紅外線氣體分析儀的檢測原理與構造

1、 紅外線氣體分析儀的檢測原理與構造 紅外線氣體分析儀利用紅外線進行氣體分析。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器里的溫度升高不同，動片薄膜兩邊所受的壓力不同，從而產(chǎn)生一個電容檢測器的電信號，從而間接測量出待分析組分的濃度。氣體分析儀由兩個獨立的光源分別產(chǎn)生兩束紅外線該射線束分別經(jīng)過調制器，成為5hz的射線。根據(jù)實際需要，射線可通過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。紅外線通過兩個氣室，一個是充以不斷流過的被測氣體的測量室，另一個是充以無吸收性質的背景氣體的參比室。工作時，當測量室內被測氣體濃度變化時，吸收的紅外線光量發(fā)生相應的變化，而基準光束(

2、參比室光束)的光量不發(fā)生變化。從二室出來的光量差通過檢測器，使檢測器產(chǎn)生壓力差，并變成電容檢測器的電信號。此信號經(jīng)信號調節(jié)電路放大處理后，送往顯示器以及總控的crt顯示。該輸出信號的大小與被淵組分濃度成比例。檢測器是薄膜微音器。接收室內充以樣氣中的待淵組分，兩個接收室中間用一個薄的金屬膜隔開，在兩測壓力不同時膜片可以變形產(chǎn)生位移，膜片的一側放一個固定的圓盤型電極?？蓜幽てc固定電極構成了一個電容變進器的兩極。整個結構保持嚴格的密封，兩接收氣室內的氣體為動片薄膜隔開，但在結構上安置一個大小為百分之幾毫米的小孔，以使兩邊的氣體靜態(tài)平衡。輻射光束通過參比室、測量室后，進入檢測器的接收室。被接收室里的

3、氣體吸收，氣體溫度升高，氣體分子的熱運動加強，產(chǎn)生的熱膨脹形成的壓力增大。當測量室內通入零點氣(n2)時，來自兩氣室的光能平衡，兩邊的壓力相等，動片薄膜維持在平衡位置，檢測器輸出為零。當測量室內通入樣氣時，測量邊進入接收室的光能低于參比邊的，使測量邊的壓力減小，于是薄膜發(fā)生位移，故改變了兩極板問的距離，也改變了電容量c。 如圖1所示是紅外線氣體分析儀的檢測原理圖，下面以co2氣體成分檢測為例來說明其檢測原理。一束紅外線(波長一般為310 m)同時照射到工作室和參比室，工作室通入被測氣體，參比室的作用是在待測組分為零時使經(jīng)兩個氣室后照射到紅外探測器上的紅外線強度相等，減小光源波動及環(huán)境變化的影響

4、。參比室中一般充有不吸收紅外線的氣體，如n2等。如果工作室內通過的氣體與參比室一樣不吸收紅外線，則紅外線到達兩個紅外探測器的強度也相同;若進入工作室的氣體中含有一定量的co2氣體，由于該氣體對波長為4.26 m的紅外線有較強的吸收能力，因此使到達紅外探測器的紅外線能量有所減弱。其輸出信號減小。隨著被測氣體中co2氣體濃度的增加，測量氣室中對入射的紅外線的吸收程度也相應增加，從而使紅外探測器2與1輸出信號之間的差值變大。因此，可以根據(jù)該差值大小獲得被測氣體中co2氣體的含量。紅外線氣體分析儀的結構原理如圖2所示，它主要由紅外線輻射光源、氣室、紅外探測器以及電器電路等部分構成。兩個幾何形狀和物理參

5、數(shù)都相同的燈絲1串聯(lián)構成了紅外線輻射光源，發(fā)射出具有一定波長的紅外線，兩部分紅外輻射線分別由兩個拋物體反射鏡聚成兩束平行光，在同步電機的切光片3的周期性切割作用下(即斷續(xù)遮擋光源)，就變成了兩束脈沖式紅外線。 這兩束紅外線中的一路通過測量室4進入檢測室6，另一路通過參比室5進入檢測室6，參比室中密封的是不吸收紅外線的氣體，它的作用是保證兩束紅外線的光學長度相等，即幾何長度加上通過的窗口數(shù)要相等，因此通過參比室的紅外線，光強和波長范圍基本上不變，而另一束紅外線通過測量室時，因測量室中的待測氣體按照其波長吸收特征吸收相應的紅外光線，其光強減弱，所以進入檢測室的紅外線就被選擇性的吸收，待測組分氣體吸收紅外線能量后，氣體分子的熱運動加強，產(chǎn)生熱膨脹形成壓力的變化，由于進入檢測室兩側紅外線能量不同，兩側氣室中的待測組分吸收紅外線能量也不同，因此左右兩側氣室內氣體的溫度變化也不同，壓力變化也就不同，必然是左側氣室內的氣體的壓力大于右側氣室內氣體的壓力，此壓力差推動薄膜7產(chǎn)生位移(圖2中薄膜是鼓向右側)，從而改變了薄膜7與另一定片8之間的距離，因薄膜與定片組成一個電容器，它們之間距離的變化改變了電容器的電容量，因此電容的大小與樣