红外分析仪简介分析
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温度调节电路板
测温元件的测试: 从Sensor
cpu板上的X8 拔下4针插头,测 量黄线和绿线,在25度时是10K欧姆。在 55度实施3K欧姆。 热熔断丝的侧试:测量其电阻为连续值。
温度调节电路板
补充加热器罩
热熔断器
压力传感器
位置:根据分析模块的不同配置,压力传
感器安装于不同的位置。 结构:压力传感器位于一块电路板上,其 连接到红外板上。 功能:压力传感器测量样品池的压力,一 般连接在样器排出口上。用于测量信号的 压力修正。作为可选项,压力传感器也可 用于外部压力的测量。1 绝压传感器,2 工 作范围700-1300mba。3 需要偏差校正。
红外分析仪的原理
电子能级跃迁吸收光谱位于紫外和可见光
波段,(200-780)nm.1-20eV 分子内原子间的振动能级发生跃迁时吸收 光谱位于近红外和中红外波段(780nm25um)。0.05-1eV.红外吸收光谱也称为分 子震动光谱。 整个分子转动能级发生跃迁时,吸收光谱 位于远红外和微波波段(25-10000)um。 0.001-0.05eV
红外分析仪的分类
按光学系统分: 单光路:Multiwave
,Limas11. 双光路:uras14.uras26
红外分析仪的组成
调制单元。 光源。 切光片。 切光马达。 气室。 标定池。 检测器。 加热器。 压力传感器。 Power module IR Module board. Sensor CPU Syscon board。
电磁波频谱
电子激发
波数 (cm-1)
电子跃迁 10
6
分子跃迁 10
4
分子转动 10
2
10
7
10
5
10
3
10
1
光谱区域
X-射 线
紫外线
4,000
红外线
400
微波
100
14,285
近红外
弱
中红外
远红外
强
Absorbance
红外分析仪的原理
分子不同能级间的跃迁,产生不同的分子吸收或发射光谱。 振动能级跃迁所产生的电磁波谱处于中红外光谱区。 当特定的波长的红外光与分子相遇时,如果光与分子不发 生相互作用,则光随即通过该物质,不产生吸收光谱:
校验单元的滑块位于低位置。量程校准时 把它移到高位置。
检测器
位置:位于气室的末端。根据应用,可以安装1-4 个检测器,每一光路最多可以安装两个检测器。 结构:薄膜电容检测器:又称薄膜微音器,由金 属薄膜动极和定极组成电容器,当接收气室的压 力受红外辐射能的影响而变化时,推动动片相对 于定片移动,把被测组分的变化转化为电容量的 变化。ABB检测器有两个气室,内部填充被测气 体,气室是串联性的,它有两大优点:零点稳定, 抗干扰能力强。预放大器和其在一起,测温元件 在预放大器中,用以温度补偿。当有多个检测器 时只有第一个检测器的测温元件被使用。有3个跨 接线,分别为X1,X3,X10.
光
源
光 源
切光片
切光片,把光源的光变成断续的光,对红
外光进行调制,使检测器信号成为交流信 号,便于放大器放大,可以改善检测器的 响应时间特性。 两个内圈用于透过参比光,两个外圈用于 透过测量光。
切光片
切光马达
切光马达
切光马达,频率7.3Hz.频率增高,灵敏度降
低,原因:在一个周期内,接收到的辐射 能减少,另外,气体的热量及压力传递跟 不上辐射能的变化。
调制单元
光
圈
位置:光圈和其调节螺钉位于气室和调制
单元之间的主架上。 结构:主架上通常安装有两个光圈。调节 螺钉驱动其水平方向移动。 功能:光圈起遮光器的作用。用以调节光 路平衡。
光
圈
光 源
红外光源: 按类型分类,单光源(ABB和SIEMENS)和
双光源. 按发光体分类,陶瓷光源(ABB),合金丝 光源。激光光源(成本高,寿命短)。 ABB光源是陶瓷光源,抛物面反射体,寿 命长,密封隔爆。 为增长寿命,内部填充特殊气体。
Uras 14 Diagram
Sensor electronic board
Sensor CPU - board
RS 232
A
D
A
µP
D
Internal Bus Detector specific dates EEPROM Software e.g.
1.3.2
System controller
Senso r
分子是由原子组成的
氢和氧原子
水分子
分子振动
: 伸缩振动和弯曲振动
对称振动 H-O-H
不对称H-O-H
弯曲振动 H-O-H
分子振动
在通常情况下,分子大多处于基态振动,
分子吸收红外光从基态跃迁到第一激发态 所产生的吸收带称为基频吸收带。 由基态到第二,第三,第四…..激发态的跃 迁所产生的吸收带成为第一,第二,第 三……泛频吸收带。 如果从基态同时跃迁到多个第一激发态, 所产生的吸收带称为组频吸收带。
HCl
红外分析仪的原理
l = 4.7 µm
CO
红外分析仪的原理
将双原子红外活性分子看作是振动偶极子 当光子与样品中的分子相互作用时,会产生 两种结果。 1,光子的震动频率与分子的振动频率不匹配。 2,光子的频率与分子的振动频率相互匹配, 此时分子就吸收光子的能量,使偶极子的 振幅增大频率不变。
分子振动
检测器
ABB检测器是薄膜电容检测器。
微流量检测器
其测量微小气流,其传感元件是两个微型热丝电阻,和另 外两个组成会斯通电桥,热丝电阻通电加热到一定温度。 当有气体流过时,带走部分热量,使热丝元件冷却,电阻 变化,通过电桥转变为电信号。 热丝原件有两种,一种是栅状镍丝电阻,建成镍格栅 (Siemens 120度),它是把很细的镍斯编织成栅栏状,这 种热丝垂直装配于气路中,为流量从格栅中间通过。另一 种是铂丝电阻,在云母片上用超微技术,光刻上很细的铂 丝制成,这种铂丝电阻平行装配于气路通道中,为流量从 其表面通过。 特点:耐震性能好。
检测器
功能:光线进入检测器被所添充的气体吸收,通过 分子碰撞把热能迅速转变为压力。压力的变化转 变为电容的变化。通过高阻抗电路放大产生相应 的MV信号,150V直流供电,主要的吸收发生在 前室,在后室吸收两侧的光,这部分光与干扰组 分叠加产生交叉灵敏度,较长的后室厚度吸收大 部分的干扰光,其产生的压力正好与前室的相反, 能够抵消一定数量的交叉灵敏度。 特点:温度变化影响小,选择性好,灵敏度高。 缺点:薄膜易受机械震动的影响,调制频率不能 提高。
非分光技术 其测量是基于在2.5-8UM中红外光谱区域特殊气 体的不同原子的分子健间的谐振吸收。 被测量的各种气体依靠特定的吸收健来区分。每 一气体有自己的吸收光谱。即(指纹)。 以下气体无自己的吸收光谱:单元子分子,如惰 性气体。对称气体,如H2,O2,N2。这种气体无法 用红外测量。 郎伯比尔定律:
红外分析仪的原理
A吸收的光能。 I0进入测量池的光能。 I1离开测量池的光能。
ε(λ)样品组分的消光系数。
Ρ样品组分的浓度。
L样品池的长度。
红外分析仪的分类
按红外光谱的特性分类: 1, 分光型红外分析(色散型)。优点:选择性 好,灵敏度较高。缺点:分光后,光束能量小 (limas11,multiwave)。 2, 非分光型红外分析仪(非色散型)。灵敏度 更高,信/噪比高,稳定性好。缺点:吸收峰有重 叠。(Uras14,Uras26). 按检测器分类: 1,薄膜电容检测器。 2,微流量检测器。 3,半导体检测器。
气
室
气室
气室
气室
气室
气室
滤波气室
位置:安装于气室和检测器之间或气室和
标定池之间。 结构:滤波气室是镀金管,参比和测量由 隔板分开,两侧由红外透光窗口分开。两 个定位销用于滤波气室的定位。 功能:在测量和参比两侧,分别填充干扰 气体。其吸收干扰范围的部分红外光。锐 减交叉灵敏度。
N2
l = 2 - 25 µm
Symmetrical Homonuclear Molecule:
dm/dx = 0 No IR Absorption Transparent
红外分析仪的原理
如果光与分子以特定的方式发生相互作用,
则物质吸收该波长的光。产生吸收光谱。 这是我们称之为红外活性。
l = 3.4 µm
光学滤波器
标定池
标定池
位置:是一个可选部件,安装于气室和检
测器之间,靠马达来驱动。 结构:其有四个气室,三个充氮气,一个 充测试气。 功能:其用于标定量程,标定时要通零点 气,如果一个光路有两个检测器,那么测 试气要混合填充。
标定池
标定池
标定池
标定池的测试:目测,在正常测量和零点
气
室
功能:1理想的光反射,2防腐蚀,3化学抛光 气室提供较高的信号稳定性,尤其是用于 烟气的测量,4反射特性在调柱平衡时给与 纠正。5对于特殊的应用有特殊的气室。如 流动参比气室,带虑波器的气室(滤波气 室充有干扰气体)。
。
气
室
清理:拆下气室,对着阳光观察参比和测
量侧,比较两侧是否接近,如果污染较严 重,需要清洗,一般用,蒸馏水,酒精, 丙酮等。 症状:偏移量太高。漂移较大。灵敏度降 低。
红外分析仪的原理
仪表部:陈丙力
红外分析仪的原理
红外光的能量与分子振荡的能量相当。 近红外区光谱:0.78-2.5um。
中红外区光谱:2.5-40um。
远红外区光谱:40-1000um。
在分子中,根据量子力学理论,分子中存
在电子能级和分子内原子间的振动和整个 分子转动能级。当电子能级和振动-转动能 级发生跃迁时,就会产生分子吸收光谱或
温度调节电路板
位置:位于红外主架上。 结构:本电路板有两个加热电阻,温度传感器 (NTC) 焊接到电缆上,一个电缆连接到位于护 罩上的附加加热器。热熔短丝被卡子封于主架里。 功能:温度调节电路板用于控制光学部件的温度, 尤其是气室,优点表现在以下方面:1 把温度的 影响减少到最小,2 小量程测量,3减少其他外部 原因产生的漂移。温度一般设定为55度,热熔短 丝为85度。
气
室源自文库
位置 :位于带有调制单元的主架和检测器或校验 单元之间。 结构:铝管,分两种类型。1 化学抛光,2 镀金。 铝管中间有隔墙沿纵向把它一分为二。两端用红 外窗口密封。一侧为参比侧(充氮气,完全密 封)。
,一侧为测量侧,参比侧充入氮气。窗口材料 (氟化钙)要求有良好的透射性能,不分光,不 反射。要有一定的机械强度。不易破裂,不怕潮 湿,能经受温度变化。对介质有良好的化学稳定 性。
滤波气室
光学滤波器
位置:根据测量任务,光学滤波器出于如下位置。 1位于气室和红外检测器之间,2位于两个红外检 测器之间,3位于标定单元和红外检测器之间。 结构:滤光片紧锢在金属圈中。安装位置不同, 金属圈也不同。 功能:通过安装干扰滤波器,去掉干扰重叠部分 的光谱。根据应用,此滤波器只允许一定波长范 围的光通过。主要用于SO2,NO,N2O,CnHm.
微流量检测器
Siemens采用这一技术。
三明制的层状设计 1mm2 米面积内分布24根热丝 最小的交变流量 不使用膜式传感器 -
微流量检测器
R 1 R2
气流 R1R2 1mm
2
R3R4
0,15
mm
微流量检测器
特点: 无可动部件 – 没有可磨损的东西 没有麦克风效应 将流量线性地转化为电信号
Temp. Fuse
Heater
E M
E M
60° C
调制单元
调制单元
位置:附于主架上。 结构:1接受盘,2一个或两个光源,3切光片,4 切光片和切光马达的连接,5电路板(光源电源接 头,同步马达接头,光栅。),6 用以密封光源 和调制 单元的O型圈)。 功能:计算机控制同步马达驱动切光片,切光片 交替的覆盖测量和参比气室。光线在每一周内交 替的通过测量和参比气室各两次 ,红外检测器的 信号通过安装在马达驱动轴上的标杆切割光栅来 排列。通过把光调制,使测量信号更加稳定。
几种气体分子的特征吸收波长
分子式 CO CO2 CH4 C2H4 NH3 NO SO2 H2O
吸收峰波长UM 2.37 4.65 2.7 4.26 14.5 3.3 7.65 3.45 5.3 7 10.4 5.2 7.3 2.0 2.8
10.5
红外分析仪的原理