Flammenionisationsdetektor

Der Flammenionisationsdetektor, FID, ist ein Detektor für organische Verbindungen. Ein FID misst Kohlenwasserverbindungen, also gasförmige chemische Stoffe die primär aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) bestehen, wobei nur die Kohlenwasserstoffbindungen detektiert werden.

Der Thermo-FID wird in den unterschiedlichsten Bereichen von Industrie, Umweltschutz sowie Forschung und Entwicklung eingesetzt. Seine Anwendungsmöglichkeiten reichen von der UEG-Überwachung über die Emissions- und Immissionskontrolle bis in die Abgasanalytik der Chemie und der Motorenentwicklung.

 

Begrenzungen: Formaldehyde & Ameisensäure

Oxidation von Formaldehyde CH2O in FID ergibt gleich CO2 und H2O, nach dem Reaktionsschema CH2O + O2 = H2O + CO2. Wie aus dem obigen Schema hervorgeht, wird die Verbrennung von Formaldehyd durch keine intermediären Kohlenstoffradikalionenbildung begleitet. Oxidation von Ameisensäure HCOOH in FID folgt Reaktionsschema: HCOOH + 1/2 O2 = CO2 + H2O.

Diese Verbindungen kann man nicht mit FID erfassen. Statt dessen muss man Formaldehyde und Ameisensäure mit einem FTIR analysator gemessen.

Wie funktioniert ein FID

Bei der Verbrennung organischer Stoffe in einer Wasserstoffflamme entstehen elektrisch geladene Teilchen (Ionen). Diese entladen sich über eine negativ angelegte Saugspannung an der Brennerdüse an die Elektrode des Stromverstärkers. Der hochempfindliche Stromverstärker wertet den entstehenden Strom aus. Da dessen Stärke von der Konzentration der im Messgas enthaltenen Kohlenstoffatome abhängt, kann der Messwert von org. C direkt ermittelt werden.

In einer beheizten Brennkammer wird eine Flamme durch Verbrennen von reinem Wasserstoff unter Zumischung von sauberer Luft erzeugt. Zusätzlich wird ein Teilstrom des zu messenden Gases in die Flamme geführt. Entscheidend für eine exakte und reproduzierbare Messung der Konzentration von org. C ist ein konstanter Massestrom des zugeführten Messgases. Auch Druckschwankungen des Messgases dürfen die Druckverhältnisse in der Brennkammer und den Massestrom des Messgases zur Flamme nicht ändern.

Durch eine spezielle Gasführung des Messgases und der Versorgungsgase wird eine sehr hohe Langzeitkonstanz der Masseströme erreicht. Selbst Druckschwankungen des Messgases zwischen -300mBar bis zu 1.600mBar gegenüber Atmosphärendruck führen zu keiner signifikanten Signalbeeinflussung. Der Differenzdruck für den konstanten Massestrom des Messgases zur Flamme wird von zwei unabhängigen elektronischen Differenzdruckreglern ohne Zumischung von Fremdluft konstant gehalten. Das Differenzdrucksystem wird immer auf einer konstanten Druckdifferenz gegenüber dem Atmosphärendruck gehalten, dadurch ist gewährleistet, dass weder Luftdruckschwankungen noch Höhenunterschiede einen Einfluss auf den Messwert haben.

An Stelle einer konventionellen, beheizten Messgaspumpe wird je ein beheizter Luftstrahlinjektor (bzw. je nach Geräteausführung je eine unbeheizte Membranpumpe) hinter der Brennkammer bzw. der Flammensperre eingesetzt.
An keiner Stelle kommt das Messgas mit den eingesetzten Regelarmaturen in direkten Kontakt. Sogar die elektronische Durchflussüberwachung des Messgasstromes geschieht ohne Durchflussmesser und direkten Kontakt mit dem Messgas. Durch diesen Aufbau hat der Thermo-FID ein sehr kleines Totvolumen. Dieses wiederum hat extrem kurze Ansprechzeiten zur Ermittlung des Messwertes zur Folge.

Um sowohl Kondensation durch die Verbrennung als auch Materialkorrosion zu vermeiden, ist der kompakte Detektorblock von 120°C bis 200°C beheizbar.

 

Spezifikationen

 Spezifikationen: SK Elektronik / M&A
  Technische Daten Modelle Thermo-FID:
"PT", "ES", "TG", "FE", "MK"
Versorgungsspannung: 230/115V 50-60Hz
Leistungsaufnahme: 250 VA
Temperaturregler: Zusätzlicher Temperaturregler für 1 externe Sonde:
930VA
1 analoger Eingang: Wasserstoffüberwachung, 4 - 20 mA
1 Druckerschnittstelle: für Messwert und Status
RS232, EPSON kompatibel
Messwertausgang: 0/4 bis 20 mA, Bürde: 600Ω
Messbereichseinheiten: wählbar, ppm, mg/m3, Vol-%, %-UEG
Messbereichsumfang: 0 bis 1...500 000 mg orgC/ m3
Messbereiche : frei wählbar, lineare Kennlinie
Nachweisgrenze: < 0,1 mg org C/m3
t(90)-Zeit: am Messgaseingang des Gerätes,
< 0,5 Sek. Messwert >20 mg org C/ m3,
17. BImSchV 5 Sek.
t(90)-Zeit "MK": mit Sodenlänge 0,5m
< 2 Sek. Messwert > 20 mg org C/ m3
17. BImSchV 7, 5 Sek.
Messgas: selbstansaugend
25 oder 90 l/h bei 1013 mbar
Detektortemperatur: wählbar, 110°C ... 200°C;
Ausnahme:
Modell PT (tragbar):
110°C bis 170°C maximal (T2);
130°C bis 165°C (T3);
Zusatzheizung: 60°C bis 210°C
Ausnahme:
Modell PT (tragbar);
Temperaturfühler: Pt 100, für Zusatzheizung
Umgebungstemperatur: -5°C bis +40°C
Ausnahme:
Modell PT (tragbar);
  Versorgungsgase
Druckluft: gereinigt und kondensatfrei
5 bar abs. 2 mn3/ h
Wasserstoff Qualität 5.0: 2 bar abs. ca. 40 ml/min
Kalibriergas: 3 bar abs. ca. 130 ln/ h
Nullgas und Brennluft: über eingebauten Katalysator
  Optionen
Statuskarte: - Statussignale: Ausfall, Wartungsbedarf, Service (potentialfreie Kontakte)
- 4 Messwertausgänge: 0/4 bis 20 mA, galvanisch getrennt, Bürde 600 Ω
- 4 Grenzwertkontakte für Messwert, Grenzwerte frei wählbar (potentialfreie Kontakte)
- 2 analoge Eingänge mit Spannungsversorgung zur Überwachung der Gasversorgung
- 2 digitale Ausgänge 24V/DC 500 mA zum Umschalten des Wasserstoffvorrates
- 2 digitale Eingänge für Auto-Cal.-Start und Auto-Cal.-Abbruch
- 2 digitale Eingänge zur freien Parametrierung auf Statusausgänge
- 1 digitaler Ausgang 24V/ DC 500 mA, über Zeitprogramm parametrierbar
Messstellensteuerkarte: für Messstellenumschaltung
- 8 digitale Leistungsausgänge 24VDC/ 500 mA zur Ansteuerung der Messtellenventile
- 8 Grenzwertkontakte für Messwert
- 8 digitale Eingänge für externe Messstellenanwahl
Analogkarte: für Messstellenumschaltung
- 8 Messwertausgänge 0/4 bis 20 mA, Bürde 600 Ω
Weitere Optionen: beheizte Leitung, Druckminderer, Ventilmatrix für Vielpunktsysteme, Probenahmesysteme, Verdünnungssonden, Konverter für die "Nicht Methan" Messung.

Technische Daten

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