红外气体检测分析原理

红外气体检测分析原理
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=I0e-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。

红外线穿过两个气室，一个是充满连续流动的待测气体的测量室，另一个是充满不吸收背景气体的参考室。

工作时，测量室内待测气体浓度变化时，吸收的红外光量相应变化，而参考光束(参考室光束)的光量不变。

来自两个腔室的光量差通过探测器，使探测器产生压力差，成为电容探测器的电号。

该号经号调理电路放大后，送至主控制器的显示器和crt显示器。

输出号的大小与被测成分的浓度成正比。

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、
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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，如：N2、Cl2、H2、O2以及He、Ne、Ar等。

气体分析器
百科名片
气体分析器
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中某些组分的含量。

这种分析仪表
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简单、可靠，适用于多种气体，是一种基本的分析仪器。

而气体的导热系数很难直接测量，所以实际上往往是将气体导热系数的变化转化为电阻的变化，然后用电桥测量。

热导式气体分析仪的热敏元件主要包括半导体敏感元件和金属电阻丝。

半导体传感器体积小，热惯性小，电阻温度系数大，所以灵敏度高，时滞小。

串珠状金属氧化物烧结在铂线圈上作为敏感元件，然后用一对非反应性材料缠绕内阻和发热量相等的同一个铂线圈作为补偿元件。

这两个元件构成了一个电桥电路，即测量电路。

半导体金属氧化物传感器吸收被测气体时，电导率和热导率会发生变化，传感器的散热状态也会发生变化。

铂线圈的电阻随元件的温度变化而变化，电桥有不平衡的电压输出，因此可以检测气体浓度。

热导气体分析仪有着广泛的应用。

通常用于分析氢气、氨气、二氧化碳、二氧化硫和低浓度可燃气体的含量，也可用作色谱分析仪中的检测器，分析其他组分。

电化学式气体分析仪
化学气体分析仪。

它根据化学反应引起的离子数量或电流的变化来测量气体成分。

为了提高选择性，防止测量电极表面污染，保持电解液的性能，一般采用隔膜结构。

常用的电化学分析仪有恒电位电解式和原电池式。

恒电位电解分析仪的工作原理是在电极上施加特定的电位，被测气体会在电极表面电解。

只要测量施加在电极上的电位，就可以确定被测气体的具体电解电位，从而使仪器具有选择和识别被测气体的能力。

原电池分析仪对通过隔膜扩散到电解液中的待测气体进行电解，并测量形成的电解电流以确定待测气体的浓度。

通过选择不同的电极材料和电解质来改变电极表面的内部电压，可以实现对不同电解电位气体的选择性。

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的结构相同的光学系统组成。

一个是测量室，一个是资料室。

两个腔室通过截光板以一定的周期同时或交替开启和关闭光路。

待测气体被引入测量腔后，被测气体的特定波长的光被吸收，使得通过测量腔进入红外接收腔的光通量减少。

气体浓度越高，进入红外接收室的光通量越少。

通过参考室的光通量是恒定的，进入红外接收室的光通量也是恒定的。

因此，被测气体的浓度越高，测量室和参考室之间的光通量差异越大。

这种光通量的差异以周期性振动的振幅投射到红外接收室。

接收腔被一层几微米厚的金属膜分成两半，腔内密封有高浓度的被测组分气体，能吸收吸收波长范围内的所有入射红外线，使脉动光通量成为温度的周期性变化，然后根据气体方程将温度的变化转化为压力的变化，再由电容传感器检测，放大后指示被测气体的浓度。

除了电容式传感器，还可以使用直接检测红外线的量子红外传感器，使用红外干涉滤光片进行波长选择和调节。

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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。

红外分析仪的原理类似于工业上也广泛使用的紫外分析仪和光电比色分析仪。

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。

相关法可以测量低量程气体，有效避免交叉干扰。

这种独特的技术可以消除弱吸收气体如co和高吸收气体co2的交叉干扰。

由热源发射的红外光被旋转的滤光器过滤，导致一系列脉冲号直接穿过包含样气的单元。

当滤光轮转动时，固态探测器反映号变化，并放大、输出和显示号。

操作
需要提供纯氮气来清洁仪器的气室，降低噪音，以保证仪器的最大稳定性。

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。