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在線分析系統(tǒng)的廣義抗干擾研究
1 廣義干擾的定義和特征
1.1 廣義干擾的定義
非測量組分（即背景組分）中干擾組分的干擾，可認為是狹義干擾，它只是影響檢測準確度眾多因素中的一種，還不一定是影響zui大的一種。所以有必要從技術概念上對在線分析系統(tǒng)的干擾重新定義。
使在線氣體分析系統(tǒng)的輸出信號偏離檢測狀態(tài)下正確檢測值的一切原因，定義為在線分析系統(tǒng)的廣義干擾。當然也包括干擾組分的干擾。
1.2 廣義干擾的特征
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的檢測準確度嚴重下降，有時甚至到了毫無工程應用價值的嚴重程度。
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的質量和品質嚴重下降。
廣義干擾雖然不會使在線分析系統(tǒng)損壞，卻有可能因為系統(tǒng)癱瘓而使工程應用中斷或失敗。
廣義干擾使在線分析系統(tǒng)的投運難度和維護量增大，維護周期及有效壽命周期縮短，應用維護成本提高，使工程用戶面對很大困難。
２ 廣義抗干擾的意義
2.1 前輩專家的教誨
我國分析儀器行業(yè)的創(chuàng)始人和始終不渝的*，儀器儀表工程技術專家朱良漪教授，他在１９９７年首屆過程分析儀器應用及發(fā)展論壇的主旨報告“過程分析儀器的發(fā)展”中，精辟總結了制約過程分析儀器發(fā)展的三大癥結，其中第二條就是干擾問題：“成分信息的獲得與共生信息的干擾和噪聲的處理”。[１] 此后１２年以來，正因為重視和注意克服包括干擾的三大癥結，我國在線分析工程技術才得到更廣泛的應用和快速的發(fā)展。
朱老在２００７年第二屆在線分析儀器應用及發(fā)展論壇的主旨報告“２１世紀的前沿技術‘分析技術’和‘自控技術’的系統(tǒng)集成”中，再次精辟總結在線分析工程技術的“難點和閃光點：取樣技術、可靠性、少維護和軟件技術”。[2] 我們稍加分析不難發(fā)現(xiàn)：取樣技術、可靠性、少維護和軟件技術和在線分析系統(tǒng)的抗干擾在技術邏輯上和工程實踐上有很密切的相關性。
2.2 實現(xiàn)工程應用成功的目標
在線氣體分析技術的本質和根本目的就是保障連續(xù)計量的準確度，常以標準氣作為參照的計量標準.如果放大到實現(xiàn)工程應用成功的宏觀目標來認識,涉及各種各樣 “共生信息”的認識和處理,問題就要復雜深刻得多,這是我們現(xiàn)在應該著力研究解決的技術課題,為達到這個目的,就非深入研討廣義抗干擾不可.
3 廣義干擾的來源
3.1 樣氣中的干擾組分
非測量組分(即樣氣中的背景組分)中能產生不可忽略的干擾誤差的組分都是干擾組分。
3.2 分析器的測量原理及抗干擾設計
同一種非測量組分,到底是不是干擾組分,視分析器的測量原理、結構設計、測量范圍(即量程)以及是否采取了有效的抗干擾措施而定。
3.3 取樣系統(tǒng)
在線氣體分析的取樣必須有真實性和適時性,也就是樣氣必須有代表性。取樣點的選擇、取樣探頭和取樣口的結構設計、以及安裝施工,都會直接影響取樣的代表性,進而涉及廣義干擾誤差的產生及變化。
3.4 樣氣處理系統(tǒng)
樣氣在傳輸和處理過程中,為保持樣氣的代表性,樣氣不能有相變,溶解流失,以及吸附或釋放、滲透或泄漏。
3.5 電磁干擾和電氣干擾
為保障在線分析的計量準確度,在線分析器的電磁干擾、在線分析系統(tǒng)的電氣干擾都必須有專業(yè)水平的設計及處置。
4 廣義干擾的共性技術特征
4.1 廣義干擾來源的廣泛性
廣義干擾至少來源于分析器、在線分析器、在線分析系統(tǒng)、樣氣及環(huán)境條件、工程應用技術等諸多方面和技術環(huán)節(jié)。
4.2 廣義干擾定量評估的困難性
在線分析從時間角度觀察,它是長期連續(xù)使用又要求適時分析,使得大多數(shù)廣義干擾都是隨機的,對其定量評估十分困難,確定一個典型值都很不容易。
4.3在線分析的抗干擾
在線分析系統(tǒng)的抗干擾，都是經驗主義地去解決工程應用的棘手問題，再多的經驗都不夠用，再好的措施都難以有效，似乎有效的措施附加成本又非常高。
4.4 廣義抗干擾的措施應以預防為主
措施要有針對性和可操作性，抗干擾效果能定量評估。
4.5廣義干擾多發(fā)生在分析器之外
廣義干擾多，也就是發(fā)生在在線分析系統(tǒng)投入工程應用之時，廣義抗干擾的著重點和真功夫要放在分析器之外。
5 廣義抗干擾措施
5.1 在線分析系統(tǒng)的應用及環(huán)境條件
5.1.1 環(huán)境振動對于磁力機械式氧分析器的影響比較大，減震安裝措施有時是必要的。
5.1.2 環(huán)境溫度
絕大多數(shù)在線分析器的使用環(huán)境溫度 ≤45℃,也有 ≤40℃.分析器接近使用溫度上*的溫度影響誤差較大,甚至恒溫失控,使計量準確度難以保證。環(huán)境溫度＞40℃的工程項目,分析系統(tǒng)有必要采取有效的降溫措施,如空調器。
5.1.3 環(huán)境濕度
環(huán)境濕度應 ≤80%RH,但是工程應用現(xiàn)場,特別是南方雨季, ＞90%RH并不罕見，將導致電子器件的電氣性能降低，儀器及系統(tǒng)的電氣安全性能降低，甚至不合格，電磁干擾也可能不請自來，使在線分析失準甚至癱瘓。
5.1.4 遠離電磁干擾大的大型生產設備
這是避免電磁干擾zui直觀的措施。
5.1.5 避免陽光直射，空氣流速 ＜0.5m/s
以避免溫度急劇變化而增大溫度影響誤差。
5.2 分析器原理及抗干擾設計
5.2.1 熱導分析器
熱導分析器zui適宜分析雙元氣體，或者要求多種非測量組分的相對熱導率盡可能接近一致。
例如化肥循環(huán)氫分析，13% CH4對40-70% H2量程的氫分析器產生的干擾是+1.2%H2，相對誤差+4%。如果將10% CH4當作典型值來校正系統(tǒng)誤差，可將分析器零點人為地降低1% H2（相當于10% CH4的干擾誤差），那么13% CH4的干擾誤差可能降低為+0.2% H2，相對誤差僅為0.67%。
特別提示：為校正干擾誤差而改變零點，必須在完成儀器的全部校正操作之后進行才是正確的。
5.2.2 順磁性氧分析器
磁力機械式和磁壓力式氧分析器都是順磁性原理（而熱磁式只可看作是廣義的順磁性），zui大優(yōu)勢是選擇性好，即抗干擾，干擾的大小可用氣體的相對百分磁化率定量計算。
例如化肥合成塔CO2中的含氧量分析，因CO2的嚴重干擾而可能顯示負值。CO2的相對百分磁化率是-0.27，即100% CO2的干擾誤差是-0.27 % O2。根據CO2的典型值，定量計算出干擾誤差的大小，人為地增大分析器的零點相同的值，使CO2典型值的干擾誤差接近為零。
5.2.3 紅外線分析器
紅外分析器能分析CO、CO2、CH4、C2H2、NH3、SO2、NO等很多種非單元素氣體。常見紅外原理的檢測器有電容微音器、微流量，熱釋電等多種原理。電容微音器又有常規(guī)二氣室和分層四氣室接收器兩種結構設計，以上各種情況干擾誤差的大小應作具體分析，實驗測定。
a 分層四氣室接收器提高了抗交叉干擾的能力，比二氣室的干擾誤差小一半左右。
b SO2、NO紅外分析器必須采用窄帶干涉濾光片，才能有效降低干擾誤差。
c 有些工程應用項目的干擾誤差實在太大，例如石油裂解的乙烯（C2H4）分析，甲烷（CH4）的干擾必須采取聯(lián)用技術措施才能達到工程應用的準確要求（見第6.3節(jié)）。
d 大氣壓力變化對紅外分析器的影響誤差較大，大氣壓力升高1%造成的廣義干擾誤差為+1.3%左右。七天大氣壓力的變化可能 ＞2%，如果是抑制零位量程，這種影響誤差將再擴大量程抑制比這個倍數(shù)，將直接影響工程應用。例如75-100%量程的量程制比是4，2%大氣壓力變化的影響誤差將是1.3x2x4x100% = +10.4%，所以紅外線分析器的壓力補償校技術設計很有必要，有可能使此項誤差降低一個數(shù)量級。
e 某種干擾組分的干擾誤差，如果在典型值下能夠定性又能定量，采用人為地反方向改變分析器零點的辦法有一定實用效果。