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紅外線氣體分析儀的工作原理
閱讀：13130 發(fā)布時(shí)間：2017-6-20
紅外線氣體分析儀是利用紅外線進(jìn)行氣體分析。它基于待分析組分的濃度不同，吸收的輻射能不同.剩下的輻射能使得檢測(cè)器里的溫度升高不同，動(dòng)片薄膜兩邊所受的壓力不同，從而產(chǎn)生一個(gè)電容檢測(cè)器的電信號(hào)。這樣，就可間接測(cè)量出待分析組分的濃度。
1.比爾定律
紅外線氣體分析儀是根據(jù)比爾定律制成的。假定被測(cè)氣體為一個(gè)無(wú)限薄的平面.強(qiáng)度為k的紅外線垂直穿透它，則能量衰減的量為：I=I0e-KCL(比爾定律)
式中：I--被介質(zhì)吸收的輻射強(qiáng)度;
I0--紅外線通過(guò)介質(zhì)前的輻射強(qiáng)度;
K--待分析組分對(duì)輻射波段的吸收系數(shù);
C--待分析組分的氣體濃度;
L--氣室長(zhǎng)度(赦測(cè)氣體層的厚度)
對(duì)于一臺(tái)制造好了的紅外線氣體分析儀，其測(cè)量組分已定，即待分析組分對(duì)輻射波段的吸收系數(shù)k一定;紅外光源已定，即紅外線通過(guò)介質(zhì)前的輻射強(qiáng)度I0一定;氣室長(zhǎng)度L一定。從比爾定律可以看出：通過(guò)測(cè)量輻射能量的衰減I，就可確定待分析組分的濃度C了。
2.分析檢測(cè)原理
紅外線氣體分析儀由兩個(gè)獨(dú)立的光源分別產(chǎn)生兩束紅外線 該射線束分別經(jīng)過(guò)調(diào)制器，成為5Hz的射線。根據(jù)實(shí)際需要，射線可通過(guò)一濾光鏡減少背景氣體中其它吸收紅外線的氣體組分的干擾。
紅外線通過(guò)兩個(gè)氣室，一個(gè)是充以不斷流過(guò)的被測(cè)氣體的測(cè)量室，另一個(gè)是充以無(wú)吸收性質(zhì)的背景氣體的參比室。工作時(shí)，當(dāng)測(cè)量室內(nèi)被測(cè)氣體濃度變化時(shí)，吸收的紅外線光量發(fā)生相應(yīng)的變化，而基準(zhǔn)光束(參比室光束)的光量不發(fā)生變化。從二室出來(lái)的光量差通過(guò)檢測(cè)器，使檢測(cè)器產(chǎn)生壓力差，并變成電容檢測(cè)器的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)電路放大處理后，送往顯示器以及總控的CRT顯示。該輸 出信號(hào)的大小與被淵組分濃度成比例。
接收室內(nèi)充以樣氣中的待淵組分，兩個(gè)接收室中間用一個(gè)薄的金屬膜隔開(kāi)，在兩測(cè)壓力不同時(shí)膜片可以變形產(chǎn)生位移，膜片的一側(cè)放一個(gè)固定的圓盤(pán)型電極?？蓜?dòng)膜片與固定電極構(gòu)成了一個(gè)電容變進(jìn)器的兩極。整個(gè)結(jié)構(gòu)保持嚴(yán)格的密封，兩接收氣室內(nèi)的氣體為動(dòng)片薄膜隔開(kāi)，但在結(jié)構(gòu)上安置一個(gè)大小為百分之幾毫米的小孔，以使兩邊的氣體靜態(tài)平衡。輻射光束通過(guò)參比室、測(cè)量室后，進(jìn)入檢測(cè)器的接收室。被接收室里的氣體吸收，氣體溫度升高，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生的熱膨脹形成的壓力增大。當(dāng)測(cè)量室內(nèi)通入零點(diǎn)氣(N2)時(shí)，來(lái)自?xún)蓺馐业墓饽芷胶?，兩邊的壓力相等，?dòng)片薄膜維持在平衡位置，檢測(cè)器輸出為零。當(dāng)測(cè)量室內(nèi)通入樣氣時(shí)，測(cè)量邊進(jìn)入接收室的光能低于參比邊的，使測(cè)量邊的壓力減小，于是薄膜發(fā)生位移，故改變了兩極板問(wèn)的距離，也改變了電容量C。
紅外線氣體分析儀可以用來(lái)分析各種多原子氣體,如:C2H2、C2H4、C2H5OH、C3H6、C2H6、C3H8、NH3、CO2、CO、CH4、SO2等。不能用來(lái)分析同一種原子構(gòu)成的多原子氣體以及惰性氣體，如：N2、Cl2、H2、O2以及He、Ne、Ar等。