第九章紅外線氣體分析儀

1、8.4.1 測(cè)量原理測(cè)量原理8.4.2 紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)8.4.3 紅外線分析儀的應(yīng)用紅外線分析儀的應(yīng)用下一頁(yè)返 回l紅外線一般指波長(zhǎng)從紅外線一般指波長(zhǎng)從0.76m至至1000m范圍內(nèi)范圍內(nèi)的電磁幅射。在紅外線氣體分析儀器中實(shí)際使的電磁幅射。在紅外線氣體分析儀器中實(shí)際使用的紅外線波長(zhǎng)大約在用的紅外線波長(zhǎng)大約在150m。l紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀是利用不同氣體對(duì)紅外波長(zhǎng)是利用不同氣體對(duì)紅外波長(zhǎng)的電磁波能量具有特殊吸收特性的原理而進(jìn)行的電磁波能量具有特殊吸收特性的原理而進(jìn)行氣體成分和含量分析的儀器。氣體成分和含量分析的儀器。l吸收吸收：紅外線通過(guò)某些物質(zhì)時(shí)，其中一些

2、頻率：紅外線通過(guò)某些物質(zhì)時(shí)，其中一些頻率的光強(qiáng)度大為減弱甚至消失。的光強(qiáng)度大為減弱甚至消失。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l光輻射的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的分子或原子中去。這樣，某光輻射的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的分子或原子中去。這樣，某些頻率的光能減少，而物質(zhì)的分子或原子則由最低能級(jí)些頻率的光能減少，而物質(zhì)的分子或原子則由最低能級(jí)E0（基態(tài)）躍進(jìn)到較高能級(jí)（基態(tài)）躍進(jìn)到較高能級(jí)E1（激發(fā)態(tài)）。（激發(fā)態(tài)）。l原子、分子或離子具有不連續(xù)的、數(shù)目有限的能級(jí)。原子、分子或離子具有不連續(xù)的、數(shù)目有限的能級(jí)。l因此，物質(zhì)僅能吸收與兩個(gè)能級(jí)之差因此，物質(zhì)僅能吸收與兩個(gè)能級(jí)之差E1-E0相同或?yàn)槠湔嗤驗(yàn)槠湔麛?shù)倍的能量，即數(shù)倍的能量

3、，即hchEE01各種原子或分子所具有的能級(jí)數(shù)目和能級(jí)間的能量差不同，各種原子或分子所具有的能級(jí)數(shù)目和能級(jí)間的能量差不同，所以它們對(duì)光輻射的吸收情況也各不相同，從而形成不同所以它們對(duì)光輻射的吸收情況也各不相同，從而形成不同的的特征吸收峰特征吸收峰。大部分的有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)都。大部分的有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)都有其特征吸收峰，有的氣體還有兩個(gè)或多個(gè)特征吸收峰。有其特征吸收峰，有的氣體還有兩個(gè)或多個(gè)特征吸收峰。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l單色平行光通過(guò)均勻介質(zhì)時(shí)能量被介質(zhì)吸收的規(guī)律單色平行光通過(guò)均勻介質(zhì)時(shí)能量被介質(zhì)吸收的規(guī)律 l光強(qiáng)度為光強(qiáng)度為I0 的單色平行光通過(guò)均勻介質(zhì)

4、后，剩余光強(qiáng)的單色平行光通過(guò)均勻介質(zhì)后，剩余光強(qiáng)度的大小隨著介質(zhì)濃度度的大小隨著介質(zhì)濃度c和光程和光程l按指數(shù)規(guī)律衰減。按指數(shù)規(guī)律衰減。l吸收系數(shù)吸收系數(shù)k的大小取決于介質(zhì)的特性，不同介質(zhì)有不同的大小取決于介質(zhì)的特性，不同介質(zhì)有不同的的k值，而一種介質(zhì)的值，而一種介質(zhì)的k值又會(huì)隨著光的波長(zhǎng)值而變化。值又會(huì)隨著光的波長(zhǎng)值而變化。因此，對(duì)于不同的介質(zhì)或不同波長(zhǎng)的光，吸收的光強(qiáng)因此，對(duì)于不同的介質(zhì)或不同波長(zhǎng)的光，吸收的光強(qiáng)也是不同的。也是不同的。 kcleII0上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l用人工的方法制造一個(gè)包括被測(cè)氣體特征吸收峰波長(zhǎng)用人工的方法制造一個(gè)包括被測(cè)氣體特征吸收峰波長(zhǎng)在內(nèi)的連續(xù)光譜輻射源，讓這個(gè)

5、光譜通過(guò)固定長(zhǎng)度的在內(nèi)的連續(xù)光譜輻射源，讓這個(gè)光譜通過(guò)固定長(zhǎng)度的含有被測(cè)氣體的混合組分，在混合組分的氣體層中，含有被測(cè)氣體的混合組分，在混合組分的氣體層中，被測(cè)氣體的濃度不同，吸收固定波長(zhǎng)紅外線的能量也被測(cè)氣體的濃度不同，吸收固定波長(zhǎng)紅外線的能量也不相同，繼而轉(zhuǎn)換成的熱量也不同。不相同，繼而轉(zhuǎn)換成的熱量也不同。l在一個(gè)特制的紅外檢測(cè)器中，再將熱量轉(zhuǎn)換成溫度或在一個(gè)特制的紅外檢測(cè)器中，再將熱量轉(zhuǎn)換成溫度或壓力，測(cè)量這個(gè)溫度和壓力，就可以準(zhǔn)確地測(cè)量被分壓力，測(cè)量這個(gè)溫度和壓力，就可以準(zhǔn)確地測(cè)量被分析氣體的濃度。析氣體的濃度。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回工業(yè)紅外線氣體分析儀主要用于測(cè)量混合氣體中某工業(yè)紅外線

6、氣體分析儀主要用于測(cè)量混合氣體中某種組分的濃度，它的種類(lèi)很多種組分的濃度，它的種類(lèi)很多。從從物理特性物理特性上可分上可分：分光式及非分光式；分光式及非分光式；從從測(cè)量方法測(cè)量方法上可分上可分：直讀式和補(bǔ)償式；直讀式和補(bǔ)償式；從從光學(xué)結(jié)構(gòu)光學(xué)結(jié)構(gòu)上可分上可分：?jiǎn)喂馐半p光束。單光束及雙光束。非分光直讀式雙光束紅外線分析儀優(yōu)點(diǎn)非分光直讀式雙光束紅外線分析儀優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以測(cè)量靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以測(cè)量微量和常量等，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。微量和常量等，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1. 1. 雙光束直讀式紅外線氣體分析儀雙光束直讀式紅外線氣體分析儀

7、測(cè)量過(guò)程測(cè)量過(guò)程 2 2雙光束直讀式紅外線氣體分析儀雙光束直讀式紅外線氣體分析儀基本部件結(jié)構(gòu)基本部件結(jié)構(gòu) （1 1）光源和調(diào)制器）光源和調(diào)制器 （2 2）氣室和濾光器）氣室和濾光器 （3 3）檢測(cè)器）檢測(cè)器 3. 3. 具有雙層檢測(cè)氣室和光耦合器紅外線氣體分析儀具有雙層檢測(cè)氣室和光耦合器紅外線氣體分析儀測(cè)量原理測(cè)量原理 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1-光源；光源；2-切光片；切光片；3-同步電機(jī)；同步電機(jī)；4-測(cè)量氣室；測(cè)量氣室；5-參比氣室；參比氣室；6-濾光氣室；濾光氣室；7-檢測(cè)氣室；檢測(cè)氣室；8-前置放大器；前置放大器；9-主放大器；主放大器；10-記錄器記錄器（1）光源和調(diào)制

8、器）光源和調(diào)制器 （2）氣室和濾光器）氣室和濾光器 （3）檢測(cè)器）檢測(cè)器 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l光源的任務(wù)光源的任務(wù)：產(chǎn)生具有一定調(diào)制頻率（：產(chǎn)生具有一定調(diào)制頻率（212HZ）、兩）、兩束能量相等且穩(wěn)定的平行紅外光束束能量相等且穩(wěn)定的平行紅外光束 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1-反光鏡；反光鏡；2-光源；光源；3-切光片；切光片；4-同步電機(jī)同步電機(jī) 氣室包括測(cè)量氣室、參比氣室和濾光氣室。結(jié)構(gòu)圓筒形，氣室包括測(cè)量氣室、參比氣室和濾光氣室。結(jié)構(gòu)圓筒形，除測(cè)量氣室有氣樣進(jìn)出口之外，參比氣室和過(guò)濾氣室都是除測(cè)量氣室有氣樣進(jìn)出口之外，參比氣室和過(guò)濾氣室都是密封的，所有氣室內(nèi)壁非常光潔，要求不吸收紅外線，不密封的，

9、所有氣室內(nèi)壁非常光潔，要求不吸收紅外線，不能吸附氣體，對(duì)氣體不起任何化學(xué)作用。測(cè)量氣室長(zhǎng)度與能吸附氣體，對(duì)氣體不起任何化學(xué)作用。測(cè)量氣室長(zhǎng)度與濃度成反比。濃度成反比。 濾光氣室封入一定濃度的干擾組分，它的長(zhǎng)度由封入干擾濾光氣室封入一定濃度的干擾組分，它的長(zhǎng)度由封入干擾組分的濃度決定，有的分析儀不采用濾光氣室，而用濾光組分的濃度決定，有的分析儀不采用濾光氣室，而用濾光片將干擾組分特征吸收波長(zhǎng)全部濾去，這種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。片將干擾組分特征吸收波長(zhǎng)全部濾去，這種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。 氣室兩端用透光材料密封，它既保證氣室的密封性，又具氣室兩端用透光材料密封，它既保證氣室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各種透光

10、材料允許透過(guò)光波長(zhǎng)的有良好的透光性，并且因各種透光材料允許透過(guò)光波長(zhǎng)的不同，又起到了濾光作用，常用的透光材料有藍(lán)寶石不同，又起到了濾光作用，常用的透光材料有藍(lán)寶石（Al2O3）、氟化鋰（）、氟化鋰（LiF）等。）等。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1窗口的光學(xué)玻璃，窗口的光學(xué)玻璃，2殼體，殼體，3薄膜，其下部帶有薄膜，其下部帶有 電容傳感器的動(dòng)片，電容傳感器的動(dòng)片，4電容傳感器的定片電容傳感器的定片5絕緣體絕緣體6支架支架7和和8 兩個(gè)氣室兩個(gè)氣室9后蓋后蓋10密封墊圈密封墊圈 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回檢測(cè)器兩氣室所充的氣體就是需要測(cè)量的氣體，一般用中性檢測(cè)器兩氣室所充的氣體就是需要測(cè)量的氣體，一般用中性氣體氮?dú)?/p>

11、（氣體氮?dú)猓∟2）或氬氣（）或氬氣（Ar）與被測(cè)氣體制成一定濃度）與被測(cè)氣體制成一定濃度的混合氣體充入檢測(cè)室中。的混合氣體充入檢測(cè)室中。 被測(cè)氣體的濃度不要太高。被測(cè)氣體的濃度不要太高。若濃度太高，紅外線中某一波長(zhǎng)的能量在檢測(cè)氣室窗口鏡片附近若濃度太高，紅外線中某一波長(zhǎng)的能量在檢測(cè)氣室窗口鏡片附近就會(huì)全部被吸收，而不能深入到檢測(cè)氣室的下層，此時(shí)局部溫度就會(huì)全部被吸收，而不能深入到檢測(cè)氣室的下層，此時(shí)局部溫度雖然相對(duì)高些，但窗口向四周的對(duì)流換熱和檢測(cè)氣室壁的傳導(dǎo)換雖然相對(duì)高些，但窗口向四周的對(duì)流換熱和檢測(cè)氣室壁的傳導(dǎo)換熱損失會(huì)加大，檢測(cè)器的靈敏度就會(huì)下降。熱損失會(huì)加大，檢測(cè)器的靈敏度就會(huì)下降。

12、檢測(cè)氣室的密封極為重要檢測(cè)氣室的密封極為重要 檢測(cè)氣室動(dòng)片和定片之間必須保持很高的絕緣性，因此對(duì)封入的檢測(cè)氣室動(dòng)片和定片之間必須保持很高的絕緣性，因此對(duì)封入的氣體要進(jìn)行深度的干燥。氣體要進(jìn)行深度的干燥。 檢測(cè)器使用一段時(shí)間后，靈敏度會(huì)下降，可經(jīng)過(guò)重新充氣，方可檢測(cè)器使用一段時(shí)間后，靈敏度會(huì)下降，可經(jīng)過(guò)重新充氣，方可繼續(xù)使用。繼續(xù)使用。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：選擇性好，靈敏度高，測(cè)量范圍廣，精選擇性好，靈敏度高，測(cè)量范圍廣，精度較高，常量為度較高，常量為12.5級(jí)，低濃度（級(jí)，低濃度（ppm）為）為25級(jí)，響應(yīng)速度快。級(jí)，響應(yīng)速度快。 能吸收紅外線的能吸收紅外線的CO、CO2、CH4、SO2等氣等氣體、液體都可以進(jìn)行分析。體、液體都可以進(jìn)行分析。應(yīng)用：應(yīng)用：