红外气体检测分析原理

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1、红外气体检测原理与气体分析仪红外线气体分析仪，是利用红外线进行气体分析。它基于待分析组分的浓度 不同，吸收的辐射能不同剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄 膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号。这样，就可间接测 量出待分析组分浓度。1. 比尔定律 红外线气体分析仪是根据比尔定律制成的。假定被测气体为一个无限薄的平 面强度为k的红外线垂直穿透它，则能量衰减的量为：I=IOe-KCL（比尔定律） 式中： I-被介质吸收的辐射强度；I0-红外线通过介质前的辐射强度；K-待分析组分对辐射波段的吸收系数；C-待分析组分的气体浓度；L-气室长度（赦测气体层的厚度）对于一台制造好了

2、的红外线气体分析仪，其测量组分已定，即待分析组分 对辐射波段的吸收系数 k 一定；红外光源已定，即红外线通过介质前的辐射强度 I0 一定；气室长度 L 一定。从比尔定律可以看出：通过测量辐射能量的衰减 I， 就可确定待分析组分的浓度 C 了。2. 分析检测原理红外线气体分析仪由两个独立的光源分别产生两束红外线，该射线束分别 经过调制器，成为 5Hz 的射线。根据实际需要，射线可通过一滤光镜减少背景 气体中其它吸收红外线的气体组分的干扰。 红外线通过两个气室，一个是充以不断流过的被测气体的测量室，另一个是充以 无吸收性质的背景气体的参比室。工作时，当测量室内被测气体浓度变化时，吸 收的红外线光量

3、发生相应的变化，而基准光束 （参比室光束）的光量不发生变化。 从二室出来的光量差通过检测器，使检测器产生压力差，并变成电容检测器的电 信号。此信号经信号调节电路放大处理后，送往显示器以及总控的 CRT 显示。 该输出信号的大小与被测组分浓度成比例。我们所用的检测器是薄膜微音器。接收室内充以样气中的待测组分，两个接 收室中间用一个薄的金属膜隔开，在两测压力不同时膜片可以变形产生位移，膜 片的一侧放一个固定的圆盘型电极。可动膜片与固定电极构成了一个电容变进器 的两极。整个结构保持严格的密封，两接收气室内的气体为动片薄膜隔开，但在 结构上安置一个大小为百分之几毫米的小孔，以使两边的气体静态平衡。辐射

4、光 束通过参比室、测量室后，进入检测器的接收室。被接收室里的气体吸收，气体 温度升高，气体分子的热运动加强，产生的热膨胀形成的压力增大。当测量室内 通入零点气（N2）时，来自两气室的光能平衡，两边的压力相等，动片薄膜维持在 平衡位置，检测器输出为零。当测量室内通入样气时，测量边进入接收室的光能 低于参比边的，使测量边的压力减小，于是薄膜发生位移，故改变了两极板问的 距离，也改变了电容量 C。红外线气体分析仪可以用来分析各种多原子气体，如:C2H2、C2H4、C2H5OH、C3H6、C2H6、C3H8、NH3、CO2、CO、CH4、SO2 等。不能用来分析同一种 原子构成的多原子气体以及惰性气体

5、，如： N2、Cl2、H2、O2 以及 He、Ne、 Ar 等。气体分析仪百科名片气体分析仪测量气体成分的流程分析仪表。在很多生产过程中，特别是在存在化学反应 的生产过程中，仅仅根据温度、压力、流量等物理参数进行自动控制常常是不够 的。由于被分析气体的千差万别和分析原理的多种多样，气体分析仪的种类繁多。 常用的有热导式气体分析仪、电化学式气体分析仪和红外线吸收式分析仪等。简介气体分析仪器是测量气体成分的流程分析仪表。在很多生产过程中，特 别是在存在化学反应的生产过程中，仅仅根据温度、压力、流量等物理参数 进行自动控制常常是不够的。由于被分析气体的千差万别和分析原理的多种 多样，气体分析仪器的种

6、类繁多。常用的有 热导式气体分析仪器、电化学式 气体分析仪器和红外线吸收式分析仪 等。气体传感器主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类，气体传感器是用来 检测气体的成份和含量的传感器。一般认为，气体传感器的定义是以检测目 标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成份和浓度的传感器都称作 气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。比如，检测气体流量 的传感器不被看作气体传感器，但是热导式气体分析仪却属于重要的气体传 感器，尽管它们有时使用大体一致的检测原理。气体传感器热导式气体分析仪一种物理类的气体分析仪表。它根据不同气体具有不同热传导能力的原 理，通过测定混合气体导热系数来推算其

7、中某些组分的含量。这种分析仪表 简单可靠，适用的气体种类较多，是一种基本的分析仪表。但直接测量气体的 导热系数比较困难，所以实际上常把气体导热系数的变化转换为电阻的变化， 再用电桥来测定。热导式气体分析仪的热敏元件主要有半导体敏感元件和金 属电阻丝两类。半导体敏感元件体积小、热惯性小，电阻温度系数大 ，所以 灵敏度高，时间滞后小。在铂线圈上烧结珠形金属氧化物作为敏感元件，再 在内电阻、发热量均相等的同样铂线圈上绕结对气体无反应的材料作为补偿 用元件。这两种元件作为两臂构成电桥电路，即是测量回路。半导体金属氧 化物敏感元件吸附被测气体时，电导率和热导率即发生变化，元件的散热状 态也随之变化。元件

8、温度变化使铂线圈的电阻变化，电桥遂有一不平衡电压 输出，据此可检测气体的浓度。热导式气体分析仪的应用范围很广，除通常 用来分析氢气、氨气、二氧化碳、二氧化硫和低浓度可燃性气体含量外，还 可作为色谱分析仪中的检测器用以分析其他成分。电化学式气体分析仪一种化学类的气体分析仪表。它根据化学反应所引起的离子量的变化或 电流变化来测量气体成分。为了提高选择性，防止测量电极表面沾污和保持 电解液性能，一般采用隔膜结构。常用的电化学式分析仪有定电位电解式和 伽伐尼电池式两种。定电位电解式分析仪的工作原理是在电极上施加特定电 位，被测气体在电极表面就产生电解作用，只要测量加在电极上的电位，即 可确定被测气体特

9、有的电解电位，从而使仪表具有选择识别被测气体的能力。 伽伐尼电池式分析仪是将透过隔膜而扩散到电解液中的被测气体电解，测量所形成的电解电流，就能确定被测气体的浓度。通过选择不同的电极材料和 电解液来改变电极表面的内部电压从而实现对具有不同电解电位的气体的 选择性。红外线吸收式分析仪根据不同组分气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性而工作 的分析仪表。测量这种吸收光谱可判别出气体的种类；测量吸收强度可确定 被测气体的浓度。红外线分析仪的使用范围宽，不仅可分析气体成分，也可 分析溶液成分，且灵敏度较高，反应迅速，能在线连续指示，也可组成调节系 统。工业上常用的红外线气体分析仪的检测部分由两个并列

10、的结构相同的光 学系统组成。一个是测量室，一个是参比室。两室通过切光板以一定周期同时或交替 开闭光路。在测量室中导入被测气体后，具有被测气体特有波长的光被吸收， 从而使透过测量室这一光路而进入红外线接收气室的光通量减少。气体浓度 越高，进入到红外线接收气室的光通量就越少；而透过参比室的光通量是一 定的，进入到红外线接收气室的光通量也一定。因此，被测气体浓度越高， 透过测量室和参比室的光通量差值就越大。这个光通量差值是以一定周期振 动的振幅投射到红外线接收气室的。接收气室用几微米厚的金属薄膜分隔为 两半部，室内封有浓度较大的被测组分气体，在吸收波长范围内能将射入的 红外线全部吸收，从而使脉动的光

11、通量变为温度的周期变化，再可根据气态 方程使温度的变化转换为压力的变化，然后用电容式传感器来检测，经过放 大处理后指示出被测气体浓度。除用电容式传感器外，也可用直接检测红外 线的量子式红外线传感器，并采用红外干涉滤光片进行波长选择和配以可调 激光器作光源，形成一种崭新的全固体式红外气体分析仪。这种分析仪只用 一个光源、一个测量室、一个红外线传感器就能完成气体浓度的测量。此外， 若采用装有多个不同波长的滤光盘，则能同时分别测定多组分气体中的各种 气体的浓度。与红外线分析仪原理相似的还有紫外线分析仪、光电比色分析仪等，在 工业上也用得较多。非分散红外分析非分散红外分析同时采用窄带滤光片和气体过滤相

12、关法两种非色散光 谱分析技术结合，适合于气体不同的测量范围要求。过滤相关法能够测量低量程气体并有效避免交叉干扰，这种独特技术能 消除弱吸收气体如CO和高吸收气体CO2交叉干扰。热源发出的红外光被旋转过滤器过滤，导致系列脉冲信号直接通过包含 样本气体的单元，当过滤器轮旋转时固态检测器反映出信号变化并将信号放 大输出以及显示。操作需要提供纯净氮气清洗仪器的气室和减小噪音，确保仪器的最大稳定性。 包装设备 顶空气体分析仪器用于密封包装袋、瓶、罐等包装件内氧气、 二氧化碳气体含量、混合比例的测定；适合在生产线、仓库、实验室内等场 合快速准确地对包装件内的气体组分含量与比例做出评价，从而指导生产， 保证产品货架期得以实现。包装设备顶空气体分析仪器用于密封包装袋、瓶、罐等包装件内氧气、二氧化碳 气体含量、混合比例的测定；适合在生产线、仓库、实验室内等场合快速准 确地对包装件内的气体组分含量与比例做出评价，从而指导生产，保证产品 货架期得以实现。