红外气体分析仪的原理及优点

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。

红外线气体检测仪的基本原理

其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收。红外线分析仪常用的红外线波长为2~12µm。简单说*是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比*可知道被测气体的浓度。

朗伯比尔定律——其物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这*是红外线气体分析仪的测量依据。

红外线气体分析仪的优点

1、能测量多种气体，除了单原子的惰性气体和具有对称结构无极性的双原子分子气体外，CO、CO2、NO、NO2、NH3等无机 物、CH4、C2H4等烷烃、烯烃和其他烃类及有机物都可用红外分析器进行测量；

2、测量范围宽，可分析气体的上限达*，下限达几个ppm的浓度。进行精细化处理后，还可以进行痕量分析；

3、灵敏度高，具有很高的监测灵敏度，气体浓度有微小变化都能分辨出来；

4、测量精度高，一般都在+/-2%F.S,不少产品达到+/-1%F.S。与其他分析手段相比，它的精度较高且稳定性好； 

5、反应快，响应时间一般在10s以内；

6、有良好的选择性，红外分析器有很高的选择性系数，因此它特别适合于对多组分混合气体中某一待分析组分的测量，而且当混合气体中一种或几种组分的浓度发生变化时，并不影响对待分析组分的测量。

红外分析仪的基本特征和主要部件

红外线气体分析仪一般由气路和电路两部分组成，它的气路和电路的联系部件是传感器，传感器是红外分析仪的“心脏”部分，它将被测组分浓度的变化转为某种电参数的变化，并通过相应的电路转换成电压或电流输出。传感器由光学系统和检测器两部分组成，主要构成部件如下：红外辐射光源、气室和滤光元件、检测器等。

测量室中一个是测量室，一个是参比室。两室通过切光板以一定周期同时或交替开闭光路。在测量室中导入被测气体后，具有被测气体特有波长的光被吸收，从而使透过测量室进入红外线接收气室的光通量减少。气体浓度越高，进入到红外线接收室的光通量*越少；而透过参比室的光通量是一定的，进入到红外线接收室的光通量也一定。因此，被测气体浓度越高，透过测量室和参比室的光通量差值*越大。接收室用几微米厚的金属薄膜分隔为两部分，室内封有浓度较大的被测组分气体，在吸收波长范围内能将射入的红外线全部吸收，从而使脉动的光通量变为温度的周期变化，再可根据气态方程使温度的变化转换为压力的变化，然后用电容式传感器来检测，经过放大处理后指示出被测气体浓度。

传感器主要部件

光源，按光源的结构分类，可分为单光源和双光源两种。按发光体分类，主要有以下几种：合金发光源、陶瓷光源、激光光源。

切光片，切光片的作用是把辐射光源的红外光变成断续的光，即对红外光进行调制。调制的目的是使检测器产生的信号成为交流信号，便于放大器放大，同时改善检测器的时间相应特性。 

气室，红外分析仪中的气室包括测量气室、参比气室、和滤波气室，他们的结构基本相同，都是圆筒形，两端都是用晶片密封。气室要求内壁光洁度高，不吸收红外线，不吸附气体，化学性能稳定。气室的材料采用黄铜镀金、玻璃镀金或铝合金，内壁表面都要求抛光。金的化学性能极为稳定，所以能保持很高的反射系数。

滤光片，滤光片是一种光学滤波元件。它是基于各种不同的光学现象（吸收、干涉、选择性反射、偏振等）而工作的。采用滤光片可以改变测量气室的辐射能量和光谱成分，可消除或减少散射和干扰组分吸收辐射的影响，可使具有特征吸收波长的红外辐射通过。干涉滤光片是一种带通滤光片，根据光线通过薄膜时发生干涉现象而制成。干涉滤光片可以得到较窄的通带，其透过波长可以通过镀层材料的折射率、厚度及层次等加以调整。

检测器，检测器分为薄膜电容检测器、半导体检测器和微流量检测器。薄膜电容检测器又称薄膜微音器,由金属薄膜动极和定极组成电容器,当接收气室的气体压力受红外辐射能的影响而变化时,推动电容动片相对于定片移动,把被测组分浓度变化转变成电容量变化。半导体检测器是利用半导体光电效应的原理制成的，当红外光照射到半导体上时，它吸收光子能量使电子状态发生变化，产生自由电子或自由孔穴，引起电导率的变化，即电阻值的变化，所以又称为光电导率检测器或光敏电阻。微流量检测器是一种测量微小气体流量的新型检测器件，其传感元件是两个微型热丝电阻，和另外两个辅助电阻构成惠斯通电桥。热丝电阻通电加热至一定温度，当气体流过时，带走部分热量使热丝冷却，电阻变化，通过电桥转变成电压信号。 

红外线气体分析仪结构类型 

从是否把红外光变成单色光来划分，可以分为：分光型（色散型）和不分光型（非色散型）。分光型的优点是选择性好、灵敏度高；缺点是分光后能量小，分光系统任一元件的微小位移都会影响分光的波长。不分光型的优点是灵敏度高、具有较高的信/噪比和良好的稳定性。缺点是待测样品各组分间有重叠的吸收峰时会给测量带来干扰。

从光学系统来划分，可分为双光路和单光路两种。双光路从两个相同的光源或者*分配的一个光源，发出两路彼此平行的红外光束，分别通过几何光路相同的分析气室、参比气室后进入检测器。单光路从光源发出的单束红外光，只通过一个几何光路。但是对于检测器而言，还是接受两个不同波长的红外光束，只是在不同的时间内到达检测器而已。

从采用的检测器类型来划分，目前主要有薄膜电容检测器、半导体检测器和微流量检测器。

影响红外传感器测量准确度的因素

光路不平衡干扰：一台红外线气体分析仪预热后通入氮气时，输出很大，这是由于切光片相位不平衡及光路不平衡引起，因此只要调整相位调节选钮使输出达到*小，再调整光路平衡选钮使输出*小即可。然后通零点气和量程气，反复校准仪表零点和量程。

水分干扰：零点气中若有水分，红外线气体分析器标定后，会引起负误差，在近红外区域，水有连续的特征吸收波谱，若标定用的零点气中含有水分时，将造成仪器的零位的负偏，标定后仪器示值必然比实际值偏低，从而起负误差。

温度变化：红外线气体分析仪检测过程需要在恒定的温度下进行。环境温度发生变化将直接影响红外光源的稳定，影响红外辐射的强度，影响测量气室连续流动的气样密度，还将直接影响检测器的正常工作。如果温度大大超过正常状态，检测器的输出阻抗下降，导致仪器不能正常工作，甚至损坏检测器。红外分析仪内部一般有温控装置及超温保护电路。

大气压力波动：大气压力即使在同一个地区、同*内也是有变化的。若天气骤变时，变化的幅度较大。大气压力的这种变化，对气样放空流速有直接影响。经测量气室后直接放空的气样，会随大气压力的变化使气室中气样的密度发生变化，从而造成附加误差。