关于TE42I氮氧化物分析仪的故障分析归纳

陈婷婷

（佛山市环境监测中心站，广东 佛山528000）

1 引言

氮氧化物 （nitrogen oxides）包括多种化合物，主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性，其浓度超过一定量将会影响人体健康。因此，氮氧化物监测数据的有效获取将有利于量化地分析区域大气氮氧化物的变化趋势和污染成因，为产业结构调整和节能减排工作以及开展环境治理和环境规划提供科学的决策依据。

2 原理

42I型分析仪的工作原理是，一氧化氮（NO）和臭氧（O3）发生反应并产生一种特有的发光，这种发光的强度与NO的浓度成线性比例关系。当受到电子激励的NO2分子衰减至较低的能量状态时便会发出红外光。明确地说就是：

NO＋O3→NO2＋O2＋hv

二氧化氮（NO2）必须首先转换成NO才能利用化学发光反应来进行测量。NO2是通过一个被加热至大约325℃的钼NO2至NO转换器来转换成NO的（选装的不锈钢转换器是加热至625℃）。如图1所示，环境空气样品通过取样闷头被吸入分析仪中。样品流过一根毛细管，然后流到模式电磁阀。电磁阀把样品直接送到反应室（NO模式）或者通过NO2至NO转换器再送到反应室（NOx模式）。位于反应室之前的一个流量传感器用于测量样品流量。干燥空气通过干燥空气闷头进入42I型分析仪，通过一个流量开关，然后通过一个无声放电臭氧发生器。臭氧发生器用于产生化学发光反应所需要的臭氧。在反应室，臭氧与样品中的NO发生反应以产生受激NO2分子。封装在热电冷却器内的光电倍增管（PMT）检测到此反应中产生的发光。排气从反应室出发，通过臭氧转换器移动到泵，然后通过通风孔排出，在NO和NOx模式中计算出来的NO和NOx浓度被储存在存储器内。浓度差用于计算NO2的浓度。42I型分析仪将NO、NO2和NOx的浓度输出到前面板显示器和模拟输出，同时使这些数据还可通过串行或以太网接口获得。

3 常见故障判断处理

3.1 压力过高及流量过低报警：泵，漏气

在一次检查零跨度记录时发现，NO的跨度超下警，经过到现场检查发现，仪器有压力过高及流量过低报警，从仪器原理和管路出发，压力和流量都是在同一管路上，当出现抽力不足时流量小压力大，或仪器内部管路有漏气可能。两种情况，用排除方法，先用堵头将采样入口堵住，观察仪器流量是否接近零，如果接近零，说明管路不漏气，如果流量变化不大，说明管路有漏气，先检查管路。在不漏气情况下，检查采样泵，泵抽力不够主要有泵膜脏了、泵膜破了、泵轴承坏了。

泵膜脏情况：泵膜脏，泵膜上面有污垢，上下振动不紧密，抽力不够，用酒精清洗泵膜干燥后安装回去，报警排除（图1）。

图1 泵膜脏造成抽力不足

泵膜坏情况：在拆开泵后，发现泵膜已经出现断裂，更换新泵膜后装回去，流量和压力都正常了（图2）。

3.2 流量过低报警

例行任务检查零点和跨度变化不大，到现场检查发现有流量报警。流量报警是因为通过流量传感器的气流少，未达到设定的流量值面报警，检查流量为何少了。从仪器管路出发，分两部分排除，第一部分是采样总管到仪器采样入口处，第二部分为仪器内部，这两部分可能有堵塞了，先检查第一部分，管路无堵塞，过滤器膜也比较干净，不是外部环境堵塞，检查第二部分，气体沿反应室管路走，检查毛细管时，发现毛细管内部黑黑的，正常为玻璃透明的，应该是有灰尘进入毛细管造成堵塞，用酒精浸泡5min后清洗安装回去，流量正常。这里就会有个问题，为什么在有过滤器了毛细管还会堵塞呢？观察整个管路，分析得出，有一部分的气体未经过过滤器直接进入仪器内部管路，时间一长灰尘积多造成堵塞，后来检查了发现，在过滤头出气处有螺母松动，气体有可能从这未经过过滤器进到仪器，用生料带缠上，重新拧紧。

图2 出现断裂的泵膜造成抽力不足

3.3 COOLER温度99℃报警

现场巡检时COOLER温度报警，从理论出发，COOLER是使光电倍增管处于低温环境减少干扰的散热器，温度过高会影响PMT工作。温度高了，有可能是COOLER故障了，或散热不良。先从可以简单处理的入手，先清洗COOLER后面的风扇滤网，使得散热更加好，这时报警排除。就这样简单的一个操作完成，从这个例子可以看出，对于出现的故障要从多方面入手，还要打破常规，即不能看到哪个部件有故障就说它坏了，要更换，其实有的时候是其他因素引起。

3.4 COOLER温度－99℃报警

巡检发现COOLER温度－99℃报警，风扇滤网很干净，用手去摸COOLER的散热片，发现很凉，说明COOLER没有工作，没有工作可能是因为没有通上电，关机。把连接COOLER接线头拔出，检查线头及线，完好，再将线接回去时，开机显示99℃报警，这个是COOLER温度过高的报警，说明COOLER的传感器已经接入，待开机后40min，COOLE工作正常，报警排除，从这可看出，有可能是线头接触不良造成供电不正常，造成报警。

3.5 无臭氧输出

无臭氧输出，常见的故障：臭氧发生器故障，臭氧发生器高压故障，测量量程故障。

跨度检查发现仪器无反应，从原理出发，标气仪器数据基本无变化，可能是臭氧部分出现了问题，无臭氧与NO反应就不能产生光，光电倍增管采集不到光就不能计算转换成NO浓度。产生臭氧的装置是臭氧发生器，查看供电，供电板臭氧供电灯亮，供电正常，将臭氧发生器拆下，发现臭氧发生器放电电极处有严重的生锈现象，正常为光亮的，从管路上去查找，空气经过干燥瓶后来到臭氧流量开关再进入臭氧发生器的，出现生锈很有可能进入大量水气，这时发现干燥瓶里的变色硅胶已经全部变红，失去了干燥功能，水气直接进入臭氧发生器，在高压放电情况下臭氧发生器损坏了。经过更换臭氧发生器后，仪器正常。从这说明了平时的维护硅胶没有及时更换就容易造成仪器的故障（图3、图4）。

图3 腐蚀后的臭氧发生器，不能产生臭氧

图4 有效干燥为蓝，无效为粉红

3.6 钼炉无法加热

钼转化效率低，发现钼炉温度低报警，钼炉加热灯常亮。加热灯常灯，说明加热控制器正在输出电压，用万用表测量加热丝两端电压，有电压输出，正常，但加不上热，确定就是钼炉内加热器故障。

3.7 通标准气反应差

在校准仪器时，发现通入400PPB标气时，仪器响应只有200多，从原理出发，响应不够，是因为光电倍增管采集到的电信号不够强，电信号不够强是因为反应时臭氧不足，或反应脏使得反应不完全，或光电倍增管老化。先检查了臭氧是否不足，拧开排气口，可以闻到一股腥味，臭氧足。检查反应室，发现反应室内壁附着一层绿色污垢，正常是黄金般发亮的，用酒精清洗干净，待热机正常后再通400PPB标气，仪器响应有450多，这时将仪器调回到400PPB，校准正常。从这可知道，反应室脏了，影响了NO的反应（图5）。

图5 反应室脏引起响应不好

3.8 NO2 测值很低

一台42I仪器，测量时发现NO、NO2、NOx值都比较低，NO2更是基本无变化，仪器做零跨度检查也很正常，可正常采样NO2还是基本无变化。从仪器原理出发，NO2是通过钼转换炉转化成NO后再通过计算得出的，NO2基本无变化，说明NO2未进入钼炉进行转化，或NO2转化效率低。排除故障都是先从简单的入手，先检查NO2有没有进入钼炉，从管路检查，样气进入仪器，经过转细管后分两路，一个是NO模式，一个是NO2模式，NO模式中NO是可直接测量的。NO2模式，NO2先转换再通过测量NO计算出NO2，在检查时发现模式转换电磁阀开关不正常，正常约为10s转换一次并可听到声音，这里没有听到，更换模式转换电磁阀后NO2的数据有了变化，钼转换效率也达到了要求。电磁阀故障，使得NO2横式管路不通，造成仪器都在测量NO，而刚好做跨度用的是NO的标准气，所以NO2模式不会影响NO的跨度，只影响了NO2的测量。

4 结语

以上对42I仪器结合维修实例情况，问题主要表现为以下几个方面：元器件的硬故障，表现为仪器在使用一段时间后元器件损坏为稳定的非正常状态；工艺问题，如泵膜断裂、过滤器处螺母固定等；机械故障，与工艺设计及机械元件的原材料的特性如材料硬度、弹性等有关。仪器生产制造如能解决以上不足，仪器性能指标将得到进一步提升。

［1］ A Teledyne Technologies Company.INSTRUCTION MANUAL Chemiluminescence Nitrogen Oxides Analyzer Model 200E［R］.A Teledyne Technologies Compang，2006.

［2］ Advanced Pollution Instrumentation，INC.INSTRUCTION MANUAL Chemiluminescent NO／NO2／NOX ANALYZER Model 200A［R］.Advanced Pollntion Instrumentation，2008.

［3］ 齐方启，孙宗光.环境监测新技术［M］.北京：化学工业出版社，2004.