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紅外氣體分析器的發展及工程應用研究
閱讀：741 發布時間：2010-11-26
紅外氣體分析器的發展及工程應用研究
2010-11-19來源：河南兄弟儀器設備有限公司www.xiongdiyiqi.com
光譜吸收法表明許多氣體分子在紅外波段存在特征吸收；根據朗伯－比爾定律，特征吸收強度與氣體濃度成正比例關系。據此原理設計而成的紅外氣體分析器可用于分析混合氣體中某種或某幾種待測氣體組分的濃度，是一類非常重要、非常經典的氣體分析器[1,2]。基于氣體的紅外吸收光譜特性，非單元素的極性氣體分子在中紅外（2.5～25μm）波段存在著分子振動能級的基頻吸收譜線，因此紅外氣體分析器靈敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析；且選擇性好，可以實現背景氣體對測量分析基本沒有影響。精心設計的紅外氣體分析器具有很好的穩定性，能用于連續分析氣體濃度，適合在線測量。
紅外線氣體分析器主要應用領域：
◇ 石油、化工、發電廠、冶金焦碳等工業過程控制
◇ 大氣及污染源排放監測等環保領域
◇ 飯店、大型會議中心等公共場所的空氣監測
◇ 農業、醫療衛生和科研等領域
例如：（1）合成氨流程的醇化塔進（出）口，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（2）甲醇生產流程的脫碳工段，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（3）環保排放監測，用紅外氣體分析器分析SO2和NOx。
3 紅外氣體分析器的基本結構
紅外氣體分析器由光學部件和測量電路構成，測量電路的結構由光學部件及系統功能決定。光學部件通常由紅外輻射光源、通過樣氣的測量氣室、紅外檢測器等構成，通常稱為紅外三大部件。
3.1 紅外輻射光源
在線紅外氣體分析器主要使用廣譜（寬譜）光源。廣譜光源的光譜覆蓋波長從1μm到15～20μm，通常使用范圍為2-12um。寬譜光源的譜帶寬度通常在幾個微米，如2～5μm就是其中的一種。
（1）連續光源
發出的光能量是連續不斷的。由電機帶動的切光片對光線調制，產生特定頻率的紅外輻射光。
采用同步電機作為切光電機的分析器要求電源頻率在較窄范圍，如50±0.5Hz，超出規定的范圍，會產生電源頻率影響誤差。
（2）斷續光源
發出的光能量是隨時間變化的，例如脈沖光源。通過控制輸入光源的電信號（電壓或電流）的頻率，可以產生特定頻率的紅外輻射光。
3.2 氣室
抽取式測量的紅外儀器需要氣室，而原位式和開放式紅外氣體分析器可以不需要氣室。雙光路分析器的氣室分為測量氣室和參比氣室，測量氣室連續地通過待測樣氣，參比氣室*密封并充有中性氣體（多為N2）。單光路分析器的氣室只有測量氣室，沒有參比氣室。
3.3 紅外檢測器
紅外氣體分析器的檢測器用于檢測通過氣室的紅外光能，檢測器分為兩種類型：氣動檢測器和固體檢測器。氣動檢測器主要有薄膜微音檢測器和微流量檢測器；固體檢測器主要有光電導檢測器、熱釋電檢測器和熱電堆檢測器。
4 在線紅外氣體分析器的發展
在線紅外氣體分析器早在二十世紀七十年代就已經在工業流程中廣泛應用，當時的分析器都是模擬式儀表。基于模擬元件的分段線性化設計無法*解決紅外分析的非線性問題（朗伯－比爾定律表明紅外分析存在非線性），分析器指針式顯示，不具有通信功能，常只具有電流環輸出功能。
二十世紀八十年代末九十年代初，紅外氣體分析器出現數字化的技術升級。信號經放大濾波之后送入微處理器，由微處理完成模數轉換、線性化、濃度分析、溫度補償、壓力補償和輸出顯示，采用分段線性或其它軟件算法實現線性化，很好解決了非線性問題。環境溫度和大氣壓力的補償也容易實現，減小了外部環境對分析過程的影響。液晶顯示和菜單操作實現良好的人機接口，提供豐富的顯示信息，操作簡單方便。數字式通信功能更方便了系統集成，數字化、智能化和網絡化為分析器增添了強大的功能，是未來分析器發展的趨勢。