温室气体自动监测仪作业指导书

温室气体自动监测仪作业指导书

1、系统概述

2007年由监测总站立项并拨付经费，由环境监测中心站承担温室气体自动监测课题，监测范围定为《京都议定书》中所规定的六种温室气体中的三种，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O），仪器选用的日本HORIBA公司生产的温室气体连续监测系统。

2、温室气体自动监测仪的工作原理

2.1CO2浓度自动监测仪

该仪器采用非分散红外线吸收的原理，这样的结构可以使它具有优良的稳定性和线性等技术特性，可以消除大气中复杂的干扰成分的影响。

NDIR气体分析基本机理：当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯--比尔吸收定律:

dI/I=-KdN，式中K为比例常数。经积分得:

lnI=-KN+α (1)

式中:N为吸收气体介质的分子总数;α为积分常数。显然有N∝cl,c为气体浓度。则式(1)可写成:

I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2)式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数μ互不相同。对同一气体,μ则随入射波长而变若吸收介质中含i种吸收气体,则式(2)应改为:

I=I0exp(-l∑μi ci) (3)

因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。

以 CO2分析为例，红外光源发射出1～20μm的红外光，通过一定长度的气室吸收后，经过一个4.26μm波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26μm 波长红外光的强度，以此表示CO2气体的浓度。

2.2CH4浓度自动监测仪

2.2.1选择性燃烧技术

碳氢化合物的燃烧温度是与其分子中含有的碳原子的数量有关的，APHA-370通过控制具有催化剂的选择性燃烧室的温度，去除非甲烷烃，从而得到样气中CH4的浓度。

将样品气体通过选择性燃烧室后测得的烃浓度就是样气中CH4的浓度，将样品气体不通过选择性燃烧室后测得的烃浓度就是样气中THC的浓度；二者之差即是NMHC的浓度。

2.2.2火焰电离检测方法

碳氢化合物遇到氢火焰时，就会由于炉头喷嘴处燃烧产生的高温能量发生电离，氢火焰位于一对电极之间，当在这对电极上加电压就会产生一强度与碳氢浓度成比例的微小电流，对电流放大、进行测定，就可测得总碳氢的浓度。

2.3N2O浓度自动监测仪HORIBA GA-360E

采用交替流动调制型非分散红外吸收原理，可实现长期测量稳定，检测下限：10ppb，实现高灵敏度的监测，操作便利，维护简单，仪器寿命长。

NDIR气体分析基本机理：当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质

中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯--比尔吸收定律:

dI/I=-KdN，式中K为比例常数。经积分得:

lnI=-KN+α (1)

式中:N为吸收气体介质的分子总数;α为积分常数。显然有N∝cl,c为气体浓度。则式(1)可写成:

I=exp(α)exp(-KN)=e xp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2)式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数μ互不相同。对同一气体,μ则随入射波长而变若吸收介质中含i种吸收气体,则式(2)应改为:

I=I0exp(-l∑μi ci) (3)

因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。

3、温室气体自动监测仪设备组成

3.1日本HORIBA 公司，CO2 浓度自动监测仪，型号VIA-510。

3.2日本HORIBA 公司，CH4 浓度自动监测仪，型号APHA-370。

3.3日本HORIBA 公司，N2O 浓度自动监测仪，型号GA-360E。

3.4研华科技，工控机，型号IPC-510。

3.5青岛赛克赛斯氢能源公司，氢气发生器，型号QL-300。

4、系统各监测仪器的主要技术指标

VIA-510

测量范围：0-500ppm/0-1000ppm

检出限：0.1ppm

重复性：﹤±1.0%满量程

零漂：﹤±1.0%满量程；﹤±2.0%满量程/day；

跨漂：﹤±2%满量程/day；﹤±3%满量程/week

响应时间（T90）：180s

APHA-370

测量范围：0-5ppm/0-10ppm/0-25ppm/0-50ppm

检出限：量程﹤5ppm时﹤0.05ppm（2σ）

量程﹥5ppm时﹤0.5%满量程（2σ）

重复性：﹤±1.0%满量程

线性：﹤±2%满量程

零漂：﹤±2%满量程/day或±0.1ppmC/day；

﹤±4%满量程/week或±0.2ppmC/day

跨漂：﹤±2%满量程/day；﹤±4%满量程/week

响应时间（T90）：60s

GA-360E

测量范围：0-1ppm/0-2ppm/0-5ppm/0-10ppm

检出限：0.01ppm

重复性：﹤±2%满量程

线性：﹤±2%满量程

零漂：﹤±0.02ppm/day；﹤±0.03ppm/week

跨漂：﹤±2%满量程/day；﹤±3%满量程/week

响应时间（T90）：180s

5、系统各监测仪器的单点校准

监测仪器的单点校准通常只对监测仪器的零点和标点进行的校准，标点通常在监测仪器满量程70%～90%之间任取一点。校准周期为每星期一次，此外在下述情况下也应对监测仪器进行单点校准。

①仪器到货开箱调试及检查。