一、不同的氣體分析技術(shù)比較
1,、氣體分析技術(shù)介紹
?。?）人工采樣法
傳統(tǒng)的分析方法如化學(xué)分析法、氣相色譜法較多采用人工采樣法,。人工采樣法的特點(diǎn)是采用人工取樣的方式,，抽取某一時(shí)點(diǎn)的樣氣進(jìn)行分析。它的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：必須對(duì)氣體進(jìn)行人工取樣,，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,，其中操作者的操作技能對(duì)分析的精度有很大影響；只能單一成份地逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)分析,，不具備多重輸入和信號(hào)處理功能,；分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，響應(yīng)速度慢,，效率低,，難以實(shí)時(shí)地反映工況信息。
?。?）連續(xù)采樣法
連續(xù)采樣法主要有紅外線式,、紫外線式和熱導(dǎo)式三種測(cè)量方法。連續(xù)采樣法的特點(diǎn)是采用不同測(cè)量方法的氣體分析系統(tǒng)都由采樣預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表兩部分組成,，采樣探頭將被測(cè)氣體從煙道或管道中引出并進(jìn)行預(yù)處理后,，連續(xù)送入儀器的氣體室中，分析儀器通過(guò)不同的方法完成氣體濃度的測(cè)量,。上述三種測(cè)量方法的系統(tǒng)集成方式,、適應(yīng)性和性價(jià)比有很大的區(qū)別。
應(yīng)用zui廣泛的紅外線式氣體分析儀基于非色散紅外吸收光譜（NDIR）的原理,，其測(cè)量方法是基于氣體對(duì)紅外線進(jìn)行選擇性吸收的原理,，當(dāng)被測(cè)氣體通過(guò)測(cè)量管道時(shí)吸收紅外光源發(fā)出的特定頻率光（與被測(cè)氣體成分有關(guān)）使光強(qiáng)衰減,，測(cè)出光強(qiáng)的衰減程度即確定了被測(cè)氣體的濃度。
紫外線式氣體分析儀是基于被測(cè)氣體對(duì)紫外光選擇性的輻射吸收原理,，可以測(cè)量SO2,、NOx、HCl,、NH3等氣體,，但在同等性能、功能情況下儀器價(jià)格較高,。
熱導(dǎo)式氣體分析儀的工作原理是利用各種氣體不同的熱導(dǎo)系數(shù),，即具有不同的熱傳導(dǎo)速率來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)被測(cè)氣體以恒定的流速流入分析儀器時(shí),，熱導(dǎo)池內(nèi)的鉑熱電阻絲的阻值會(huì)因被測(cè)氣體的濃度變化而變化,，運(yùn)用惠斯頓電橋?qū)⒆柚敌盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電路處理將信號(hào)放大,、溫度補(bǔ)償,、線性化，使其成為測(cè)量值,。熱導(dǎo)式氣體分析器的應(yīng)用范圍很廣，如H2,、Cl2,、NH3、CO2,、Ar,、He、SO2,、H2中的O2,、O2中的H2和N2中的H2等等；它的測(cè)量范圍也很寬,，在0%~100%圍內(nèi)均可測(cè)量,。熱導(dǎo)式分析儀器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定,、價(jià)廉,、技術(shù)上較為成熟的儀器。但是熱導(dǎo)式分析儀器對(duì)氣體的壓力波動(dòng),、流量波動(dòng)十分敏感,，介質(zhì)中水汽、顆粒等雜質(zhì)對(duì)測(cè)量影響較大,，所以必須安裝復(fù)雜的采樣預(yù)處理系統(tǒng),。
?。?）現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量法
現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量法中以半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（DLAS）*和有代表性。DLAS技術(shù)的特點(diǎn)是無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng),，分析儀器直接安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),，通過(guò)一束穿過(guò)被測(cè)氣體的激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析。DLAS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種氣體如CO,、CO2,、O2、HF,、HCl,、CH4,、NH3,、H20,、H2S,、HCN,、C2H2,、C2H4等的自動(dòng)檢測(cè),，適用于鋼鐵,、冶金,、石化,、環(huán)保、生化,、航天等各種領(lǐng)域,。
雖然DLAS技術(shù)與其他吸收光譜氣體分析技術(shù)都利用吸收光譜技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體分析，但由于DLAS技術(shù)采用了*的“單線光譜”技術(shù)和調(diào)制光譜技術(shù),，可不受背景氣體交叉干擾和粉塵,、視窗污染的干擾，并可自動(dòng)修正氣體溫度,、壓力等氣體參數(shù)變化的影響,，因此可以將分析儀器直接安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)其他光譜吸收技術(shù)無(wú)法或很難實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)氣體測(cè)量,。
DLAS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能適應(yīng)高溫,、高水分、高粉塵,、強(qiáng)腐蝕性和高流速的被測(cè)氣體環(huán)境,，無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，測(cè)量精度高,，響應(yīng)速度快,。隨著半導(dǎo)體激光氣體分析技術(shù)的逐步成熟，相關(guān)光電元器件成本的顯著下降,，其性價(jià)比優(yōu)勢(shì)更為突出,。在發(fā)達(dá)國(guó)家,，半導(dǎo)體激光氣體測(cè)量技術(shù)已逐步取代傳統(tǒng)氣體檢測(cè)技術(shù)，在氣體在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用,。
二,、DLAS技術(shù)簡(jiǎn)介
氣體分析儀是基于DLAS技術(shù)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀器。
DLAS（DiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）是半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的簡(jiǎn)稱,。該技術(shù)是利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸收光譜的原理來(lái)測(cè)量氣體濃度的一種技術(shù),。具體來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的特定波長(zhǎng)的激光束穿過(guò)被測(cè)氣體時(shí),，被測(cè)氣體對(duì)激光束進(jìn)行吸收導(dǎo)致激光強(qiáng)度產(chǎn)生衰減,，激光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體含量成正比，因此,，通過(guò)測(cè)量激光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度,。
九十年代后，半導(dǎo)體激光器和光纖元件發(fā)展迅速,，性能大大提高,，價(jià)格大幅下降，室溫工作,、長(zhǎng)壽命（>100,，000小時(shí)）、單模特性和較寬波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體激光器被大量地生產(chǎn)出來(lái)并投入市場(chǎng),，一些高靈敏度的光譜技術(shù)如frequencymodulationspectroscopy,、cavityringdownspectroscopy等也逐漸成熟，DLAS技術(shù)開(kāi)始被較多地應(yīng)用于科學(xué)和工程研究,，發(fā)達(dá)國(guó)家的一些儀器公司也開(kāi)始將DLAS技術(shù)應(yīng)用于氣體監(jiān)測(cè)。由于DLAS技術(shù)較傳統(tǒng)光譜檢測(cè)技術(shù)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而得到了迅速推廣,。
FocusedPhotonics,Inc.（FPI）是DLAS技術(shù)的主要開(kāi)發(fā)廠商之一,，F(xiàn)PI自主開(kāi)發(fā)了擁有*知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全系列的激光氣體分析產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于鋼鐵,、冶金,、石化、環(huán)保,、生化,、航天等領(lǐng)域。
FPI通過(guò)聚光科技（杭州）有限公司將該技術(shù)引入中國(guó),，結(jié)合中國(guó)各行業(yè)的實(shí)際需求,，開(kāi)發(fā)了LGA-2000系列激光現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀、LGA-3000系列激光采樣在線氣體分析儀,，并且在鋼鐵,、焦化,、石化、電力,、環(huán)保,、航天等行業(yè)取得了良好的應(yīng)用。
三,、DLAS技術(shù)的特點(diǎn)
DLAS技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：
1.惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),，無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)測(cè)量
激光在線氣體分析儀采用DLAS技術(shù)*的“單線光譜”原理,，使用非接觸式激光測(cè)量方法,，測(cè)量?jī)x器與被測(cè)量氣體環(huán)境隔離,其分析測(cè)量不受測(cè)量環(huán)境中背景氣體、粉塵以及環(huán)境溫度和壓力的影響,，具有高溫,、高粉塵、高水份,、高腐蝕性,、高流速等惡劣測(cè)量環(huán)境的良好適應(yīng)性，避免了傳統(tǒng)氣體分析系統(tǒng)必需的復(fù)雜的采樣預(yù)處理系統(tǒng),，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)測(cè)量,。
2.克服了背景氣體、水分和粉塵的吸收干擾,，測(cè)量精度大大提高
DLAS*的“單線光譜”技術(shù),、頻率掃描技術(shù)、譜線展寬自動(dòng)修正技術(shù)克服了背景氣體,、水分和粉塵的吸收干擾,，修正了溫度和壓力等氣體參數(shù)變化對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響，而且系統(tǒng)直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體進(jìn)行測(cè)量,，氣體信息不失真,。
相對(duì)于傳統(tǒng)的氣體測(cè)量技術(shù)，這些*的測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法大大提高了測(cè)量的精度,。
3.響應(yīng)速度快,，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)在線管理
DLAS技術(shù)進(jìn)行氣體分析不需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，節(jié)省了樣氣預(yù)處理的時(shí)間和樣氣在管道內(nèi)的傳輸時(shí)間,。系統(tǒng)可以達(dá)到毫秒級(jí)的響應(yīng)速度,，幾乎是實(shí)時(shí)地反映過(guò)程氣體濃度及其他參數(shù)變化狀況，*可以滿足工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)在線管理的需要,。
4.可同時(shí)檢測(cè)多種氣體參數(shù),，能測(cè)量分析多種氣體，應(yīng)用面廣，儀器發(fā)展?jié)摿Υ?br />
采用DLAS技術(shù)可同時(shí)在線測(cè)量氣體的濃度,、溫度和流速等,，并可實(shí)現(xiàn)多種氣體如CO、CO2,、O2,、HF、HCl,、CH4,、NH3、H20,、H2S,、HCN、C2H2,、C2H4等的自動(dòng)檢測(cè),，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金,、石化,、環(huán)保、生化,、航天等領(lǐng)域,。較以往采用多種檢測(cè)技術(shù)并進(jìn)行系統(tǒng)集成而言，采用DLAS技術(shù)可大大簡(jiǎn)化儀器的結(jié)構(gòu),，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣體分析儀器的微型化,、網(wǎng)絡(luò)化（遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸）、智能化和自動(dòng)化,。
5.光纖傳輸特性使系統(tǒng)的應(yīng)用更加靈活,，性價(jià)比更高
DLAS技術(shù)采用的激光光源與常規(guī)光纖有良好的兼容性，所以可以將半導(dǎo)體激光器放置在中央處理單元內(nèi),，把光纖輸出的激光通過(guò)樹(shù)形光纖分路耦合器同時(shí)耦合到多根光纖,，不同的光纖把激光傳遞到幾個(gè)不同的測(cè)量位置，對(duì)這幾個(gè)不同位置的氣體同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,，從而實(shí)現(xiàn)分布式的在線氣體監(jiān)測(cè)分析。采用光纖后測(cè)量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,、適應(yīng)惡劣環(huán)境和防爆環(huán)境的能力非常強(qiáng),；整套測(cè)量系統(tǒng)的成本大大降低；與傳統(tǒng)的氣體分析系統(tǒng)相比,，配置更加靈活,，性價(jià)比也更高。
四、DLAS技術(shù)與連續(xù)采樣法氣體分析技術(shù)比較
指標(biāo)DLAS技術(shù)連續(xù)采樣法氣體分析技術(shù)
預(yù)處理系統(tǒng)不需要必需
測(cè)量方法現(xiàn)場(chǎng),、連續(xù),、實(shí)時(shí)測(cè)量采樣預(yù)處理后間斷測(cè)量
氣體環(huán)境高溫、高粉塵,、高水分,、高流速、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)只能測(cè)量恒溫,、恒壓,、恒流、干燥及無(wú)粉塵的氣體
響應(yīng)速度快：取決于信號(hào)分析速度（光電傳播時(shí)間可忽略）,，小于1秒慢：取決于采樣預(yù)處理時(shí)間,、樣品氣傳輸時(shí)間、儀表響應(yīng)時(shí)間,，超過(guò)20秒
準(zhǔn)確性實(shí)地測(cè)量,，氣體信息不失真；測(cè)量值為氣體線平均濃度,；不受背景氣體,、粉塵及氣體參數(shù)影響溶解吸附泄漏導(dǎo)致氣體信息失真；測(cè)量值為探頭位置局部濃度,；背景氣體,、粉塵及氣體參數(shù)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性
連續(xù)性連續(xù)測(cè)量間斷測(cè)量：反吹時(shí)無(wú)法測(cè)量
可靠性無(wú)運(yùn)動(dòng)器件，可靠性高較多運(yùn)動(dòng)部件,，可靠性低
測(cè)量參數(shù)可同時(shí)測(cè)量氣體濃度,、溫度、流速等參數(shù)只能測(cè)量氣體濃度
介質(zhì)干擾不受背景氣體交叉干擾,；自動(dòng)修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾受背景氣體的交叉干擾,，無(wú)法定量修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾
標(biāo)定維護(hù)標(biāo)定：3~4次/年；維護(hù)：3~4次/年,，自動(dòng)提示標(biāo)定：一個(gè)月2~3次,；維護(hù)：經(jīng)常
運(yùn)行費(fèi)用無(wú)需備品備件；運(yùn)行費(fèi)用接近于零（僅為電費(fèi)）需要較多備品備件,；年費(fèi)用一般為系統(tǒng)成本的20%左右
