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紅外線氣體分析儀的組成和應(yīng)用特點(diǎn)
2013-8-13 閱讀(4180)
與氧化鋯氧氣含量分析儀相比,，紅外線氣體分析儀主要由紅外線輻射光源、氣室,、紅外探測(cè)器以及電氣線路等部分組成,。
（1）紅外線輻射光源 光源一般都由通電加熱鎳鉻絲而得到，可發(fā)出波長(zhǎng)為3～lOum的紅外線。輻射光源有單光源和雙光源兩種形式,，單光源可以避免兩個(gè)光源不*一致的毛病,，但在安裝和調(diào)試上比較麻煩；雙光源的特點(diǎn)正好相反,，采用了雙光源形式,。
反射鏡的作用是將光源產(chǎn)生的紅外線變成一平行輻射線照射到各氣室。反射鏡面常做成球形或圓柱形,，鏡面光潔度達(dá)v12,，一般用銅鍍金、銅鍍鉻或鋁合金拋光制成,。
切光片由同步電機(jī)帶動(dòng)以十幾赫茲的頻率轉(zhuǎn)動(dòng),。常見的切光片的形狀有半圓形和十字形兩種。使用切光片的目的是將光源調(diào)制成斷續(xù)的紅外輻射線,，以便于電氣線路中信號(hào)的放大,。在用薄膜電容接收器作紅外探測(cè)器時(shí)，必須使用切光片對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制,，而用對(duì)波長(zhǎng)無選擇性的紅外探測(cè)器時(shí),，則可以不用切光片調(diào)制。
（2）氣室 氣室包括測(cè)量氣室,、參比氣室和濾波氣室,。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上基本相同，一般都是圓筒型,，兩端用晶片密封,。氣室的內(nèi)壁光潔度很高，而且還要求不吸收紅外線,，不吸附氣體,、化學(xué)穩(wěn)定性好，一般采用銅鍍金,、玻璃鍍金或鋁合金拋光制成,。氣室兩端的晶片要求不吸收紅外線、有高的透光系數(shù),、不易潮解,、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。常用的晶片材料有氟化鋰,、氟化鈣,、石英及藍(lán)寶石等。
濾波氣室可以用濾光片取代,。使用濾光片的優(yōu)點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化,，使用時(shí)比較靈活方便,，但濾光片制造工藝復(fù)雜，使用上還存在一定的局限性,，因此濾波氣室目前仍被廣泛使用,。
測(cè)量氣室的長(zhǎng)度與待測(cè)組分的濃度大小有關(guān)。由朗伯比爾定律可知,，若待測(cè)組分的濃度較低，為提高儀器的靈敏度,，可選用較長(zhǎng)的測(cè)量氣室,；反之，應(yīng)取較短的氣室,。
（3）紅外探測(cè)器 紅外探測(cè)器是把紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化的裝置,。根據(jù)工作原理，紅外探測(cè)器可分為光電導(dǎo)型,、光生伏特型,、熱敏型以及薄膜電容型等，其中前三種探測(cè)器對(duì)波長(zhǎng)一般沒有選擇性,，若要提高選擇性,，從原理上講可在探測(cè)器前加濾光片。
薄膜電容型探測(cè)器是一種選擇性檢測(cè)器,。目前,，絕大部分工業(yè)用紅外線氣體分析儀都應(yīng)用這種探測(cè)器。它的zui大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾組分影響能力強(qiáng),。測(cè)量參比 測(cè)量前級(jí)放大光束及參比光束分別射人兩個(gè)吸收氣室,，吸收氣室內(nèi)充以待測(cè)氣體，氣體吸收波長(zhǎng)段a-b的紅外輻射能量,，使吸收氣室內(nèi)氣體溫度升高,。由于氣室內(nèi)的體積是固定的，溫度升高的結(jié)果使氣室內(nèi)壓力增高,。如果測(cè)量氣室中通入的被測(cè)氣體中無待測(cè)組分,，則到達(dá)探測(cè)器的測(cè)量光束和參比光束相平衡，兩吸收氣室吸收的紅外輻射能量相等,，因此兩室的壓力相等,，動(dòng)片薄膜維持在平衡位置。當(dāng)被測(cè)氣體中待測(cè)組分濃度增加,，測(cè)量光束的一部分能量被待測(cè)組分吸收,，從而進(jìn)入吸收氣室測(cè)量邊的能量減弱，致使這邊的壓力減小,，于是薄膜偏向定片方向,，改變了兩電極距離,，也就改變了電容量C。待測(cè)組分的濃度愈大,，兩束光強(qiáng)的差值也愈大,，則電容量的增量也愈大，因此電容變化量反映了被測(cè)氣體中待測(cè)組分的濃度,。
由于薄膜電容變化量的值非常小,，要直接測(cè)量比較困難，通常采用直流極化法間接測(cè)量,，為此要求對(duì)兩束紅外線進(jìn)行調(diào)制,。實(shí)現(xiàn)方法是在光路上加一個(gè)切光片調(diào)制系統(tǒng)。
（4）電氣線路 電氣線路的任務(wù)是將紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大變成統(tǒng)一的直流電流信號(hào),，使電流大小與待測(cè)組分的濃度成正比,。由于探測(cè)器阻抗很高，輸出信號(hào)十分微弱,，且又是超低頻信號(hào),，因此對(duì)信號(hào)檢測(cè)放大部分要求很高。一般應(yīng)做到有高的穩(wěn)定性,、足夠的靈敏度及較強(qiáng)的抗干擾能力,。
由于不同的氣體有不同的紅外吸收光譜圖，因此,，和熱導(dǎo)式,、熱磁式氣體分析儀相比，紅外線氣體分析儀可用于多種氣體的成分分析,。目前,，較多的用于CO、C02,、CH4,、NH3、S02,、NO等氣體的檢測(cè),。由于受紅外探測(cè)器檢測(cè)氣室、濾波氣室,、參比氣室的限制,，通常一臺(tái)儀器只能測(cè)量一種組分的一定濃度范圍。
儀器根據(jù)待測(cè)組分的濃度不同一般可分為常量和微量?jī)深悾撼Ａ糠治鰞x的測(cè)量精度為1～2.5級(jí),，時(shí)間常數(shù)不大于15s;微量分析儀的濃度測(cè)量范圍一般以ppm（即百萬分之一）為單位,，精度為2～5級(jí)，時(shí)間常數(shù)不大于30s,。但是,，紅外線氣體分析儀的使用環(huán)境條件比熱導(dǎo)式等要嚴(yán)格,，例如，不能將儀器安裝在振劫和沖擊較大,、塵埃較大的地方,。另外，由于水蒸氣對(duì)波長(zhǎng)為3～10肛m的紅外輻射幾乎都能吸收,，因此水蒸氣對(duì)紅外線氣體分析儀的干擾較嚴(yán)重,，為此必須在氣體進(jìn)入測(cè)量氣室前進(jìn)行除水、干燥處理,。環(huán)境濕度對(duì)儀器也有一定的影響,。
