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[技术资料] 红外气体传感器器件及工程应用研究简介

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发表于 2021-9-14 10:54:22 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
1、红外气体传感器
红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性,利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔 Lambert-Beer定律)鉴别)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。
红外线气体传感器器主要应用领域:
-石油、化工、发电厂、冶金焦碳等工业过程控制。
-大气及污染源排放监测等环保领域。
-饭店、大型会议中心等公共场所的空气监测。
-农业、医疗卫生和科研等领域。

气体分析方法名称劣势
紫外气体分析选择性差,存在较强的气体间交叉干扰; 光源普遍寿命短,控制部分复杂,存在对仪器内其 它电气部分的干扰。
电化学气体分 析稳定性差,选择性差,受流量和环境温度影响大。 容易受背景气体中其它气体的影响,容易中毒失效。
在线色谱重复性差,稳定性差,需要载气,使用麻烦。
激光气体分析光源价格昂贵,且对环境要求高,容易损坏。 半导体激光光源主要用作近红外光源,气体吸收灵 敏度低。


红外气体传感器的基本结构
红外气体分析器由光学部件和测量电路构成,测量电路的结构由光学部件及系统功能决定。光学部件通常由红外辐射光源、通过样气的测量气室、红外检测器等构成,通常称为红外三大部件。
1,红外辐射光源
在线红外气体分析器主要使用广谱(宽谱)光源。广谱光源的光谱覆盖波长从1μm到15~20μm,通常使用范围为2-12um。宽谱光源的谱带宽度通常在几个微米,如2~5μm就是其中的一种。
(1)连续光源发出的光能量是连续不断的。由电机带动的切光片对光线调制产生特定频率的红外辐射光。采用同步电机作为切光电机的分析器要求电源频率在较窄范围,如50±0.5Hz,超岀规定的范围,会产生电源频率影响误差。
(2)断续光源发岀的光能量是随时间变化的,例如脉冲光源。通过控制输入光源的电信号(电压或电流)的频率,可以产生特定频率的红外辐射光。
2,气室
抽取式测量的红外仪器需要气室,而原位式和开放式红外气体分析器可以不需要气室。双光路分析器的气室分为测量气室和参比气室,测量气室连续地通过待测样气,参比气室完全密封并充有中性气体(多为N2)。单光路分析器的气室只有测量气室,没有参比气室。
3,红外检测器
红外气体分析器的检测器用于检测通过气室的红外光能,检测器分为两种类型:气动检测器和固体检测器。气动检测器主要有薄膜微音检测器和微流量检测器;固体检测器主要有光电导检测器、热释电检测器和热电堆检测器。

2、红外气体传感器
在线红外气体分析器早在二十世纪七十年代就已经在工业流程中广泛应用,当时的分析器都是模拟式仪表。基于模拟元件的分段线性化设计无法彻底解决红外分析的非线性问题(朗伯一比尔定律表明红外分析存在非线性),分析器指针式显示,不具有通信功能,常只具有电流环输出功能。
十世纪八十年代末九十年代初,红外气体分析器出现数字化的技术升级。信号经放大滤波之后送入微处理器,由微处理完成模数转换、线性化、浓度分析、温度补偿、压力补偿和输出显示,采用分段线性或其它软件算法实现线性化,很好解决了非线性问题。环境温度和大气压力的补偿也容易实现,减小了外部环境对分析过程的影响。液晶显示和菜单操作实现良好的人机接口,提供丰富的显示信息操作简单方便。数字式通信功能更方便了系统集成,数字化、智能化和网络化为分析器増添了强大的功能,是未来分析器发展的趋势。

薄膜微音红外气体分析器
薄膜微音红外气体分析器的检测器由钛金属薄膜片动极和定极组成,当接收气室内的气体压力受红外辐射能的影响而变化时,推动电容片相对定极移动把被测组分浓度转变成电容量变化。薄膜微音红外气体分析器在在线气体分析领域得到广泛应用,大约占在线红外分析器50%的份额。

该仪器采用单光源和薄膜电容检测器,测量气室和参比气室采用“单筒隔半”型结构,接收气室属于串联型,有前、后两室,二者之间用晶片隔开。
在检测器的内腔中位于两个接收室的一侧装有薄膜电容检测器,通过参比气室和测量气室的两路光束交替地射入检测器的前、后吸收室。在较短的前室充有被测气体,这里辐射的吸收主要是发生在红外光谱带的中心处,在较长的后室也充有被测气体,由于后室采用光锥结构,它吸收谱带两侧的边缘辐射。
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微流量红外气体分析器
微流量检测是一种利用敏感元件的热敏特性测量微小气体流量变化的气体测量方法。传感元件是两个微型热丝电阻镍镉栅和另外两个辅助电阻组成惠斯通电桥。热丝电阻通电加热至一定温度,当有气体流过时,带走部分热量使热丝元件冷却,电阻变化,通过电桥转变成电压信号。

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