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紅外氣體分析器的發(fā)展及工程應(yīng)用研究
閱讀：738 發(fā)布時(shí)間：2010-11-26
紅外氣體分析器的發(fā)展及工程應(yīng)用研究
2010-11-19來(lái)源：河南兄弟儀器設(shè)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(jù)朗伯－比爾定律，特征吸收強(qiáng)度與氣體濃度成正比例關(guān)系。據(jù)此原理設(shè)計(jì)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(cè)氣體組分的濃度，是一類(lèi)非常重要、非常經(jīng)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(dòng)能級(jí)的基頻吸收譜線(xiàn)，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(shí)現(xiàn)背景氣體對(duì)測(cè)量分析基本沒(méi)有影響。精心設(shè)計(jì)的紅外氣體分析器具有很好的穩(wěn)定性，能用于連續(xù)分析氣體濃度，適合在線(xiàn)測(cè)量。
紅外線(xiàn)氣體分析器主要應(yīng)用領(lǐng)域：
◇ 石油、化工、發(fā)電廠(chǎng)、冶金焦碳等工業(yè)過(guò)程控制
◇ 大氣及污染源排放監(jiān)測(cè)等環(huán)保領(lǐng)域
◇ 飯店、大型會(huì)議中心等公共場(chǎng)所的空氣監(jiān)測(cè)
◇ 農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科研等領(lǐng)域
例如：（1）合成氨流程的醇化塔進(jìn)（出）口，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（2）甲醇生產(chǎn)流程的脫碳工段，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（3）環(huán)保排放監(jiān)測(cè)，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(jié)構(gòu)
紅外氣體分析器由光學(xué)部件和測(cè)量電路構(gòu)成，測(cè)量電路的結(jié)構(gòu)由光學(xué)部件及系統(tǒng)功能決定。光學(xué)部件通常由紅外輻射光源、通過(guò)樣氣的測(cè)量氣室、紅外檢測(cè)器等構(gòu)成，通常稱(chēng)為紅外三大部件。
3.1 紅外輻射光源
在線(xiàn)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(zhǎng)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(gè)微米，如2～5μm就是其中的一種。
（1）連續(xù)光源
發(fā)出的光能量是連續(xù)不斷的。由電機(jī)帶動(dòng)的切光片對(duì)光線(xiàn)調(diào)制，產(chǎn)生特定頻率的紅外輻射光。
采用同步電機(jī)作為切光電機(jī)的分析器要求電源頻率在較窄范圍，如50±0.5Hz，超出規(guī)定的范圍，會(huì)產(chǎn)生電源頻率影響誤差。
（2）斷續(xù)光源
發(fā)出的光能量是隨時(shí)間變化的，例如脈沖光源。通過(guò)控制輸入光源的電信號(hào)（電壓或電流）的頻率，可以產(chǎn)生特定頻率的紅外輻射光。
3.2 氣室
抽取式測(cè)量的紅外儀器需要?dú)馐?，而原位式和開(kāi)放式紅外氣體分析器可以不需要?dú)馐?。雙光路分析器的氣室分為測(cè)量氣室和參比氣室，測(cè)量氣室連續(xù)地通過(guò)待測(cè)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(cè)量氣室，沒(méi)有參比氣室。
3.3 紅外檢測(cè)器
紅外氣體分析器的檢測(cè)器用于檢測(cè)通過(guò)氣室的紅外光能，檢測(cè)器分為兩種類(lèi)型：氣動(dòng)檢測(cè)器和固體檢測(cè)器。氣動(dòng)檢測(cè)器主要有薄膜微音檢測(cè)器和微流量檢測(cè)器；固體檢測(cè)器主要有光電導(dǎo)檢測(cè)器、熱釋電檢測(cè)器和熱電堆檢測(cè)器。
4 在線(xiàn)紅外氣體分析器的發(fā)展
在線(xiàn)紅外氣體分析器早在二十世紀(jì)七十年代就已經(jīng)在工業(yè)流程中廣泛應(yīng)用，當(dāng)時(shí)的分析器都是模擬式儀表?；谀M元件的分段線(xiàn)性化設(shè)計(jì)無(wú)法*解決紅外分析的非線(xiàn)性問(wèn)題（朗伯－比爾定律表明紅外分析存在非線(xiàn)性），分析器指針式顯示，不具有通信功能，常只具有電流環(huán)輸出功能。
二十世紀(jì)八十年代末九十年代初，紅外氣體分析器出現(xiàn)數(shù)字化的技術(shù)升級(jí)。信號(hào)經(jīng)放大濾波之后送入微處理器，由微處理完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、線(xiàn)性化、濃度分析、溫度補(bǔ)償、壓力補(bǔ)償和輸出顯示，采用分段線(xiàn)性或其它軟件算法實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性化，很好解決了非線(xiàn)性問(wèn)題。環(huán)境溫度和大氣壓力的補(bǔ)償也容易實(shí)現(xiàn)，減小了外部環(huán)境對(duì)分析過(guò)程的影響。液晶顯示和菜單操作實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)接口，提供豐富的顯示信息，操作簡(jiǎn)單方便。數(shù)字式通信功能更方便了系統(tǒng)集成，數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為分析器增添了強(qiáng)大的功能，是未來(lái)分析器發(fā)展的趨勢(shì)。