红外线气体分析仪的检测原理与构造

红外线气体分析仪的检测原理与构造

红外线气体分析仪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，从而间接测量出待分析组分的浓度。

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渊组分浓度成比例。

检测器是薄膜微音器。接收室内充以样气中的待渊组分，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 o

如图1所示是红外线气体分析仪的检测原理图，下面以CO2气体成分检测为例来说明其检测原理。

红外探测器

一束红外线（波长一般为3〜10 ^m）同时照射到工作室和参比室，工作室通入被测气体，参比室的作用是在待测组分为零时使经两个气室后照射到红外探测器

上的红外线强度相等，减小光源波动及环境变化的影响。参比室中一般充有不吸收红外线的气体，如N2等。如果工作室内通过的气体与参比室一样不吸收红外线，则红外线到达两个红外探测器的强度也相同；若进入工作室的气体中含有一定量的

C02气体，由于该气体对波长为4.26 的红外线有较强的吸收能力，

因此使到达红外探测器的红外线能量有所减弱。其输出信号减小。随着被测气体中C02气体浓度的增加，测量气室中对入射的红外线的吸收程度也相应增加，从而使红外探测器2与1输出信号之间的差值变大。因此，可以根据该差值大小获得被测气体中C02气体的含量。

红外线气体分析仪的结构原理如图2所示，它主要由红外线辐射光源、气室、红外探测器以及电器电路等部分构成。两个几何形状和物理参数都相同的灯丝1串联构成了红外线辐射光源，发射出具有一定波长的红外线，两部分红外辐射线分别由两个抛物体反射镜聚成两束平行光，在同步电机的切光片3的周期性切割作用下（即断续遮挡光源），就变成了两束脉冲式红外线。

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这两束红外线中的一路通过测量室4进入检测室6,另一路通过参比室5进入检测室6,参比室中密封的是不吸收红外线的气体，它的作用是保证两束红外线的光学长度相等，即几何长度加上通过的窗口数要相等，因此通过参比室的红外线，光强和波长范围基本上不变，而另一束红外线通过测量室时，因测量室中的待测气体按照其波长吸收特征吸收相应的红外光线，其光强减弱，所以进入检测室的红外线就被选择性的吸收，待测组分气体吸收红外线能量后，气体分子的热运动加强，产生热膨胀形成压力的变化，由于进入检测室两侧红外线能量不同，两侧气室中的待测组分吸收红外线能量也不同，因此左右两侧气室内气体的温度

变化也不同，压力变化也就不同，必然是左侧气室内的气体的压力大于右侧气室内气体的压力，此压力差推动薄膜7产生位移（图2中薄膜是鼓向右侧），从而改变

了薄膜7与另一定片8之间的距离，因薄膜与定片组成一个电容器，它们之间距离的变化改变了电容器的电容量，因此电容的大小与样品中待测组分的含量有关。通过测量电容的变化，就可以间接地确定待测组分的浓度，并在指示记录仪10上把它显示出来。显然，待测组分的浓度越大，薄膜电容器的电容量变化越大，输出信号也越大。