezu jeder
Umgebung und in jeder Art von Probengasstrom eingesetzt werden kann. Sie ist sehr gut versiegelt,
wobei eine Seite für den Sauerstoff des Probengases durchlässig ist. Auf der anderen Seite der Zelle
befindet sich eine Kontaktplatte mit zwei konzentrischen Kontaktringen. Die Ringe erhalten über
federnde Kontakte im Sensorblock des Analysators elektrischen Anschluß zu der Geräteelektronik.

Bild 2-1: “Micro-Fuel”-Meßzelle

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen 2-1

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

Bild 2-2 zeigt einen Querschnitt durch die "Micro-Fuel" - Meßzelle. Im folgenden Abschnitt werden
die inneren Bestandteile näher beschrieben.

Bild 2-2: Querschnitt durch eine "Micro-Fuel" - Meßzelle

Am oberen Ende der Zelle befindet sich eine Diffusionsmembran aus Teflon mit präziser,
gleichmäßiger Dicke. Unter der Diffusionsmembran liegt das sauerstoffempfindliche Element - die
Kathode- mit einer Oberfläche von fast 4 cm
beschichtet und vielfach perforiert, um eine hinreichende Benetzung der Membranoberseite mit
Elektrolyt sicherzustellen.

Die Anode befindet sich unterhalb der Kathode und besteht aus Blei. Durch die besondere
konstruktive Auslegung der Anode steht ein Maximum an Metall für die chemische Reaktion zur
Verfügung.

Am hinteren Ende der Zelle, direkt unter der Anodenstruktur, befindet sich eine flexible Membran
zum Ausgleich der inneren Volumenschwankungen während der Lebensdauer der Zelle. Diese
Flexibilität stellt sicher, daß die Sensormembran in der richtigen Position - und damit das elektrische
Ausgangssignal konstant bleibt.

Der komplette Raum zwischen der Diffusionsmembran über der Kathode und der rückwärtigen
flexiblen Membran unter der Anode ist mit Elektrolyt gefüllt. Kathode und Anode tauchen in diesen
gemeinsamen Behälter ein. Sie sind über eine Leitung mit je einem der externen Kontaktringe auf
der Kontaktplatte am Boden der Zelle verbunden.

2.2.3 Elektrochemische Reaktionen

2

. Die Kathode ist mit einem chemisch inaktiven Metall

Das Meßgas diffundiert durch die Teflonmembran. Jeglicher Sauerstoff im Meßgas wird an der
Kathodenoberfläche nach folgender HALBREAKTION reduziert:

O

+ 2H2O + 4e- " 4OH-

2

(Vier Elektronen, zusammen mit einem Sauerstoffmolekül, produzieren mit H2O aus dem Elektrolyt vier Hydroxyl-Ionen)

Wenn der Sauerstoff an der Kathode reduziert wird, wird gleichzeitig das Blei an der Anode durch
folgende HALBREAKTION oxidiert:

2Pb + 4OH

(Zwei Elektronen werden pro oxydiertem Bleiatom verschoben. Daher werden zwei derartige Reaktionen benötigt, um das
Gleichgewicht herzustellen und vier Elektronen zu verschieben)

-

" 2PbO + 2H2O + 4e-

2-2  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

Die an der Anode freigesetzten Elektronen fließen zur Kathode, wenn ein externer Strompfad
vorhanden ist. Der dabei fließende Strom ist proportional zur Menge des Sauerstoffs, der die
Kathode erreicht. Er dient als Maß zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im
Probengasgemisch.

Die Gesamtreaktion für die Brennstoffzelle ist die SUMME der beiden Halbreaktionen von oben,
oder:

2Pb + O

(Diese Reaktionen gelten, solange keine gasförmigen Komponenten wie Jod, Brom, Chlor oder
Fluor im Probengas enthalten sind, die in der Lage sind, Blei zu oxidieren).

Der Ausgangsstrom der Zelle ist zum einen begrenzt durch die aktuelle Gesamtmenge des
Sauerstoffs in der Zelle, zum anderen durch die Menge des vorrätigen Anodenmaterials.

In Abwesenheit von Sauerstoff wird kein Strom erzeugt.

2.2.4 Einfluß von Druckänderungen

Um den Sauerstoffgehalt in der Gasprobe als Prozentsatz des Gasgemisches feststellen zu können,
ist es notwendig, daß das Probengas unter konstantem

Wenn der Gesamtdruck ansteigt, steigt die Rate des Sauerstoffs, der durch die Diffusionsmembran
an die Kathode gelangt, ebenfalls an. Der Elektronenaustausch - und damit der externe Strom - wird
somit in gleichem Maße ansteigen, obwohl sich der prozentuale Sauerstoffgehalt des Probengases
nicht geändert hat. Daher ist es wichtig, daß der Druck des Probengases an der Brennstoffzelle
(üblicherweise atmosphärischer Druck) zwischen zwei Kalibrierungen konstant bleibt.

2.2.5 Charakteristik der Kalibrierung

" 2PbO

2

Druck in die Zelle diffundiert.

Konstanten Druck des Probengases an der Oberfläche der "Micro-Fuel" - Meßzelle vorausgesetzt,
besitzt die Zelle die angenehme Eigenschaft, daß der Strom im externen Stromkreis direkt
proportional zu der Rate ist, mit der Sauerstoffmoleküle die Kathode erreichen, und diese Rate ist
direkt proportional zur Sauerstoffkonzentration im Probengasgemisch. Mit anderen Worten, die
Zelle besitzt eine lineare Ausgangskurve, wie in Bild 2-3 gezeigt. Ein Ausgleich von
Nichtlinearitäten durch die Meßelektronik ist nicht notwendig.

Zusätzlich besitzt die charakteristische Kurve in Abwesenheit von Sauerstoff einen fast absoluten
Nullpunkt (im Bereich von ca. ±1ppm ). Im Prozentbereich muß die Zelle selbst nicht auf Null
abgeglichen werden. In der praktischen Anwendung wird bei ppm-Messungen trotzdem eine
Nullpunkteinstellung verwendet, um Nullpunktfehler in der Elektronik auszugleichen bzw. um den
Grundpegel der Meßzelle auszublenden. (Die Elektronik wird beim Einschalten automatisch auf
Null abgeglichen.)

Bild 2-3: Charakteristische Eingangs-/Ausgangskurve einer “Micro-Fuel”-Meßzelle

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen 2-3

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

2.3 Das Probennahmesystem

Das Probennahmesystem leitet Gase zur "Micro-Fuel" - Meßzelle vom Gaseingang auf der
Rückseite des Gerätes. Abhängig vom Betriebsmodus wird Meß- oder Kalibriergas zur Zelle
geführt.

Das Probennahmesystem des 3000TA-XL ist so ausgelegt und gefertigt, daß das Probengas auf
seinem Weg zur Meßzelle nicht verändert wird. Die Probe trifft unterwegs auf fast keinen Totraum.
Dadurch werden Nischen minimiert, in denen sich Restgas ansammeln kann, das die Messung in
sehr niedrigen Bereichen verfälschen würde.

Das Probennahmesystem des Standardmodells umfaßt ¼”-Rohr-Fittings an den Gaseinlaß- und
Auslaßanschlüssen auf der Rückwand. Für metrische Installationen können 6mm-Adapter optional
geliefert werden.
Der Gasfluß wird mit Hilfe eines Durchflußmessers hinter der Meßzelle überwacht. Bild 2-4 zeigt
die Verrohrung für die Standardausführung.

Bild 2-4: Verrohrungsplan und Durchflußschema für die Standardausführung

Bild 2-5 zeigt das Durchflußdiagramm für das Probennahmesystem. Im Standardinstrument können
unter Verwendung eines T-Stücks und entsprechender Ventile das Null- und das Bereichsgas direkt
mit dem Meßgaseingang (SAMPLE IN) verbunden werden. Der gerasterte Teil der Zeichnung zeigt
die Optionen, die bei Bestellung der “-C”-Geräteoption hinzugefügt werden. Der Ventilblock wird
in das 3000TA-XL-C-Gehäuse eingebaut und von der internen Elektronik des Geräts angesteuert.

2-4  2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen

Bild 2-5 : Gasflußdiagramm der Standardausführung

Billd 2-5-1: Gasflußdiagramm der Vakuumausführung

Billd 2-5-1: Gasflußdiagramm der Ausführung mit Kalibrierventilen (Option C)

2.4 Elektronik und Signalverarbei tung

Der 3000TA-XL Analysator besitzt einen 8031-Mikrocontroller mit 32KB RAM und 128KB ROM,
der die gesamte Signalverarbeitung, die Ein- und Ausgabe und die Anzeigefunktionen des
Analysators steuert.
Die Stromversorgung geschieht durch ein universelles Netzteilmodul, das zu sämtlichen
internationalen Stromnetzen kompatibel ist.
Zeichnung 2-6 zeigt die Lage der Stromversorgung und der Hauptelektronikplatinen.

 2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / M ünchen 2-5