Die Vorteile: Sensoren und Systeme für die Feuerungstechnik

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1 Technische Daten CarboSen ST Zur Detektion von oxidierbaren Gasbestandteilen CO/H 2 in Gasen, Optimierung und Überwachung von Verbrennungsprozessen Die Vorteile: Hohe Auflösung Schnelles Ansprechverhalten Mechanisch, chemisch und thermisch robust Kompakt, Auswerteelektronik im Kopf Breites Anwendungsspektrum Sensoren und Systeme für die Feuerungstechnik

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3 Kurzbeschreibung Der CarboSen ist ein miniaturisiertes Sensorsystem zur Detektion von brennbaren Gasen wie z.b. CO, H 2 oder C x H y. Im Folgenden werden diese Gase auch als CO Äquivalent (CO e ) bezeichnet. Das System besteht aus dem Sensorelement, dem Sensorgehäuse und der Sensorelektronik im Kopf. Die Sensorelektronik ermöglicht einen temperaturkompensierten Betrieb und eine flexible Ansteuerung des Sensors, sowie die Erfassung aller Sensorsignale. Der CarboSen1000 ist ein hochauflösendes Messsystem für die Detektion kleiner CO e -Konzentrationen für den Bereich zwischen ppm (ideal bis 1.000ppm). In der Ausführung ST ist die Elektronik im Sensorkopf integriert (Abbildung 1). CO 2(g) CO (ad) CO 2(ad) CO 2(ad) O 2(ad) Elektrolyt Anode CO (g) O 2- O 2(g) CO (ad) O 2(ad) O 2(ad) O 2(ad) Kathode Abbildung 2: Prinzip des Nicht-Nernstschen Sensors CO 2(g) Durch gewählte Materialpaarung resultieren unterschiedliche Adsorptionscharakteristiken an der Pt- Referenz- und den Arbeitselektroden und erlauben so die Detektion der Produkte einer unvollständigen Verbrennung nach U s = R Ts n F ln CCO e(ad,k) CCOe(ad,A) Abbildung 1: CarboSen1.000ST (Bestellnummer 658R0010) Diese Ausführung erlaubt einen Einsatz bis zu 450 C. Das Tauchrohr mit Ø 8mm kann kundenspezifisch bis zu 1 m Länge ausgeführt werden. Der Anschluss in den Prozess geschieht z.b. über eine gerade Einschraubverschraubung. Mit integrierter Elektronik eignet sich das Sensorsystem auch für andere industrielle Prozesse bis hin zur in-situ Überwachung der Kesselwandatmosphäre in Kraftwerken. mit der universellen Gaskonstante R, der Sensortemperatur T S, der Valenzzahl der am Ionentransport beteiligten Sauerstoffionen n = 2, und der Faraday Konstanten F. Die Konzentrationen cco e(ad,a ) und cco e(ad,k) repräsentieren das auf der Anode bzw. Kathode adsorbierte CO e. Zum Betrieb des Sensors ist es nötig, diesen auf die Arbeitstemperatur 630 C aufzuheizen. Dies erfolgt über eine Heizstruktur, die auf dem Sensorelement rückseitig aufgebracht ist. Die Elektronik stellt die Sensortemperatur automatisch ein und hält diese während des Betriebs konstant. Die Sensortemperatur kann für spezielle Anwendungen variiert werden. Mit veränderter Arbeitstemperatur verändert sich auch die Sensorcharakteristik. Eine Temperaturerhöhung des Sensors bewirkt eine Verringerung der Sensitivität, d.h. der Sensor wird unempfindlicher gegenüber CO e und die Kennlinie wird flacher. Die Sensordynamik wird schneller, d.h. das Ansprech- und Abklingverhalten wird beschleunigt. Funktionsprinzip Das Funktionsprinzip des CarboSen ist das Prinzip der Festkörperelektrolyse. Die dabei eingesetzte Technologie ist durch die Lambdasonde allgemein bekannt und weit verbreitet. Im Gegensatz zur Lambdasonde, die nach dem Nernstschen Prinzip den Sauerstoff misst, arbeitet der CarboSen nach dem Nicht-Nernstschen Prinzip. Durch Variation von Geometrie, Material und elektrischer Verschaltung können Sensoren nach dem Nicht-Nernstschen Prinzip auch andere Gase wie z.b. CO e detektieren. Abbildung 3: Der CO e -Sensor CarboSen

4 Komponenten Elektronik XC164: Die mikroprozessorgesteuerte Sensorelektronik übernimmt im System folgende Aufgaben: Beheizung des Sensors und Regelung auf konstante Sensortemperatur Erfassung der Sensorspannungen in mv Wandlung der gemessenen Sensorspannungen und Ausgabe auf den Analogausgang (0/4-20mA) Überwachung der beiden Sensorspannungen Überprüfung der Analogausgänge Ausgabe der Messwerte auf via CAN-Bus Die Elektronik XC164 ist in ein- und zweikanaliger Ausführung erhältlich. Bei der einkanaligen Ausführung werden alle o.g. Funktionen von einer Platine übernommen. Auf dem Analogausgang werden dann beide Sensorsignale gemittelt ausgegeben. Intern werden beide Sensorsignale miteinander verglichen und auf folgende Fehlerkriterien überprüft: Differenz größer als 10mV oder Differenz größer als 10% vom aktuellen Messwert. Wird das größere der beiden Kriterien überschritten, gibt die Elektronik eine Fehlermeldung aus (rote LED blinkt, Analogausgang = 0mA). Für die zweikanalige Ausführung ist eine zweite Platine in die Elektronik integriert. Diese hat die Aufgabe, das zweite Sensorsignal separat zu erfassen, auszuwerten und auf den zweiten Analogausgang auszugeben. Die Heizung des Sensors erfolgt in diesem Fall nur über die erste Platine. Die Kommunikation der Platinen erfolgt über den internen CAN-Bus. Hierüber werden die jeweils gemessenen Sensorspannungen und Fehlermeldungen ausgetauscht. Beide Platinen vergleichen die selbstgemessene Sensorspannung jeweils mit der übermittelten Sensorspannung nach den o. g. Kriterien und geben ggf. eine Fehlermeldung aus. Die Sensorelektronik XC164 ist über CAN-USB-Bus mittels PC-Software parametrierbar. Abbildung 4: Elektronik XC164 Sensor Als keramischer Elektrolyt wird bei CarboSen, wie bei anderen Sonden auch, yttriumdotiertes Zirkondioxid verwendet. Diese Keramik zeichnet sich durch eine hohe Sauerstoffleitfähigkeit ab 400 C, sowie durch eine hohe chemische Stabilität aus. Hervorzuheben ist die Generierung einer direkt messbaren Sensorsignalspannung U Sen mit logarithmischer Charakteristik. Der Ursprung liegt physikalisch bestimmt und driftfrei bei 0mV. Mit Ansprechzeiten unter 1s und großer Auflösung im unteren Bereich können brennbare Gase bereits ab 1ppm zuverlässig detektiert werden. Die Robustheit und Schnelligkeit der Sensoren sowie die hohe Dynamik ermöglichen die Umsetzung einer zuverlässigen Überwachung, Regelung bzw. Optimierung der dynamischen Verbrennungsvorgänge nach der Emissionskantenregelung. Abbildung 5: Kennlinie CarboSen 1000 ST

5 Technische Daten Elektronik Sonde Abmessungen: 111x111x87 mm³ Messprinzip: Festkörperelektrolyse (Non Nernst) Versorgungsspannung: 13-30V Messbereich: bis 3.000ppm CO/H 2 Leistungsaufnahme Max. 8W Querempfindlichkeit: H 2 O keine Elektronik und Sonde (ohne Zusatzgeräte) Temperatur sehr gering (Sonde bis 6W) Volumenstrom sehr gering Analogausgang: 0/4-20mA, 0mA = Fehler Bürde 300 Ohm Ansprechzeit t (Sensorelement): <1s Skalierung Analogausgang: Gehäuse -100mV bis +900mV Temperatur Einsatzbereich: Ausführung NT: bis 150 C (Niedertemperatur) Ausführung HT: C (Hochtemperatur) Sensortemperatur: 630 C Material: Druckguss Aluminium Kaltwiderstand Sensor: 7,0Ω R 20 C 11Ω Temperatur: -40 C C Widerstandsverhältnis R heiß / 2,5 R 20 C : Maximaler Heißwiderstand: 35 Ohm (darüber wird Kabelbruch angenommen) Durchschn. Lebensdauer: Blaubrenner, Brennstoff: Öl / Gas Holzfeuerung, Brennstoff: sauberes Stückholz oder Pellets Alle anderen Holzbrennstoffe, je nach Schadstoffkonzentration (z.bsp. Hackschnitzel, Rinde) ca. 3 Jahre ca. 2 Jahre < 1 Jahr Schutzart nach EN 60529: IP 67

6 * = 190 mm bei geöffnetem Deckel Länge L : Artikel-Nr. 658 R mm (HT) 658 R mm (HT) 658 R mm (NT) Stecker A1 Rundsteckverbinder, 4-polig Pin 1 Versorgungsspannung 0V Pin 2 Versorgungsspannung 24VDC Pin 3 Analogausgang Pin 4 Analogausgang + Stecker A2 Rundsteckverbinder, 5-polig Pin 1 24VDC-Ausgang + Pin 2 24VDC-Ausgang - } nur für Handbedieneinheit Pin 3 CAN-GND (LSB) Pin 4 CAN-L (LSB) Pin 5 CAN-H (LSB) Anschlusskabel geschirmt, max. Kabelquerschnitt 1mm 2. Die max. Leitungslänge sollte 100m nicht überschreiten.

7 Bedienung Einstellung der Parameter über Handbedieneinheit Handbedieneinheit, incl. Anschlusskabel Artikelnummer 658 R 0932 Versorgungsspannung 24VDC / 2,5W (vom CarboSen ST) Schutzart nach EN IP40 Option Tafeleinbau Tafeleinbaurahmen für Handbedieneinheit Artikelnummer 663 R 0932T Schutzart nach EN IP54

8 Zubehör Analoges Ausgangsmodul mit Modul-Adresse 19 zur Ausgabe des Messignals 4 Analogausgänge VDC (nicht potentialfrei) Artikelnummer 663 R 4025 oder 4 Analogausgänge mA (nicht potentialfrei) Artikelnummer 663 R 4029 zur Ausgabe von: - gemittelte Sensorspannung - Sensorspannung 1 - Sensorspannung 2 - Heizleistung - Innenwiderstand der Heizung Rki-HZG - Pulsweite Heizung - Innenwiderstand des Sensors Rki - COe Einstellbar in Parameter des CarbosSen ST (A1) - (A2) H (D+) x1 x10 + (A1) - (A2) H (D+) L (D-) L (D-) Analogausgangsmodul Analog output modul Technische Daten Modul Nennspannung UN Stromaufnahme Leistungsaufnahme Betriebsspannungsbereich Betriebstemperaturbereich Lagertemperaturbereich Schutzbeschaltung Funktionsanzeige Betriebsanzeige Spannungsausgänge Ausgangsstrom (10 V DC) Auflösung Ausgangsspannung Ansprechzeit (Empfangen bis Senden) Wiederbereitschaftszeit 24 V DC 50 ma 1,2 W 0,8... 1,1 x Nennspannung UN 0 C C -25 C C Verpolschutz der Betriebsspannung grüne LED für BUS-Tätigkeit und Versorgungsspg. rote LED für BUS-Fehlermeldung 5 ma 9,9165 mv/digit V DC 15 ms 550 ms

9 Stromausgänge Ausgangsstrom mA Genauigkeit 1% Bürde max. 300 Ohm Ansprechzeit (Empfangen bis Senden) 15 ms Wiederbereitschaftszeit 550ms Gehäuse Schutzart nach EN Gehäuse IP50 Klemmen IP20 Bereich der relativen Luftfeuchte n. IEC Umgebungsklasse 3k3 Anschlussquerschnitt Ausgangsklemmen 2,5 mm² Anschlussquerschnitt schraubbare Steckklemme (BUS, Versorgung) 1,5 mm² Gewicht 95 g Gehäuseabmessung BxHxT 35 x 68 x 60 mm

10 Digitales Ausgangsmodul mit Modul-Adresse 03 4 Relaisausgänge 250 V, 6 A (potentialfrei) Artikelnummer 663 R 4027 Ausgang 1 Grenzwert 1 Ausgang 2 Grenzwert 2 Ausgang 3 nicht messen Ausgang 4 - Störung Hand-Notbedienebene Stellung 1 Ausgangskontakt immer geschlossen Stellung A Ausgangskontakt schaltet über LSB Stellung 0 Ausgangskontakt immer offen H x1 x H L L A 0 Digitalausgangsmodul Digital output modul R4027 mit 4x Schließer Technische Daten Modul Nennspannung UN Stromaufnahme Leistungsaufnahme Betriebsspannungsbereich Ansprechzeit (Empfangen - Relais schaltet) Rückfallzeit (Empfangen - Relais schaltet) Wiederbereitschaftszeit Betriebstemperaturbereich Lagertemperaturbereich Schutzbeschaltung Relaiszustandsanzeige Funktionsanzeige Betriebsanzeige Besonderheiten 24 V DC 100 ma 2,4 W 0,8... 1,1 x Nennspannung UN 15 ms 15 ms 200 ms 0 C C -25 C C Verpolschutz der Betriebsspannung LED Grüne LED für BUS-Tätigkeit und Versorgungsspg. Rote LED für BUS-Fehlermeldung Handbedienebene mit Rückmeldung über den BUS

11 Ausgänge Ausgangskontakt / Werkstoff Schaltspannung Ein-/Ausschaltstrom max. Dauerstrom Absicherung der Kontakte Mechanische Lebensdauer Elektrische Lebensdauer Zulässige Schalthäufigkeit Isolation nach VDE 0110 Bemessungsspannung Überspannungskategorie Verschmutzungsgrad Prüfspannung Spule/Kontakt Prüfspannung Kontakt/Kontakt 4 Schließer / AgNI max. 250 V 12 A / 4 s bei 10 % ED 6 A/Relais jedoch max. 12 A/Modul 6 A 1x107 Schaltspiele 1x105 Schaltspiele 360/h bei Nennlast C 250 V II V AC 50 Hz 1 min 1000 V AC 50 Hz 1 min Gehäuse Schutzart nach EN Bereich der relativen Luftfeuchte n. IEC Anschlussquerschnitt Ausgangsklemmen Anschlussquerschnitt schraubbare Steckklemme (BUS, Versorgung) Gewicht Gehäuseabmessung Gehäuse IP50 Klemmen IP20 Umgebungsklasse 3k3 2,5 mm² 1,5 mm² 95 g BxHxT 35 x 68 x 60 mm

12 Digitales Eingangsmodul mit Modul-Adresse 11 4 digitale Eingänge 24V/DC Die Eingänge sind als Spannungseingänge 24V/DC mit galvanischer Trennung ausgeführt. Artikelnummer 663 R 4028 Eingang 1 RESET Grenzwert 1 & 2 Eingang 2 nicht belegt Eingang 3 Sensortest starten Eingang 4 RESET Störung/Warnung Hand-Notbedienebene Stellung 1 Eingang liegt immer auf HIGH Stellung A Eingang schaltet über Kontakt von aussen Stellung 0 Eingang liegt immer auf LOW Digitales Eingangsmodul 24V DC 0V CAN-H CAN-L Spannungs- Versorgung 24V DC 1+ Eingang Eingang Eingang Eingang 4 4-

13 Technische Daten Eingangsmodul Nennspannung UN Stromaufnahme Leistungsaufnahme Betriebsspannungsbereich Betriebstemperaturbereich Lagertemperaturbereich Schutzbeschaltung Funktionsanzeige Betriebsanzeige Besonderheiten Prüfspannung Eingang/BUS 24V/DC 50 ma 1,2 W 0,8... 1,1 x Nennspannung UN 0 C C -25 C C Verpolschutz der Betriebsspannung Grüne LED für BUS-Tätigkeit und Versorgungsspg. Rote LED für BUS-Fehlermeldung Handbedienebene mit Rückmeldung über den BUS 2500V/AC 50 Hz 1 min Digitale Eingänge Eingangsspannung (Steuereingang) Eingangsstrom (24 V DC) (Steuereingang) High-Signalerkennung Low-Signalerkennung Ansprechzeit (Empfangen bis Senden) Wiederbereitschaftszeit 30V/DC 6 ma >7V/DC <3V/DC 15 ms 550 ms Gehäuse Schutzart nach EN Bereich der relativen Luftfeuchte n. IEC Anschlussquerschnitt Eingangsklemmen Anschlussquerschnitt schraubbare Steckklemmen (BUS, Versorgung) Gewicht Gehäuseabmessung Gehäuse IP50 Klemmen IP20 Umgebungsklasse 3k3 2,5 mm² 1,5 mm² 95 g BxHxT 35 x 68 x 60 mm

14 Netzteil Ext. Netzteil 230VAC/24VDC 1,5A (35W) zur Spannungsversorgung des CarboSen ST, der Handbedieneinheit und der Module Artikelnummer 658 R 0109 Eingangsspannungsbereich VAC, Hz Typ. Stromaufnahme 0,48A Montage auf Tragschiene TS35 Temperaturbereich Betrieb C Gewicht 270gr Schutzart IP 20

15 Artikelnummern Ersatzteile 658 R 0010 CarboSen ST-HT, Eintauchtiefe 150mm, Temperatur-Einsatzbereich C 658 R 0012 CarboSen ST-HT, Eintauchtiefe 250mm, Temperatur-Einsatzbereich C 658 R 0030 CarboSen ST-NT, Eintauchtiefe 150mm, Temperatur-Einsatzbereich bis 150 C 658 R 0932 Handbedieneinheit, zur Einstellung der Parameter des CarbonSen ST 663 R 0932T Tafeleinbaurahmen für Handbedieneinheit 663 R 4025 Analoges Ausgangsmodul V mit Adresse R 4029 Analoges Ausgangsmodul mA mit Adresse R 4027 Digitales Ausgangsmodul mit Adresse R 4028 Digitales Eingangsmodul mit Adresse R Ext. Netzteil 230VAC/24VDC 1,5A, zur Spannungsversorgung des CarboSen ST, der Handbedieneinheit und der Module 658 R 0013 Ersatzsensor für 658 R 0010, 150mm 658 R 0022 Ersatzsensor für 658 R 0012, 250mm 658 R 0031 Ersatzsensor für 658 R 0030, 150mm 658 R 0105 Ersatzelektronik XC164 im Kopf des CarboSen ST 663 R 0430 Ersatzanschlusskabel der Handbedieneinheit 658 R 0426 Ersatzadapterkabel der Handbedieneinheit

16 Anschlussplan

17 Bestellbeispiel 1 St. CarboSen ST zur Detektion oxidierbarer Gasbestandteile (CO/H 2 ) im Rauchgas, integriert in einem Edelstahlgehäuse, Länge 150 mm, max. Rauchgastemperatur bis 400 C, nicht kondensierende Atmosphäre, 1-Kanal Elektronik XC 164 im Sensorkopf integriert, 1 Analogausgang 4 bis 20 ma, 0 ma = Störung, CANBUS-Anbindung, Versorgungsspannung 13 bis 30 V DC 658 R St. Handbedieneinheit für CarboSen incl. Anschlusskabel 658 R St. Tafeleinbaurahmen für Handbedieneinheit 663 R 0932T 1 St. LSB-Ausgangsmodul mit 4 Digitalausgängen, Relaiskontakte potentialfrei 663 R St. Ext. Netzteil 230VAC/24VDC 1,5A, zur Spannungsversorgung des CarboSen ST, der Handbedieneinheit und der Module 658 R 0109

18 LAMTEC Meß- und Regeltechnik für Feuerungen GmbH & Co KG Impexstraße 5 D Walldorf Telefon (+49) / Telefax (+49) / Internet: info@lamtec.de Überreicht durch: Druckschrift-Nr.: D LT aDE-008 Printed in Germany