Инфракрасный газоанализатор

Инфракрасное излучение - это невидимый свет с длиной волны от 0,78 до 1000 микрон. Он находится за пределами границ красного света, поэтому его называют инфракрасным. Инфракрасные лучи можно разделить на три части: ближний инфракрасный, длина волны от 0,75 до 1,50 мкм; Средний инфракрасный диапазон, длина волны от 1,50 до 6,0 мкм; Дальний инфракрасный диапазон, длина волны от 6,0 до 1000 мкм.

Длина волны - в направлении распространения света расстояние между двумя соседними световыми волнами и фазовыми точками называется длиной волны.

Количество волн - параметр, описывающий инфракрасное излучение, относится к числу инфракрасных волн, содержащихся в длине каждого сантиметра.

Частота - количество недель колебаний световых волн в единицу времени.

Фотонная энергия - энергия, излучаемая, распространяемая или принимаемая световыми волнами в форме излучения, выраженная в E в единицах J.

Характерные длины волн поглощения - в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах инфракрасное излучение имеет меньшую энергию и не может вызвать переход на электронный уровень в молекуле, но может быть поглощено только молекулой образца, вызывая скачок на уровне молекулярной вибрации, поэтому спектр инфракрасного поглощения также известен как спектр молекулярной вибрации. Когда энергия инфракрасного излучения на определенной длине волны равна разнице в энергии определенного молекулярного вибрационного уровня, она поглощается этой молекулой и производит соответствующий скачок вибрационного уровня, который называется характерной длиной волны поглощения этой молекулы.

　　2.1Инфракрасный газоанализаторОсновные принципы

Принцип его работы основан на избирательном поглощении инфракрасных лучей определенными газами. Инфракрасные анализаторы обычно используют длину волны инфракрасного излучения 2 ~ 12 мкм. Проще говоря, измеренный газ непрерывно проходит через контейнер определенной длины и объема, попадает в луч инфракрасного света с одной стороны одного из двух торцов, которые могут просвечиваться контейнером, затем интенсивность инфракрасного излучения измеряется на другом торце, а затем концентрация измеренного газа определяется пропорционально поглощению инфракрасного излучения концентрации поглощающего вещества.

Закон Ламбера - Билла - его физическое значение заключается в том, что, когда параллельный монохромный свет проходит вертикально через равномерно нераспределенное поглощающее вещество, его поглощение пропорционально концентрации поглощающего вещества и толщине поглощающего слоя. Это основа измерения инфракрасного газоанализатора.

2.2 Особенности инфракрасного газоанализатора

1 Способность измерять различные газы

В дополнение к одноатомным инертным газам и двухатомным молекулярным газам с симметричной структурой без полярности, неорганические вещества, такие как CO, CO2, NO, NO2, NH3, алкильные углеводороды, такие как CH4, C2H4, олефины и другие углеводороды и органические вещества, могут быть измерены инфракрасными анализаторами;

2 Широкий диапазон измерений

Максимальная концентрация анализируемого газа составляет 100%, а нижняя - несколько ppm. После уточнения можно также провести анализ следов;

3 Высокая чувствительность к мониторингу, небольшие изменения концентрации газа могут быть различимы;

4 Высокая точность измерений

Как правило, в + / - 2% FS, многие продукты достигли + / - 1% FS. По сравнению с другими методами анализа, его точность выше и стабильность хороша;

5 Быстрая реакция

Время отклика обычно находится в пределах 10S.

6 Хорошая селективность.

Инфракрасный анализатор имеет высокий коэффициент селективности, поэтому он особенно подходит для измерения одного из подлежащих анализу компонентов в многокомпонентной смеси и не влияет на измерение анализируемого компонента при изменении концентрации одного или нескольких компонентов в смеси.

2.3 Основная структура и основные компоненты инфракрасного анализатора

Инфракрасный газоанализатор, как правило, состоит из двух частей: газового канала и цепи, его контактные части газового пути и цепи также являются основной частью передатчика, передатчик является « сердцем» инфракрасного анализатора, который преобразует изменение концентрации измеренного компонента в изменение определенных электрических параметров и через соответствующую цепь в напряжение или выход тока. Отправитель состоит из двух частей: оптической системы и детектора, основными компонентами являются: инфракрасные источники излучения, газовые камеры и фильтры, детекторы

Принцип измерения

Одна из них - измерительная, другая - эталонная. Обе камеры открывают и закрывают световые пути одновременно или поочередно через режущие пластины в течение определенного периода времени. После ввода измеренного газа в измерительную камеру свет с измеренной длиной волны газа поглощается, что уменьшает поток света, идущий в инфракрасную приемную камеру через оптический путь измерительной камеры. Чем выше концентрация газа, тем меньше поток света поступает в приемную камеру инфракрасного излучения; Световой поток, проходящий через эталонную камеру, является определенным, и поток света, входящий в инфракрасную приемную камеру, также должен быть определенным. Таким образом, чем выше концентрация измеряемого газа и чувствительности, тем больше разница в световом потоке, проходящем через измерительную и эталонную камеры. Эта разница в световом потоке проецируется в инфракрасную приемную камеру с амплитудой периодической вибрации. Приемная камера разделена пополам металлической пленкой толщиной в несколько микрон, внутреннее герметичное отверстие имеет большую концентрацию испускаемого компонента газа, в диапазоне длин волн поглощения может полностью поглощать инфракрасный луч, таким образом, пульсирующий поток света преобразуется в периодическое изменение температуры, затем изменение температуры может быть преобразовано в изменение давления в соответствии с газообразным уравнением, а затем измерено конденсаторным датчиком, после увеличения, чтобы указать измеренную концентрацию газа.

2.4 Основные компоненты передатчика

Источник света

В зависимости от структуры источника света его можно разделить на два типа: один и два. Классификация по светящимся телам, в основном следующие виды: сплавные источники света, керамические источники света, лазерные источники света

Фоторезка

Функция фоторезания заключается в преобразовании инфракрасного света источника излучения в прерывистый свет, то есть в модуляцию инфракрасного света. Цель модуляции - сделать сигнал, генерируемый детектором, сигналом переменного тока, облегчить усиление усилителя и улучшить временные характеристики реакции детектора.

Газовая камера

Газовая камера в инфракрасном анализаторе включает в себя измерительную газовую камеру, эталонную газовую камеру и фильтрующую газовую камеру, их структура в основном одинакова, все цилиндрические, оба конца запечатаны чипом. Газовая камера требует высокой чистоты внутренней стенки, не поглощает инфракрасные лучи, не адсорбирует газ, химические свойства стабильны. Материалы газовой камеры с латунным покрытием, стеклянным покрытием или алюминиевым сплавом, поверхность внутренней стенки требует полировки. Химические свойства золота чрезвычайно стабильны, внутренняя стенка газовой камеры никогда не окисляется, поэтому она может поддерживать высокий коэффициент отражения. Оконные материалы, обычно используемые в газовых камерах: пропускание фторида лития ограничено 6,5 мкм, пропускание фторида кальция - 13 мкм, пропускание сапфира - 5,5 мкм, пропускание расплавленного кварца - 4,5 мкм и пропускание хлорида натрия - 25 мкм. Контрольная газовая камера и фильтровальная камера герметичны и не могут быть демонтированы. Измерительная газовая камера может быть загрязнена, использование резинового уплотнения, обратите внимание на техническое обслуживание и регулярную замену, загрязнение пластины пылью, грязью, волосами вызовет снижение чувствительности, погрешность измерения и увеличение дрейфа нуля, поэтому необходимо поддерживать чистоту чипа, можно мазать зеркальной бумагой или шелковой тканью, обратите внимание, чтобы не касаться поверхности чипа вручную.

Фильтр

Фильтр - это оптический фильтр. Он работает на основе различных оптических явлений (поглощение, интерференция, избирательное отражение, поляризация и т.д.). Использование фильтров может изменять энергию излучения и спектральный состав измеренной газовой камеры, устранять или уменьшать влияние рассеяния и поглощения излучения компонентами помех, а также пропускать инфракрасное излучение с характерной длиной волны поглощения. Интерферометрический фильтр - это полосовой фильтр, изготовленный из интерференционных явлений, когда свет проходит через пленку. Интерферометрический фильтр может получить более узкую полосу пропускания, длина волны через которую может быть отрегулирована скоростью преломления, толщиной и уровнем материала покрытия.

Детектор

Детектор тонкопленочных конденсаторов, детектор полупроводников, детектор микропотока.

Принцип работы тонкопленочного конденсатора, характеристики.

Тонкопленочный конденсаторный боковой аппарат, также известный как тонкопленочный микрофон, состоит из металлических тонкопленочных динамических полюсов и постоянных полюсов, состоящих из конденсаторов, которые, когда давление газа в приемной камере изменяется под влиянием энергии инфракрасного излучения, толкают конденсаторные подвижные пластины относительно статора, изменяют концентрацию измеренных компонентов в конденсаторные изменения.

Характеристики: Изменение температуры оказывает небольшое влияние, хорошая избирательность, высокая чувствительность. Недостатком является то, что пленка уязвима для механической вибрации, частота модуляции не может быть увеличена, изготовление усилителя сложнее, размер больше и так далее.

Принцип работы полупроводниковых детекторов, особенности

Полупроводниковый детектор изготовлен по принципу полупроводникового фотоэлектрического эффекта. Когда красный свет попадает на полупроводник, он поглощает фотонную энергию, чтобы изменить состояние электрона, создавая свободные электроны или свободные отверстия, вызывая изменения в проводимости, то есть изменения в значениях сопротивления, поэтому его также называют детектором фотоэлектрической проводимости или фоторезистором.

Характеристики: Простая структура, легкое изготовление, малый размер, длительный срок службы, быстрый ответ. Можно использовать более высокую частоту модуляции, что облегчает изготовление усилителей. Он используется в сочетании с узкополосным интерферометрическим фильтром и может быть изготовлен из универсального инфракрасного детектора с сильным и быстрым откликом. При изменении компонентов измерения достаточно изменить длину волны прохождения интерферометрического фильтра и шкалу прибора. Недостатком является то, что сурьмянид индия сильно подвержен изменениям температуры.

Принципы и характеристики микродетектора

Микропроцессорный детектор - это новый детектор для измерения потока крошечного газа, датчик которого состоит из двух миниатюрных резисторов тепловой проволоки и двух других вспомогательных резисторов, образующих мост Уистона. Сопротивление тепловой проволоки нагревается до определенной температуры, когда газ проходит, забирая часть тепла, чтобы охладить тепловую проволоку, изменение сопротивления, через мост в сигнал напряжения.

Характеристики: дешевая цена, уменьшение объема оптической системы, надежность, виброустойчивость и другие характеристики улучшаются.

2.5 Тип конструкции инфракрасного газоанализатора

От того, превращает ли инфракрасный свет в монохромный, его можно разделить на спектральные (дисперсионные) и нераспределенные (нераспределенные) типы.

Преимущества спектрального типа: хорошая избирательность, высокая чувствительность; Недостатком является то, что энергия после разделения света мала, и небольшое смещение любого элемента системы разделения света влияет на длину волны разделения света.

Преимущества светящихся типов: высокая чувствительность, высокое отношение сигнала к шуму и хорошая стабильность. Недостаток заключается в том, что при перекрывающихся пиках поглощения между компонентами испытуемых образцов возникают помехи для измерений.

Оптические системы делятся на два типа: двойной и одиночный.

Двойной канал излучает два параллельных инфракрасных луча из двух одинаковых источников света или точно распределенного источника света и входит в детектор после анализа газовой камеры и эталонной газовой камеры по одному и тому же геометрическому каналу света.

Однолучевой инфракрасный свет, излучаемый одним световым каналом из источника света, проходит только по одному геометрическому пути. Тем не менее, для детектора, по - прежнему принимаются два инфракрасных луча различной длины волны, только чтобы достичь детектора в разное время, он использует вращение модулирующего диска, чтобы настроить свет, излучаемый источником света, в инфракрасный луч разной длины волны, по очереди анализируя газовую камеру, отправленную в детектор, для достижения временного двойного света.

По типу используемого детектора, в настоящее время в основном существуют тонкопленочные конденсаторные детекторы, полупроводниковые детекторы, микродетекторы потока.

2.6 Основные элементы и требования к настройке инфракрасного газоанализатора

Регулировка фазового равновесия регулирует положение оси режущей пластины, так что она находится в точке симметрии двух пучков инфракрасного света. Требуется, чтобы срез одновременно блокировал или пропускал два источника света, так называемую синхронизацию, так что две световые дорожки действуют на две стороны окна камеры детектора с равной площадью света.

Корректировка баланса оптического пути регулирует эксцентричный затенение эталонного пути, изменяет световой поток эталонного пути, так что измеренная и эталонная световая энергия двух световых путей равна.

Калибровка нуля и диапазона, соответственно, пропускает нулевой газ и измерительный газ, многократно калибрует нулевую точку и диапазон прибора.

2.7 Частые неисправности и их устранение

Инфракрасные газоанализаторы имеют множество типов, а методы устранения неполадок и устранения неполадок различны. В таблице ниже перечислены некоторые общие неисправности и способы их устранения для справки:

Неравномерные помехи светового пути:

Когда инфракрасный газоанализатор нагревается и входит в азот, выход большой, что связано с дисбалансом фазы срезанной пластины и дисбалансом оптического пути, поэтому просто отрегулируйте кнопку регулировки фазы, чтобы сделать выход небольшим, а затем отрегулируйте кнопку балансировки оптического пути, чтобы сделать выход минимальным. Затем с нулевой точкой газа и измерительного газа, многократно откалибруйте нулевую точку и диапазон прибора.

Влажные помехи:

Если в нулевой точке газа есть вода, инфракрасный газоанализатор после калибровки, это вызовет отрицательную ошибку, в ближней инфракрасной области, вода имеет непрерывный характеристический спектр поглощения, если калиброванный нулевой газ содержит воду, это приведет к отрицательному отклонению нулевого положения прибора, после калибровки значение индикатора прибора должно быть ниже фактического значения, что приводит к отрицательной ошибке.

Помехи от изменения температуры:

Процесс обнаружения инфракрасным газоанализатором должен проводиться при постоянной температуре. Изменение температуры окружающей среды напрямую повлияет на стабильность инфракрасного источника света, повлияет на интенсивность инфракрасного излучения, повлияет на измерение плотности образца газа непрерывного потока в газовой камере, а также напрямую повлияет на нормальную работу детектора. Если температура значительно превышает нормальное состояние, выходное сопротивление детектора падает, что приводит к тому, что прибор не работает должным образом и даже повреждает детектор. Инфракрасные анализаторы, как правило, имеют устройства управления температурой и схемы защиты от перегрева, и даже в этом случае некоторые приборы, особенно микроанализаторы, также могут наблюдать влияние изменения температуры окружающей среды на обнаружение, особенно когда температура окружающей среды выше летом. В этом случае необходимо изменить температуру окружающей среды, и одним из решений является установка кондиционера воздуха.

Помехи от колебаний атмосферного давления:

Атмосферное давление меняется даже в одном и том же регионе и в один и тот же день. В случае резкого изменения погоды изменения будут более значительными. Это изменение атмосферного давления оказывает непосредственное влияние на скорость воздушного потока образца. Образец газа, непосредственно выпущенный после измерения газовой камеры, изменяет плотность образца в газовой камере в зависимости от изменения атмосферного давления, что приводит к дополнительной ошибке.

　　

　　​