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红外线气体分析仪的原理

日期: 2017-02-09
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红外线是一种看不见的光,其波长范围为0.78—1000微米。它在红光界限以外,所以得名红外线。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.75~1.50μm之间;中红外线,波长为1.50~6.0μm之间;远红外线,波长为6.0~l000μm 之间。

红外线气体分析仪的原理


波长——在光的传播方向上,相邻两光波同相位点间的距离称为波长。

波数——波数是描述红外辐射的一个参量,是指每厘米长度内所含红外波的数目。

频率——单位时间内光波振动的周数。

光子能量——光波以辐射的形式发射、传播或接受的能量,用E表示,单位为J。

特征吸收波长——在近红外波段和中红外波段,红外辐射能量较小,不能引起分子中电子能级的跃迁,而只能被样品分子吸收,引起分子振动能级的跃迁,所以红外吸收光谱也称分子振动光谱。当某一波长红外辐射的能量恰好等于某种分子振动能级的能量之差时,才会被该种分子吸收,并产生相应的振动能级跃迁,这一波长便称为该种分子的特征吸收波长。

红外线气体分析仪,是利用红外线进行气体分析。它基于待分析组分的浓度不同,吸收的辐射能不同.剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同,动片薄膜两边所受的压力不同,从而产生一个电容检测器的电信号。这样,就可间接测量出待分析组分的浓度。


1.比尔定律
红外线气体分析仪是根据比尔定律制成的。假定被测气体为一个无限薄的平面.强度为k的红外线垂直穿透它,则能量衰减的量为:I=I0e-KCL(比尔定律)
式中:I--被介质吸收的辐射强度;
I0--红外线通过介质前的辐射强度;
K--待分析组分对辐射波段的吸收系数;
C--待分析组分的气体浓度;
L--气室长度(赦测气体层的厚度)
对于一台制造好了的红外线气体分析仪,其测量组分已定,即待分析组分对辐射波段的吸收系数k一定;红外光源已定,即红外线通过介质前的辐射强度I0一定;气室长度L一定。从比尔定律可以看出:通过测量辐射能量的衰减I,就可确定待分析组分的浓度C了。

2.分析检测原理
红外线气体分析仪由两个独立的光源分别产生两束红外线该射线束分别经过调制器,成为5Hz的射线。根据实际需要,射线可通过一滤光镜减少背景气体中其它吸收红外线的气体组分的干扰。
红外线通过两个气室,一个是充以不断流过的被测气体的测量室,另一个是充以无吸收性质的背景气体的参比室。工作时,当测量室内被测气体浓度变化时,吸收的红外线光量发生相应的变化,而基准光束(参比室光束)的光量不发生变化。从二室出来的光量差通过检测器,使检测器产生压力差,并变成电容检测器的电信号。此信号经信号调节电路放大处理后,送往显示器以及总控的LCD显示。该输出信号的大小与被渊组分浓度成比例。

  

红外线气体分析仪的原理


红外分析仪的检测器有薄膜微音器或半导体检测器等。以薄膜微音检测器为例,接收室内充以样气中的待渊组分,两个接收室中间用一个薄的金属膜隔开,在两测压力不同时膜片可以变形产生位移,膜片的一侧放一个固定的圆盘型电极。可动膜片与固定电极构成了一个电容变进器的两极。整个结构保持严格的密封,两接收气室内的气体为动片薄膜隔开,但在结构上安置一个大小为百分之几毫米的小孔,以使两边的气体静态平衡。辐射光束通过参比室、测量室后,进入检测器的接收室。被接收室里的气体吸收,气体温度升高,气体分子的热运动加强,产生的热膨胀形成的压力增大。当测量室内通入零点气(N2)时,来自两气室的光能平衡,两边的压力相等,动片薄膜维持在平衡位置,检测器输出为零。当测量室内通入样气时,测量边进入接收室的光能低于参比边的,使测量边的压力减小,于是薄膜发生位移,故改变了两极板问的距离,也改变了电容量C。
红外线气体分析仪可以用来分析各种多原子气体,如:C2H2、C2H4、C2H5OH、C3H6、C2H6、C3H8、NH3、CO2、CO、CH4、SO2等。不能用来分析同一种原子构成的多原子气体以及惰性气体,如:N2、Cl2、H2、O2以及He、Ne、Ar等。


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