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安徽美康儀表自動化有限公司
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紅外線氣體分析儀的類型
2021-9-26 閱讀(1613)
目前使用的紅外線氣體分析儀類型很多，分類方法也較多。
(1)采用分光技術進行分類
根據是否采用分光技術來劃分，可分為分光型（色散型）和非分光型（非色散型）兩種。
①分光型(DIR)：分光型是根據待測組分的特征吸收光譜，采用一套分光系統（可連續(xù)改變波長），使通過介質層的輻射光譜與待測組分的特征吸收光譜相吻合，以對待測組分進行定性、定量的測定。這類分析器的優(yōu)點是選擇性好，靈敏度也比較高。缺點是分光系統分光后光束的能量很小，同時介光的光學系統任一元件位置的微小變化，都會嚴重影響分光的波長。所以一直用于工作條件很好的實驗室。因此把分光型也稱為實驗室型。
②非分光型(NDIR)：光源發(fā)出的連續(xù)光譜全部都投射到被測樣品上，待測組分吸收其特征吸收波帶的紅外光，由于待測組分往往不止一個吸收帶，例如，CO2在波長為2.6-2.9um及4.1 -4.5 Lrm處具有吸收峰，因而就NDIR的檢測方式來說具有積分性質。因此非分光型儀器的靈敏度比分光型高得多，并且具有較高的信噪比和良好的穩(wěn)定性。其主要缺點是待測
樣品各組分間有交叉重疊的吸收峰時，會給測量帶來干擾，或者說其選擇性較差。但可在結構上增加干擾濾波氣室等辦法去掉這種干擾的影響。
(2)采用光學系統進行分類
根據是否采用光學系統來劃分，可以分為雙光路（雙氣室）和單光路（單氣室）兩種。
①雙光路（雙氣室）：從精確分配的一個光源，發(fā)出兩路彼此平行的紅外光束，分別通過幾何光路相同的測量氣室、參比氣室后進入檢測器。
②單光路（單氣室）：從光源發(fā)出的單束紅外光，只通過一個幾何光路（分析氣室），但是對于檢測器而言，接收到的是兩束不同波長的紅外光束，只是它們到達檢測器的時間不同而已。這是利用濾波輪的旋轉（在濾波輪上裝有干涉濾光片或漶波氣室），將光源發(fā)出的光調制成不同波長的紅外光束，輪流送往檢測器，實現時間上的雙光路。為了便于區(qū)分這種時間上的雙光路，通常將測量波長光路稱為測量通道，參比波長光路稱為參比通道。
(3)使用的檢測器類型進行分類
紅外線氣體分析儀中使用的檢測器，目前主要有薄膜電容檢測器、微流量檢測器、光電導檢測器、熱釋電檢測器4種。根據結構和工作原理上的差別，可以將其分成兩類，前兩種屬于氣動檢測器，后兩種屬于固體檢測器。
①氣動檢測器：靠氣動壓力差工作，薄膜電容檢測器中的薄膜振動靠這種壓力差驅動，微流量檢測器中的流量波動也是由這種壓力差引起的。這種壓力差來源于紅外輻射的能量差，而這種能量差是由測量光路和參比光路形成的，所以氣動檢測器一般和雙光路系統配合使用。非分光紅外( NDIR)源自氣動檢測器，氣動檢測器內密封的氣體和待測氣體相同（通常是待測氣體和氬氣的混和氣），所以光源光譜的連續(xù)輻射到達檢測器后，它只對待測氣體特征吸收波長的光譜有靈敏度，不需要分光就能得到很好的選擇性。
②匾俸檢測器：光電導檢測器和熱釋電檢測器的檢測元件均為固體器件，根據這一特征將其稱為固體檢測器。固體檢測器直接對紅外輻射能量有響應，對紅外輻肘光譜無選擇性，它對待測氣體特征吸收光譜的選擇性是借助于窄帶干涉濾光片實現的。與其配用的光學系統一般為單光路結構，靠相關濾波輪的調制形成時間上的雙光路。這種紅外分析器屬于固定分光型儀器。
由上所述可以看出，這兩類檢測器的工作原理不同，配用的光路系統結構不同，從是否需要分光的角度來看，兩者也是不同的。因此，可以將紅外線氣體分析器劃分為兩類：采用氣動檢測器的不分光型雙光路紅外分析器和采用固體檢測器的固定分光型單光路紅外分析器。
這兩類儀器相比，前者的靈敏度和檢出限明顯優(yōu)于后者，而后者的結構簡單、調整容易、體積小、價格低又勝過前者。前者是紅外線氣體分析器的傳統產品，也是目前的主流產品。
紅外線氣體分析儀的特點
紅外線氣體分析儀的主要特點為：
①能測量多種氣體：除了單原子的惰性氣體（He、Ne、Ar等）和具有對稱結構無極性的雙原子分子氣體（N2、H2、O2、CL2等）外，CO、CO2、NO、SO2、NH3等無機物、CH4、C2H4等烷烴、烯烴和其他烴類及有機物都可用紅外分析器進行測量。
②測量范圍寬：可分析氣體的上限達100%，下限達幾個ppm的濃度。當采取一定措施后，還可進行痕量（ppb級）分析。
③靈敏度高：具有很高的檢測靈敏度，能分辨出氣體濃度的微小變化。
④測量精度高：一般都在±20% FS，不少產品達到或優(yōu)于±1%FS。與其他分析手段相比，它的精度較高且穩(wěn)定性好。
⑤反應快：響應時間T90 一般在10s以內。
⑥有良好的選擇性一：紅外分析器有很高的選擇性系數，因此它特別適合于對多組分混合氣體中某一待分析組分的測量，而且當混合氣體中一種或幾種組分的濃度發(fā)生變化時，并不影響對待分析組分的測量。因此，用紅外分析器分析氣體時，只要求背景氣體（除待分析組分外的其他組分都稱為背景氣體）干燥、清潔和無腐蝕性，而對背景氣體的組成及各組分的變化要求不產，特別是采取濾光技術以后效果更好。這一點與其他分析儀器比較是一個突出的優(yōu)點。
