在線分析儀器及分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)1

1、在線氣體分析儀器及分析系統(tǒng)在線氣體分析儀器及分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)講座設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)講座第一部分（第一部分（1）第一講在線分析儀器概述第一講在線分析儀器概述/第二講紅外分析儀第二講紅外分析儀主講人：朱衛(wèi)東主講人：朱衛(wèi)東 2011年年熱烈歡迎參加培訓(xùn)班熱烈歡迎參加培訓(xùn)班的全體同仁的全體同仁n本期培訓(xùn)班技術(shù)講座內(nèi)容分兩大部分：本期培訓(xùn)班技術(shù)講座內(nèi)容分兩大部分：n第一部分內(nèi)容為第一部分內(nèi)容為在線氣體分析儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)在線氣體分析儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)n分為九講，分別介紹：在線氣體分析儀器概述、分為九講，分別介紹：在線氣體分析儀器概述、紅外氣體分析儀器、順磁式氧分析器、熱導(dǎo)式紅外氣體分析儀器、順磁式氧

2、分析器、熱導(dǎo)式氣體分析器、電化學(xué)式氣體分析器、在線氣相氣體分析器、電化學(xué)式氣體分析器、在線氣相色譜儀、半導(dǎo)體激光光譜分析儀、紫外色譜儀、半導(dǎo)體激光光譜分析儀、紫外-可見(jiàn)可見(jiàn)光譜分析儀、在線硫分析儀等在線分析儀器及光譜分析儀、在線硫分析儀等在線分析儀器及應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用技術(shù)。n第二部分內(nèi)容為第二部分內(nèi)容為在線分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用技術(shù)在線分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用技術(shù)n分為六講，分別介紹：在線氣體分析系統(tǒng)概論、分為六講，分別介紹：在線氣體分析系統(tǒng)概論、樣氣取樣及處理系統(tǒng)、在線分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)集樣氣取樣及處理系統(tǒng)、在線分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)集成與應(yīng)用、成與應(yīng)用、CEMS煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)、煙煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)

3、、煙氣脫硫及脫硝等氣脫硫及脫硝等CEMS的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、在線分的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、在線分析系統(tǒng)在石化等行業(yè)的應(yīng)用。析系統(tǒng)在石化等行業(yè)的應(yīng)用。第一部分第一部分 在線氣體分析儀器在線氣體分析儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)n第一講第一講 在線氣體分析儀器概述在線氣體分析儀器概述n第二講第二講 紅外氣體分析儀器紅外氣體分析儀器n第三講第三講 順磁式氧分析器順磁式氧分析器n第四講第四講 熱導(dǎo)式氣體分析器熱導(dǎo)式氣體分析器n第五講第五講 電化學(xué)式氣體分析器電化學(xué)式氣體分析器n第六講第六講 在線氣相色譜儀在線氣相色譜儀n第七講第七講 半導(dǎo)體激光光譜半導(dǎo)體激光光譜n第八講第八講 紫外紫外-可見(jiàn)光譜儀可見(jiàn)光譜儀n第九講

4、第九講 在線硫分析儀及應(yīng)用在線硫分析儀及應(yīng)用第一講第一講 在線氣體分析儀器概述在線氣體分析儀器概述n1.1在線氣體分析儀器的定義及其分類在線氣體分析儀器的定義及其分類n1.1.1在線分析儀器的定義在線分析儀器的定義 在線分析儀器又稱過(guò)程分析儀器（在線分析儀器又稱過(guò)程分析儀器（process analyzers），通常指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流），通常指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其它源流體現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被測(cè)介質(zhì)組成的成分程或其它源流體現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被測(cè)介質(zhì)組成的成分參數(shù)或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析測(cè)量的一類參數(shù)或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析測(cè)量的一類儀器。儀器。n在流程工業(yè)的過(guò)程分析中，在線氣體分析儀器在流程工業(yè)的過(guò)程

5、分析中，在線氣體分析儀器大致分為兩類。大致分為兩類。n一類是直接安裝在流程工藝管線的在線分析儀一類是直接安裝在流程工藝管線的在線分析儀器（器（on-line），儀器傳感器直接安裝在工藝），儀器傳感器直接安裝在工藝管道或設(shè)備中，也稱為原位式在線分析儀器；管道或設(shè)備中，也稱為原位式在線分析儀器；n另一類是通過(guò)簡(jiǎn)單的取樣預(yù)處理，將樣氣從工另一類是通過(guò)簡(jiǎn)單的取樣預(yù)處理，將樣氣從工藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程分析儀器藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程分析儀器（in-line）檢測(cè)，也稱為取樣式在線分析儀器。）檢測(cè)，也稱為取樣式在線分析儀器。取樣式在線分析儀器通常配置簡(jiǎn)單的取樣預(yù)處取樣式在線分析儀器通常

6、配置簡(jiǎn)單的取樣預(yù)處理裝置，被稱為分析儀器的取樣預(yù)處理部件。理裝置，被稱為分析儀器的取樣預(yù)處理部件。1.1.2在線氣體分析儀器的分類在線氣體分析儀器的分類n 在線氣體分析儀器的分類大多按照分析的原理進(jìn)在線氣體分析儀器的分類大多按照分析的原理進(jìn)行分類。常用在線氣體分析儀器按照原理主要有：行分類。常用在線氣體分析儀器按照原理主要有：n1、光學(xué)式氣體分析器、光學(xué)式氣體分析器 主要分為：主要分為： 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀 紫外光譜氣體分析儀紫外光譜氣體分析儀 激光光譜氣體分析儀激光光譜氣體分析儀 傅里葉變換紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀 化學(xué)發(fā)光氣體分析器化學(xué)發(fā)光氣體分析器 紫外熒光氣體分析儀

7、等紫外熒光氣體分析儀等n2、順磁式氧分析器、順磁式氧分析器 熱磁對(duì)流式氧分析器熱磁對(duì)流式氧分析器 磁力機(jī)械式氧分析器磁力機(jī)械式氧分析器 磁壓式氧分析器磁壓式氧分析器n3、熱學(xué)式氣體分析器、熱學(xué)式氣體分析器 熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式氣體分析儀 熱化學(xué)氣體分析儀熱化學(xué)氣體分析儀 催化燃燒式可燃?xì)怏w分析器催化燃燒式可燃?xì)怏w分析器 熱值儀等熱值儀等n4、電化學(xué)式氣體分析器、電化學(xué)式氣體分析器 固體電解質(zhì)氧化鋯氧分析儀固體電解質(zhì)氧化鋯氧分析儀 燃料電池式氧分析儀燃料電池式氧分析儀 電解池式氧分析器電解池式氧分析器 定電位電解式有毒氣體檢測(cè)器定電位電解式有毒氣體檢測(cè)器n5、在線氣相色譜儀、在線氣相色譜儀n按

8、照分析對(duì)象及用途分類有：按照分析對(duì)象及用途分類有： 通用工業(yè)氣相色譜儀通用工業(yè)氣相色譜儀 防爆工業(yè)氣相色譜儀防爆工業(yè)氣相色譜儀 專用在線色譜儀如：小型天然氣在線色譜儀等。專用在線色譜儀如：小型天然氣在線色譜儀等。n工業(yè)色譜儀常用檢測(cè)器分類有：熱導(dǎo)檢測(cè)器工業(yè)色譜儀常用檢測(cè)器分類有：熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）、氫火焰檢測(cè)器（）、氫火焰檢測(cè)器（FID）、火焰光度）、火焰光度檢測(cè)器（檢測(cè)器（FPD）等；）等；n6、在線質(zhì)譜儀、在線質(zhì)譜儀 主要分為：主要分為： 四極質(zhì)譜儀四極質(zhì)譜儀 磁質(zhì)譜儀磁質(zhì)譜儀 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等n7、其它專用在線氣體分析儀、其它專用在線氣體分析儀 包括：在線硫化氫、總硫分

9、析儀、在線總碳包括：在線硫化氫、總硫分析儀、在線總碳?xì)浞治鰞x等。氫分析儀等。1.2在線氣體分析儀器性能及主要技術(shù)指標(biāo)在線氣體分析儀器性能及主要技術(shù)指標(biāo)n 1.2.1關(guān)于在線分析儀器的性能特性關(guān)于在線分析儀器的性能特性 通常儀器性能是指儀器達(dá)到預(yù)定功能的能力，通常儀器性能是指儀器達(dá)到預(yù)定功能的能力，性能特性是指對(duì)儀器性能規(guī)定的某些參數(shù)的定量性能特性是指對(duì)儀器性能規(guī)定的某些參數(shù)的定量描述，也就是性能指標(biāo)。由于儀器種類不同、應(yīng)描述，也就是性能指標(biāo)。由于儀器種類不同、應(yīng)用范圍不同，其性能特性表述和概念也不同。用范圍不同，其性能特性表述和概念也不同。n 基本性能特性基本性能特性 是針對(duì)儀器分析測(cè)量適用性

10、、可靠性等功能特是針對(duì)儀器分析測(cè)量適用性、可靠性等功能特性。性。 在線分析測(cè)量適應(yīng)性在線分析測(cè)量適應(yīng)性,如：對(duì)儀器分析的測(cè)量對(duì)如：對(duì)儀器分析的測(cè)量對(duì)象、測(cè)量范圍、分析量程，以及環(huán)境條件適應(yīng)性象、測(cè)量范圍、分析量程，以及環(huán)境條件適應(yīng)性等。等。n在線分析儀器的可靠性是指儀器的主要性能隨在線分析儀器的可靠性是指儀器的主要性能隨時(shí)間保持不變的能力，只有滿足在線分析的適時(shí)間保持不變的能力，只有滿足在線分析的適用性以及儀器自身的性能穩(wěn)定可靠，才能確保用性以及儀器自身的性能穩(wěn)定可靠，才能確保在線分析測(cè)量的可靠性。在線分析測(cè)量的可靠性。n對(duì)在線分析儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行能力的要求，對(duì)在線分析儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行能力

11、的要求，通常用可靠性指針的平均無(wú)故障工作時(shí)間通常用可靠性指針的平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）表示）表示.n 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n是對(duì)分析儀器本身的性能技術(shù)指標(biāo)的定量要求。是對(duì)分析儀器本身的性能技術(shù)指標(biāo)的定量要求。n分析儀器的種類不同，其主要技術(shù)性能指標(biāo)的分析儀器的種類不同，其主要技術(shù)性能指標(biāo)的數(shù)值、量綱可能不同，但分析儀器的主要性能數(shù)值、量綱可能不同，但分析儀器的主要性能技術(shù)指標(biāo)的基本定義相同，是評(píng)價(jià)分析儀器基技術(shù)指標(biāo)的基本定義相同，是評(píng)價(jià)分析儀器基本性能的重要參數(shù)。本性能的重要參數(shù)。n例如：分析儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、穩(wěn)定例如：分析儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、穩(wěn)定性、重復(fù)性、線性范圍、

12、響應(yīng)時(shí)間等，這些性性、重復(fù)性、線性范圍、響應(yīng)時(shí)間等，這些性能指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室儀器分析的要求基本相同。能指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室儀器分析的要求基本相同。n n 在線分析儀器的檢定與校準(zhǔn)在線分析儀器的檢定與校準(zhǔn)n在線分析儀器的檢定與校準(zhǔn)都是傳遞量值或量在線分析儀器的檢定與校準(zhǔn)都是傳遞量值或量值溯源的方式。值溯源的方式。n檢定是定期對(duì)儀器的計(jì)量性能較全面的評(píng)價(jià)；檢定是定期對(duì)儀器的計(jì)量性能較全面的評(píng)價(jià)；n校準(zhǔn)是日常進(jìn)行的對(duì)儀器主要性能的檢查，以校準(zhǔn)是日常進(jìn)行的對(duì)儀器主要性能的檢查，以保證儀器的示值的準(zhǔn)確。保證儀器的示值的準(zhǔn)確。1.2.2在線分析儀器的主要技術(shù)指標(biāo)在線分析儀器的主要技術(shù)指標(biāo)n 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度n儀器的準(zhǔn)確度

13、又稱為精確度，是指儀器的指示儀器的準(zhǔn)確度又稱為精確度，是指儀器的指示值與被測(cè)量真值的一致程度。通常用測(cè)量誤差值與被測(cè)量真值的一致程度。通常用測(cè)量誤差表示。主要表示方法有：表示。主要表示方法有： 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差=測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果-約定真值約定真值 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 相對(duì)誤差相對(duì)誤差=絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差/約定真值約定真值 基本誤差是指儀器在參比條件下使用的誤差基本誤差是指儀器在參比條件下使用的誤差 影響誤差影響誤差 干擾誤差干擾誤差 n 測(cè)量不準(zhǔn)確度測(cè)量不準(zhǔn)確度n測(cè)量不準(zhǔn)確度是表示儀器的指示值與被測(cè)量真測(cè)量不準(zhǔn)確度是表示儀器的指示值與被測(cè)量真值接近的程度。測(cè)量的不準(zhǔn)確度主要來(lái)自于

14、隨值接近的程度。測(cè)量的不準(zhǔn)確度主要來(lái)自于隨機(jī)誤差。儀器的測(cè)量誤差由系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤機(jī)誤差。儀器的測(cè)量誤差由系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差組成，系統(tǒng)誤差可以通過(guò)誤差分析及標(biāo)定消差組成，系統(tǒng)誤差可以通過(guò)誤差分析及標(biāo)定消除，而隨機(jī)誤差不可能完全消除，測(cè)量結(jié)果總除，而隨機(jī)誤差不可能完全消除，測(cè)量結(jié)果總是存在隨機(jī)不確定度。是存在隨機(jī)不確定度。n 靈敏度靈敏度n靈敏度是指被測(cè)物質(zhì)含量或濃度改變一個(gè)單位靈敏度是指被測(cè)物質(zhì)含量或濃度改變一個(gè)單位時(shí)分析信號(hào)的變化量，表示儀器對(duì)被測(cè)定量變時(shí)分析信號(hào)的變化量，表示儀器對(duì)被測(cè)定量變化的反應(yīng)能力?；姆磻?yīng)能力。n 檢測(cè)限檢測(cè)限n檢測(cè)限是指能產(chǎn)生一個(gè)確證在樣品中存在被測(cè)檢測(cè)限是指能產(chǎn)

15、生一個(gè)確證在樣品中存在被測(cè)物質(zhì)的分析信號(hào)所需要的該物質(zhì)的最小含量或物質(zhì)的分析信號(hào)所需要的該物質(zhì)的最小含量或最小濃度，是表征和評(píng)價(jià)分析儀器檢測(cè)能力的最小濃度，是表征和評(píng)價(jià)分析儀器檢測(cè)能力的一個(gè)基本指標(biāo)。新國(guó)標(biāo)稱為最小可檢測(cè)變化。一個(gè)基本指標(biāo)。新國(guó)標(biāo)稱為最小可檢測(cè)變化。n 分辨力分辨力n分辨力是指儀器區(qū)別相鄰近信號(hào)的能力。不同分辨力是指儀器區(qū)別相鄰近信號(hào)的能力。不同分析儀器所指的相鄰近信號(hào)有所不同，如光譜分析儀器所指的相鄰近信號(hào)有所不同，如光譜儀是指最臨近的波長(zhǎng)，色譜儀是指最鄰近的兩儀是指最臨近的波長(zhǎng)，色譜儀是指最鄰近的兩個(gè)峰，質(zhì)譜儀是指最鄰近的兩個(gè)質(zhì)量數(shù)。個(gè)峰，質(zhì)譜儀是指最鄰近的兩個(gè)質(zhì)量數(shù)。n

16、選擇性選擇性n選擇性是指對(duì)被測(cè)組分之外的其它組分呈低靈敏選擇性是指對(duì)被測(cè)組分之外的其它組分呈低靈敏度或無(wú)靈敏度的能力。可用干擾系數(shù)描述，即對(duì)度或無(wú)靈敏度的能力?？捎酶蓴_系數(shù)描述，即對(duì)相同濃度的被測(cè)組分和干擾組分的回應(yīng)比。相同濃度的被測(cè)組分和干擾組分的回應(yīng)比。 n線性度、線性誤差和線性范圍線性度、線性誤差和線性范圍n線性度是指儀器的校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線（一般為被線性度是指儀器的校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線（一般為被測(cè)量的線性函數(shù)直線）之間的吻合程度。測(cè)量的線性函數(shù)直線）之間的吻合程度。n線性誤差是指儀器的校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線的最大偏線性誤差是指儀器的校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線的最大偏差。新國(guó)標(biāo)定義為：儀器實(shí)際讀數(shù)與通

17、過(guò)被測(cè)量的差。新國(guó)標(biāo)定義為：儀器實(shí)際讀數(shù)與通過(guò)被測(cè)量的線性函數(shù)求出的讀數(shù)之間的最大差異。線性函數(shù)求出的讀數(shù)之間的最大差異。n線性范圍是指校準(zhǔn)曲線所跨越的最大線性區(qū)間。用線性范圍是指校準(zhǔn)曲線所跨越的最大線性區(qū)間。用來(lái)表示對(duì)被測(cè)組分的含量或濃度的適用性。來(lái)表示對(duì)被測(cè)組分的含量或濃度的適用性。n 重復(fù)性重復(fù)性n重復(fù)性又稱重復(fù)性誤差是指用相同的方法、相同重復(fù)性又稱重復(fù)性誤差是指用相同的方法、相同的試樣、在相同的條件下測(cè)得的一系列結(jié)果之之的試樣、在相同的條件下測(cè)得的一系列結(jié)果之之間的差異。重復(fù)性誤差用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)偏差表示間的差異。重復(fù)性誤差用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)偏差表示 。n 穩(wěn)定性穩(wěn)定性n穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條

18、件下輸入保持不變，穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下輸入保持不變，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)儀器示值保持不變的能力。可用在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)儀器示值保持不變的能力?？捎迷肼暫推苾蓚€(gè)參數(shù)表示。噪聲和漂移兩個(gè)參數(shù)表示。 n響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間n響應(yīng)時(shí)間表征儀器測(cè)量速度的快慢，定義為從被測(cè)響應(yīng)時(shí)間表征儀器測(cè)量速度的快慢，定義為從被測(cè)量發(fā)生階躍性變化的瞬時(shí)起，到儀器的示值達(dá)到兩量發(fā)生階躍性變化的瞬時(shí)起，到儀器的示值達(dá)到兩個(gè)穩(wěn)態(tài)值之差的個(gè)穩(wěn)態(tài)值之差的90%處所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，稱為處所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，稱為90%響應(yīng)時(shí)間，用響應(yīng)時(shí)間，用T90表示表示 。1.3 在線氣體分析儀器的近期發(fā)展在線氣體分析儀器的近期發(fā)展n在線分析儀器近期研究和發(fā)展

19、趨勢(shì)主要體現(xiàn)在分析在線分析儀器近期研究和發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在分析檢測(cè)器，分析流路和儀器智能化三個(gè)方面。檢測(cè)器，分析流路和儀器智能化三個(gè)方面。n1.3.1分析檢測(cè)器研究分析檢測(cè)器研究 n一是將已在實(shí)驗(yàn)室中采用的分析方法及其檢測(cè)檢測(cè)一是將已在實(shí)驗(yàn)室中采用的分析方法及其檢測(cè)檢測(cè)器經(jīng)過(guò)創(chuàng)新和改進(jìn)引用到過(guò)程檢測(cè)中；器經(jīng)過(guò)創(chuàng)新和改進(jìn)引用到過(guò)程檢測(cè)中；n二是研究直接用于過(guò)程分析的檢測(cè)器。主要集中于二是研究直接用于過(guò)程分析的檢測(cè)器。主要集中于微流分析檢測(cè)器、在線拉曼光譜檢測(cè)器、光聲過(guò)程微流分析檢測(cè)器、在線拉曼光譜檢測(cè)器、光聲過(guò)程檢測(cè)器檢測(cè)器 等。等。 1.3.2 分析流路技術(shù)的研究分析流路技術(shù)的研究n主要發(fā)展包

20、括多檢測(cè)器組合技術(shù)、并行檢測(cè)技術(shù)、主要發(fā)展包括多檢測(cè)器組合技術(shù)、并行檢測(cè)技術(shù)、微器件應(yīng)用、系統(tǒng)重構(gòu)和取樣處理技術(shù)等方面。微器件應(yīng)用、系統(tǒng)重構(gòu)和取樣處理技術(shù)等方面。n組合技術(shù)的應(yīng)用組合技術(shù)的應(yīng)用 這是多傳感器信息融合技術(shù)在過(guò)這是多傳感器信息融合技術(shù)在過(guò)程分析上的應(yīng)用程分析上的應(yīng)用 n并行檢測(cè)技術(shù)對(duì)同一樣品進(jìn)行多同樣傳感器的分析，并行檢測(cè)技術(shù)對(duì)同一樣品進(jìn)行多同樣傳感器的分析，由智能處理系統(tǒng)對(duì)多結(jié)果進(jìn)行信息數(shù)據(jù)融合，甄別由智能處理系統(tǒng)對(duì)多結(jié)果進(jìn)行信息數(shù)據(jù)融合，甄別和選擇最可靠的分析結(jié)果。和選擇最可靠的分析結(jié)果。 n微型化小型化過(guò)程分析儀及分析流路系統(tǒng)重構(gòu)。微型化小型化過(guò)程分析儀及分析流路系統(tǒng)重構(gòu)。

21、n取樣處理技術(shù)及原位分析技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展取樣處理技術(shù)及原位分析技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展1.3.3 在線分析儀器的智能化在線分析儀器的智能化n1） 過(guò)程分析儀器的計(jì)算機(jī)應(yīng)用主要集中在嵌入式過(guò)程分析儀器的計(jì)算機(jī)應(yīng)用主要集中在嵌入式系統(tǒng)、儀器的網(wǎng)絡(luò)功能和智能化三個(gè)方面。系統(tǒng)、儀器的網(wǎng)絡(luò)功能和智能化三個(gè)方面。n2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用嵌入式結(jié)構(gòu)，主要采用微型計(jì)）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用嵌入式結(jié)構(gòu)，主要采用微型計(jì)算機(jī)和微型控制器算機(jī)和微型控制器 ，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，軟硬件，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，軟硬件分離正被軟硬件融合所代替。分離正被軟硬件融合所代替。 n3）靈活方便的網(wǎng)絡(luò)通信功能。）靈活方便的網(wǎng)絡(luò)通信功能。n4）過(guò)程分析儀器遠(yuǎn)程維護(hù)

22、網(wǎng)站的研究）過(guò)程分析儀器遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)站的研究 。n5）信息智能處理）信息智能處理 。n過(guò)程分析儀器的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化是其發(fā)展過(guò)程分析儀器的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化是其發(fā)展方向。方向。1.3.4 復(fù)雜分析儀器技術(shù)向在線分析發(fā)展復(fù)雜分析儀器技術(shù)向在線分析發(fā)展n常規(guī)氣體分析儀器多用于常量及微量分析，對(duì)于常規(guī)氣體分析儀器多用于常量及微量分析，對(duì)于痕量分析、超痕量分析以及復(fù)雜組分的在線分析痕量分析、超痕量分析以及復(fù)雜組分的在線分析需要采用復(fù)雜的分析儀器技術(shù)及聯(lián)用技術(shù)。需要采用復(fù)雜的分析儀器技術(shù)及聯(lián)用技術(shù)。 n目前很多原來(lái)用于實(shí)驗(yàn)室分析的復(fù)雜儀器及聯(lián)用目前很多原來(lái)用于實(shí)驗(yàn)室分析的復(fù)雜儀器及聯(lián)用技術(shù)，根據(jù)

23、在線分析的要求，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于在技術(shù)，根據(jù)在線分析的要求，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于在線分析。例如：光譜法、色譜法、質(zhì)譜法及其聯(lián)線分析。例如：光譜法、色譜法、質(zhì)譜法及其聯(lián)用技術(shù)的儀器。用技術(shù)的儀器。n光譜法中的原子發(fā)射光譜法（光譜法中的原子發(fā)射光譜法（AES）、原子吸收）、原子吸收光譜法（光譜法（AAS）、紫外）、紫外-可見(jiàn)光譜法、紅外光譜法可見(jiàn)光譜法、紅外光譜法等已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于在線分析等已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于在線分析 。 n實(shí)驗(yàn)室色譜法的多檢測(cè)器應(yīng)用，除實(shí)驗(yàn)室色譜法的多檢測(cè)器應(yīng)用，除TCD、FID、FPD等常用檢測(cè)器外，電子捕獲檢測(cè)器（等常用檢測(cè)器外，電子捕獲檢測(cè)器（ECD）、）、熱離子檢測(cè)器（熱離子檢測(cè)器（T

24、ID）、光離子化檢測(cè)器（）、光離子化檢測(cè)器（PID）以及超高靈敏度熱導(dǎo)式檢測(cè)器（以及超高靈敏度熱導(dǎo)式檢測(cè)器（HTCD）等氣相）等氣相色譜儀已經(jīng)在石化等行業(yè)在線分析得到廣泛應(yīng)用。色譜儀已經(jīng)在石化等行業(yè)在線分析得到廣泛應(yīng)用。n質(zhì)譜法包括：四極質(zhì)譜儀、磁質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜法包括：四極質(zhì)譜儀、磁質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、傅里葉變換質(zhì)譜儀等，質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、傅里葉變換質(zhì)譜儀等，以及聯(lián)用技術(shù)如：三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀、四極以及聯(lián)用技術(shù)如：三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀、四極桿桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入在線分析。飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入在線分析。n其它技術(shù)如：核磁共振（其它技術(shù)如：核磁共振

25、（NMR）、）、X射線熒光光射線熒光光譜、電子能譜、拉曼（譜、電子能譜、拉曼（Raman）光譜法等復(fù)雜的）光譜法等復(fù)雜的分析技術(shù)，以及光譜與色譜、質(zhì)譜之間的聯(lián)用在分析技術(shù)，以及光譜與色譜、質(zhì)譜之間的聯(lián)用在實(shí)驗(yàn)室分析中已經(jīng)很普遍，也已經(jīng)開(kāi)始走向在線實(shí)驗(yàn)室分析中已經(jīng)很普遍，也已經(jīng)開(kāi)始走向在線分析。分析。 第二講第二講 紅外線氣體分析儀器紅外線氣體分析儀器n2.1紅外線氣體分析儀器的測(cè)量原理紅外線氣體分析儀器的測(cè)量原理n2.1.1電磁輻射波譜電磁輻射波譜n紅外線是電磁波譜中的一段，介于可見(jiàn)光區(qū)和微波紅外線是電磁波譜中的一段，介于可見(jiàn)光區(qū)和微波區(qū)之間，紅外線的波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光線，其波長(zhǎng)為區(qū)之間，紅外線的

26、波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光線，其波長(zhǎng)為0.751000m。紅外線可分為三部分，即近紅。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為外線，波長(zhǎng)為0.751.50m 之間；中紅外線，之間；中紅外線，波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為1.506.0m 之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0l000m 之間。之間。n紅外輻射主要是熱輻射，在紅外線分析儀中，使用紅外輻射主要是熱輻射，在紅外線分析儀中，使用的波長(zhǎng)范圍通常在的波長(zhǎng)范圍通常在116m 之內(nèi)。之內(nèi)。圖2-1部分常見(jiàn)氣體的紅外吸收光譜圖 常用紅外氣體特征吸收波長(zhǎng)是：常用紅外氣體特征吸收波長(zhǎng)是：CO-4.72m； CO2-4.25m；CH4-3.45m；SO2-7.3m；NO

27、-5.3m。2.1.2紅外線分析儀測(cè)量原理紅外線分析儀測(cè)量原理n 紅外線分析儀是基于被測(cè)介質(zhì)對(duì)紅外光有選紅外線分析儀是基于被測(cè)介質(zhì)對(duì)紅外光有選擇性吸收而建立的一種分析方法，屬于分子吸收擇性吸收而建立的一種分析方法，屬于分子吸收光譜分析法。根據(jù)朗伯光譜分析法。根據(jù)朗伯-比爾吸收定律比爾吸收定律n =0e-KCL n式中式中 0射入被測(cè)組分的光強(qiáng)度射入被測(cè)組分的光強(qiáng)度n 經(jīng)被測(cè)組分吸收后的光強(qiáng)度經(jīng)被測(cè)組分吸收后的光強(qiáng)度n k被測(cè)組分對(duì)光能的吸收系數(shù)被測(cè)組分對(duì)光能的吸收系數(shù)n c被測(cè)組分的摩爾百分比濃度被測(cè)組分的摩爾百分比濃度n L光線通過(guò)被測(cè)組分的長(zhǎng)度（氣室長(zhǎng)度）光線通過(guò)被測(cè)組分的長(zhǎng)度（氣室長(zhǎng)度）

28、 n當(dāng)當(dāng)kcl 很小時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為線性吸收定律很小時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為線性吸收定律n =0（1-kcl) （2-2）n當(dāng)當(dāng)cl 很小時(shí)，輻射能量的衰減與待測(cè)組分的濃度很小時(shí)，輻射能量的衰減與待測(cè)組分的濃度成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 n為了保證讀數(shù)呈線性關(guān)系，當(dāng)待測(cè)組分濃度大時(shí)，為了保證讀數(shù)呈線性關(guān)系，當(dāng)待測(cè)組分濃度大時(shí)，分析儀的測(cè)量氣室較短；當(dāng)濃度低時(shí)，測(cè)量氣室較分析儀的測(cè)量氣室較短；當(dāng)濃度低時(shí)，測(cè)量氣室較長(zhǎng)。經(jīng)吸收后的光能用檢測(cè)器檢測(cè)，轉(zhuǎn)換為被測(cè)濃長(zhǎng)。經(jīng)吸收后的光能用檢測(cè)器檢測(cè)，轉(zhuǎn)換為被測(cè)濃度的變化。度的變化。圖中圖中 1-光源；光源；2-切光片；切光片；3-同步電機(jī)；同步電機(jī)；4-測(cè)量氣室；測(cè)

29、量氣室；5-參比氣室；參比氣室；6-濾光氣室；濾光氣室；7-檢測(cè)氣室；檢測(cè)氣室；8-前置放大；前置放大；9-主放大器；主放大器；10-指示儀表指示儀表n n n 圖圖2-2 不分光型紅外分析儀工作原理圖不分光型紅外分析儀工作原理圖2.2 紅外氣體分析儀的分類和特點(diǎn)紅外氣體分析儀的分類和特點(diǎn)n 2.2.1紅外線分析儀的分類及部分產(chǎn)品介紹紅外線分析儀的分類及部分產(chǎn)品介紹n 紅外線分析儀的分類紅外線分析儀的分類n按是否把紅外光變成單色光來(lái)劃分，分為不分按是否把紅外光變成單色光來(lái)劃分，分為不分光型（非色散型）和分光型（色散型）兩種。光型（非色散型）和分光型（色散型）兩種。n不分光型（不分光型（NDIR

30、）：光源發(fā)出的連續(xù)光譜全部）：光源發(fā)出的連續(xù)光譜全部投射到被測(cè)樣品上，待測(cè)組分吸收其特征吸收波投射到被測(cè)樣品上，待測(cè)組分吸收其特征吸收波帶的紅外光。固定分光型（帶的紅外光。固定分光型（CDIR）：采用一套）：采用一套分光系統(tǒng)，使通過(guò)測(cè)量氣室的輻射光譜與待測(cè)組分光系統(tǒng)，使通過(guò)測(cè)量氣室的輻射光譜與待測(cè)組分的特征吸收光譜相吻合。分的特征吸收光譜相吻合。n按光學(xué)系統(tǒng)來(lái)劃分，分為雙光路和單光路兩種按光學(xué)系統(tǒng)來(lái)劃分，分為雙光路和單光路兩種。 n按使用的檢測(cè)器類型來(lái)劃分，分為氣動(dòng)檢測(cè)器和按使用的檢測(cè)器類型來(lái)劃分，分為氣動(dòng)檢測(cè)器和固體檢測(cè)器。固體檢測(cè)器。n氣動(dòng)檢測(cè)器有薄膜電容、微流量檢測(cè)器。氣動(dòng)檢測(cè)氣動(dòng)檢測(cè)器

31、有薄膜電容、微流量檢測(cè)器。氣動(dòng)檢測(cè)器一般和雙光路系統(tǒng)配合使用。器一般和雙光路系統(tǒng)配合使用。n固體檢測(cè)器包括光電導(dǎo)檢測(cè)器和熱釋電檢測(cè)器，檢固體檢測(cè)器包括光電導(dǎo)檢測(cè)器和熱釋電檢測(cè)器，檢測(cè)組件為固體器件，固體檢測(cè)器直接對(duì)紅外輻射能測(cè)組件為固體器件，固體檢測(cè)器直接對(duì)紅外輻射能量有響應(yīng)，對(duì)紅外輻射光譜無(wú)選擇性，它對(duì)待測(cè)氣量有響應(yīng)，對(duì)紅外輻射光譜無(wú)選擇性，它對(duì)待測(cè)氣體特征吸收光譜的選擇性是借助于窄帶干涉濾光片體特征吸收光譜的選擇性是借助于窄帶干涉濾光片實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。n按檢測(cè)組分的數(shù)量來(lái)劃分，有單組分和多組分兩按檢測(cè)組分的數(shù)量來(lái)劃分，有單組分和多組分兩種。種。 n雙光路紅外分析儀的測(cè)量雙光路紅外分析儀的測(cè)

32、量n原理參見(jiàn)圖原理參見(jiàn)圖2-3n采用單光源和薄膜微音器采用單光源和薄膜微音器n測(cè)量與參比氣室采用單管測(cè)量與參比氣室采用單管n隔半結(jié)構(gòu)，接收氣室是串隔半結(jié)構(gòu)，接收氣室是串n聯(lián)型。該儀器優(yōu)點(diǎn)是零點(diǎn)聯(lián)型。該儀器優(yōu)點(diǎn)是零點(diǎn)n穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，采用薄膜微音檢測(cè)器的紅外分析器介紹采用薄膜微音檢測(cè)器的紅外分析器介紹采用微流量檢測(cè)器的紅外分析器介紹采用微流量檢測(cè)器的紅外分析器介紹西門子西門子U23分析器部件結(jié)構(gòu)示意圖分析器部件結(jié)構(gòu)示意圖采用固定檢測(cè)器的固定分光型紅外分析采用固定檢測(cè)器的固定分光型紅外分析器（器（IFC技術(shù)及技術(shù)及GFC技術(shù)）技術(shù)）采用固定檢測(cè)器的固定分光型紅外分析采用固定

33、檢測(cè)器的固定分光型紅外分析器（電調(diào)制紅外光源及熱釋電檢測(cè)器技術(shù)）器（電調(diào)制紅外光源及熱釋電檢測(cè)器技術(shù)）2.2.2紅外線分析儀的特點(diǎn)紅外線分析儀的特點(diǎn)n（1）能測(cè)量多種氣體）能測(cè)量多種氣體 除了單原子的惰性氣體除了單原子的惰性氣體（He、Ne、Ar 等）和具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)無(wú)極性的雙等）和具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)無(wú)極性的雙原子分子原子分子(N2、H2、O2、Cl2 等等)外，外，CO、CO2、NO、NO2、SO2、NH3 等無(wú)機(jī)物，等無(wú)機(jī)物，CH4、C2H4 等烷烴、烯烴和其它烴類及有機(jī)物，都可等烷烴、烯烴和其它烴類及有機(jī)物，都可以用紅外線分析儀來(lái)測(cè)量。以用紅外線分析儀來(lái)測(cè)量。n（2）測(cè)量范圍寬）測(cè)量范圍寬 可分

34、析氣體的上限達(dá)可分析氣體的上限達(dá)100%，下限達(dá)幾個(gè)下限達(dá)幾個(gè)ppm 的濃度，當(dāng)采取一定的措施后，的濃度，當(dāng)采取一定的措施后，甚至可以進(jìn)行痕量（甚至可以進(jìn)行痕量（ppb 級(jí)級(jí))的分析。的分析。n（3）靈敏度高。）靈敏度高。n（4）測(cè)量精度高，一般都在）測(cè)量精度高，一般都在2%FS，不少產(chǎn)品，不少產(chǎn)品能達(dá)到能達(dá)到2%FS。n（5）反應(yīng)快，反應(yīng)時(shí)間）反應(yīng)快，反應(yīng)時(shí)間T90 一般在一般在10s 以內(nèi)。以內(nèi)。n（6）紅外線分析儀有良好的選擇性，特別適合對(duì)）紅外線分析儀有良好的選擇性，特別適合對(duì)多組分混合氣體中某一待測(cè)組分的測(cè)量，而且當(dāng)混多組分混合氣體中某一待測(cè)組分的測(cè)量，而且當(dāng)混合氣體中一種或幾種組分

35、的濃度發(fā)生變化時(shí)，并不合氣體中一種或幾種組分的濃度發(fā)生變化時(shí)，并不影響對(duì)待測(cè)組分的測(cè)量。影響對(duì)待測(cè)組分的測(cè)量。2.3 紅外氣體分析儀的主要部件紅外氣體分析儀的主要部件n紅外線分析儀由發(fā)送器和測(cè)量電路兩大部分構(gòu)成，紅外線分析儀由發(fā)送器和測(cè)量電路兩大部分構(gòu)成，發(fā)送器是紅外線分析儀的發(fā)送器是紅外線分析儀的“心臟心臟”，它將被測(cè)組分，它將被測(cè)組分的濃度變化轉(zhuǎn)化成某種電參數(shù)的變化，再通過(guò)相應(yīng)的濃度變化轉(zhuǎn)化成某種電參數(shù)的變化，再通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。發(fā)送器由光學(xué)的測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。發(fā)送器由光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器組成，光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成部件主要有：系統(tǒng)和檢測(cè)器組成，光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成部件主要

36、有：紅外輻射光源組件，包括紅外輻射光源、反射體和紅外輻射光源組件，包括紅外輻射光源、反射體和切光（頻率調(diào)制）裝置；氣室和濾光組件，包括測(cè)切光（頻率調(diào)制）裝置；氣室和濾光組件，包括測(cè)量氣室、參比氣室、濾波氣室和干涉濾光片。量氣室、參比氣室、濾波氣室和干涉濾光片。2.3.1紅外輻射光源紅外輻射光源n按發(fā)光體種類分，光源有合金絲光源、陶瓷光源、按發(fā)光體種類分，光源有合金絲光源、陶瓷光源、半導(dǎo)體光源等。半導(dǎo)體光源等。n按光能輸出形式分，有連續(xù)光源和斷續(xù)光源。按光能輸出形式分，有連續(xù)光源和斷續(xù)光源。n按輻射光譜的特征來(lái)分，有廣譜（寬譜）光源和干按輻射光譜的特征來(lái)分，有廣譜（寬譜）光源和干涉光源。涉光源。

37、n從光路結(jié)構(gòu)考慮，有單光源和雙光源之分。從光路結(jié)構(gòu)考慮，有單光源和雙光源之分。2.3.2紅外線分析儀對(duì)光源的要求：紅外線分析儀對(duì)光源的要求：n輻射光譜成分要穩(wěn)定；輻射光譜成分要穩(wěn)定；n輻射能量大部分集中待測(cè)氣體特征吸收波段；輻射能量大部分集中待測(cè)氣體特征吸收波段；n輻射光最好能平行于氣室中心入射；輻射光最好能平行于氣室中心入射；n光源壽命長(zhǎng)，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性好，金屬光源壽命長(zhǎng)，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性好，金屬蒸發(fā)物要少；蒸發(fā)物要少；n光源燈絲在加熱過(guò)程中不能釋放有害氣體。光源燈絲在加熱過(guò)程中不能釋放有害氣體。n典型紅外線輻射源是由鎳鉻合金或鎢絲繞制成的典型紅外線輻射源是由鎳鉻合金或鎢絲繞制成的

38、螺旋絲，用低電壓源加熱溫度升至螺旋絲，用低電壓源加熱溫度升至600800之間發(fā)出暗紅色光，發(fā)射出之間發(fā)出暗紅色光，發(fā)射出0.77m 的連續(xù)波的連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光。長(zhǎng)的紅外光。2.3.2反射體和切光（頻率調(diào)制）裝置反射體和切光（頻率調(diào)制）裝置n（1）反射體）反射體n反射體的作用主要是保證紅外光以平行的形式發(fā)射，反射體的作用主要是保證紅外光以平行的形式發(fā)射，減少因折射造成的能量損失。因此對(duì)反射體反射面減少因折射造成的能量損失。因此對(duì)反射體反射面要求很高，表面不易氧化且反射效率高。反射體一要求很高，表面不易氧化且反射效率高。反射體一般采用平面鏡或拋物面鏡。般采用平面鏡或拋物面鏡。n（2）切光（頻率調(diào)制

39、）裝置）切光（頻率調(diào)制）裝置n切光裝置包括切光片和同步電機(jī)，切光片由同步電切光裝置包括切光片和同步電機(jī)，切光片由同步電機(jī)（切光馬達(dá)）帶動(dòng)，作用是把光源發(fā)出的紅外光機(jī)（切光馬達(dá)）帶動(dòng)，作用是把光源發(fā)出的紅外光變成斷續(xù)的光，即對(duì)紅外光進(jìn)行頻率調(diào)制。調(diào)制的變成斷續(xù)的光，即對(duì)紅外光進(jìn)行頻率調(diào)制。調(diào)制的目的是使檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)為交流信號(hào)，便于放大目的是使檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)為交流信號(hào)，便于放大器放大，同時(shí)改善檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間特性，理論和器放大，同時(shí)改善檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間特性，理論和實(shí)踐表明：切光頻率一般應(yīng)取在實(shí)踐表明：切光頻率一般應(yīng)取在515HZ 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。常見(jiàn)的光源和切光片為下圖所示：常見(jiàn)的光源和切光

40、片為下圖所示：n 1-反光鏡；反光鏡；2-光源；光源；3-切光片；切光片；4-同步電機(jī)同步電機(jī)n 圖圖2-8 常見(jiàn)的光源和切光片常見(jiàn)的光源和切光片2.3.3氣室和窗口材料（芯片）氣室和窗口材料（芯片）n（1）測(cè)量氣室和參比氣室）測(cè)量氣室和參比氣室n測(cè)量氣室和參比氣室的結(jié)構(gòu)基本相同，外形都測(cè)量氣室和參比氣室的結(jié)構(gòu)基本相同，外形都是圓筒形，筒的兩端用芯片密封。也有測(cè)是圓筒形，筒的兩端用芯片密封。也有測(cè)n量氣室和參比氣室各占一半的量氣室和參比氣室各占一半的“單筒隔半單筒隔半”型型結(jié)構(gòu)。測(cè)量氣室連續(xù)地通過(guò)被測(cè)氣體，參比氣結(jié)構(gòu)。測(cè)量氣室連續(xù)地通過(guò)被測(cè)氣體，參比氣室完全密封并充有中性氣體（多為室完全密封并

41、充有中性氣體（多為N2）。）。n（2）窗口材料（芯片）窗口材料（芯片）n芯片通常裝在氣室兩端，要求必須保證整個(gè)氣室的芯片通常裝在氣室兩端，要求必須保證整個(gè)氣室的氣密性，具有較高的透光率，同時(shí)也能起到部分濾氣密性，具有較高的透光率，同時(shí)也能起到部分濾光的作用。因此，芯片應(yīng)有高的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)特定光的作用。因此，芯片應(yīng)有高的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)特定的波長(zhǎng)段有較高的的波長(zhǎng)段有較高的“透明度透明度”，還要耐腐蝕、潮濕、，還要耐腐蝕、潮濕、抗溫度變化的影響等?？箿囟茸兓挠绊懙?。n窗口所使用芯片材料大多為氟化鈣（窗口所使用芯片材料大多為氟化鈣（CaF2)和和 熔融石英芯片。芯片上沾染灰塵、污物、起毛等都熔融石英芯

42、片。芯片上沾染灰塵、污物、起毛等都會(huì)使儀表的靈敏度下降，測(cè)量誤差和零點(diǎn)漂移增大。會(huì)使儀表的靈敏度下降，測(cè)量誤差和零點(diǎn)漂移增大。必須保持芯片的清潔，可用擦鏡紙或綢布擦拭，注必須保持芯片的清潔，可用擦鏡紙或綢布擦拭，注意不能用手指接觸芯片表面。意不能用手指接觸芯片表面。2.3.4濾光組件濾光組件n紅外光是所謂的廣譜輻射，比被測(cè)組分的吸收波段紅外光是所謂的廣譜輻射，比被測(cè)組分的吸收波段要寬得多，此外被測(cè)組分的吸收波段與樣氣中某些要寬得多，此外被測(cè)組分的吸收波段與樣氣中某些組分的吸收波段往往會(huì)發(fā)生交叉甚至重迭，從而對(duì)組分的吸收波段往往會(huì)發(fā)生交叉甚至重迭，從而對(duì)測(cè)量帶來(lái)干擾。因此必須對(duì)紅外光進(jìn)行過(guò)濾處理

43、，測(cè)量帶來(lái)干擾。因此必須對(duì)紅外光進(jìn)行過(guò)濾處理，即：濾光或?yàn)V波，常用的濾光組件有濾波氣室和干即：濾光或?yàn)V波，常用的濾光組件有濾波氣室和干涉濾光片兩種。涉濾光片兩種。n（1）濾波氣室）濾波氣室n濾波氣室和參比氣室的結(jié)構(gòu)一樣，但長(zhǎng)度要短。濾濾波氣室和參比氣室的結(jié)構(gòu)一樣，但長(zhǎng)度要短。濾波氣室內(nèi)部充有干擾組分氣體，吸收其相應(yīng)的紅外波氣室內(nèi)部充有干擾組分氣體，吸收其相應(yīng)的紅外能量以抵消（或減少）被測(cè)氣體中干擾組分的影響。能量以抵消（或減少）被測(cè)氣體中干擾組分的影響。例如例如CO 分析儀的濾波氣室內(nèi)填充適當(dāng)濃度的分析儀的濾波氣室內(nèi)填充適當(dāng)濃度的CO2 和和CH4，可以將光源中對(duì)應(yīng)于這兩種氣體的紅外波，可以將

44、光源中對(duì)應(yīng)于這兩種氣體的紅外波長(zhǎng)吸收掉，使光源中不再含有這些波長(zhǎng)的輻射，就長(zhǎng)吸收掉，使光源中不再含有這些波長(zhǎng)的輻射，就會(huì)消除測(cè)量氣室中的會(huì)消除測(cè)量氣室中的CO2和和CH4 干擾影響。干擾影響。n（2）干涉濾光片）干涉濾光片n濾光片是一種形式最簡(jiǎn)單的波長(zhǎng)選擇器，它是基濾光片是一種形式最簡(jiǎn)單的波長(zhǎng)選擇器，它是基于各種不同的光學(xué)現(xiàn)象（吸收、干涉、選擇性反于各種不同的光學(xué)現(xiàn)象（吸收、干涉、選擇性反射、偏振等）而工作的，它僅使具有特征吸收波射、偏振等）而工作的，它僅使具有特征吸收波長(zhǎng)的紅外輻射通過(guò)。長(zhǎng)的紅外輻射通過(guò)。n特點(diǎn)是通帶很窄，濾波效果很好，它可以只讓被特點(diǎn)是通帶很窄，濾波效果很好，它可以只讓被測(cè)

45、組分特征吸收波帶的光能通過(guò)，通帶以外的光測(cè)組分特征吸收波帶的光能通過(guò)，通帶以外的光能幾乎全部濾除掉。厚度和體積小，不存在泄漏能幾乎全部濾除掉。厚度和體積小，不存在泄漏問(wèn)題。一般干擾組分多時(shí)采用干涉濾光片。缺點(diǎn)問(wèn)題。一般干擾組分多時(shí)采用干涉濾光片。缺點(diǎn)是由于通帶窄，透光率不高，到達(dá)檢測(cè)器的光能是由于通帶窄，透光率不高，到達(dá)檢測(cè)器的光能小，靈敏度較低。小，靈敏度較低。2.3.5檢測(cè)器檢測(cè)器n紅外線分析儀使用的檢測(cè)器目前主要有四種：紅外線分析儀使用的檢測(cè)器目前主要有四種：n （1）薄膜電容檢測(cè)器又叫作薄膜微音器，由金）薄膜電容檢測(cè)器又叫作薄膜微音器，由金屬薄膜動(dòng)極和定極組成電容器，當(dāng)接受氣室內(nèi)的屬薄

46、膜動(dòng)極和定極組成電容器，當(dāng)接受氣室內(nèi)的氣體壓力受紅外輻射能的影響而變化時(shí)，推動(dòng)電氣體壓力受紅外輻射能的影響而變化時(shí)，推動(dòng)電容動(dòng)片相對(duì)于定片移動(dòng)，把被測(cè)組分的濃度變化容動(dòng)片相對(duì)于定片移動(dòng)，把被測(cè)組分的濃度變化轉(zhuǎn)變成電容量的變化。轉(zhuǎn)變成電容量的變化。n薄膜電容檢測(cè)器是紅外線分析儀長(zhǎng)期使用的傳統(tǒng)薄膜電容檢測(cè)器是紅外線分析儀長(zhǎng)期使用的傳統(tǒng)檢測(cè)器，特點(diǎn)是溫度變化影響小、選擇性好、靈檢測(cè)器，特點(diǎn)是溫度變化影響小、選擇性好、靈敏度高，但檢測(cè)器必須要密封并按交流調(diào)制方式敏度高，但檢測(cè)器必須要密封并按交流調(diào)制方式工作。缺點(diǎn)是金屬薄膜易收機(jī)械振動(dòng)影響。接收工作。缺點(diǎn)是金屬薄膜易收機(jī)械振動(dòng)影響。接收氣室如果漏氣，哪

47、怕是微漏也會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)器失效。氣室如果漏氣，哪怕是微漏也會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)器失效。 薄膜電容檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖薄膜電容檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖 n（2）微流量檢測(cè)器）微流量檢測(cè)器n微流量檢測(cè)器是一種利用敏感組件的熱敏特性測(cè)量微流量檢測(cè)器是一種利用敏感組件的熱敏特性測(cè)量微小氣體流量變化的新型檢測(cè)器。其微小氣體流量變化的新型檢測(cè)器。其n傳感組件是兩個(gè)微型熱絲電阻和另外兩個(gè)輔助電阻傳感組件是兩個(gè)微型熱絲電阻和另外兩個(gè)輔助電阻組成的惠斯通電橋。熱絲電阻通電加熱到一定溫度，組成的惠斯通電橋。熱絲電阻通電加熱到一定溫度，當(dāng)有氣體流過(guò)時(shí)，帶走部分熱量使熱絲組件冷卻，當(dāng)有氣體流過(guò)時(shí)，帶走部分熱量使熱絲組件冷卻，電阻變化，通過(guò)電橋

48、轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。微流量檢測(cè)電阻變化，通過(guò)電橋轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。微流量檢測(cè)器工作原理參見(jiàn)下圖器工作原理參見(jiàn)下圖 微流量檢測(cè)器工作原理示意圖微流量檢測(cè)器工作原理示意圖 西門子微流量傳感元件西門子微流量傳感器工作原理西門子微流量傳感器工作原理特點(diǎn)特點(diǎn):無(wú)可動(dòng)部件無(wú)可動(dòng)部件 沒(méi)沒(méi)有可磨損的東西有可磨損的東西沒(méi)有麥克風(fēng)效應(yīng)沒(méi)有麥克風(fēng)效應(yīng)將流量線性地轉(zhuǎn)將流量線性地轉(zhuǎn)化為電信號(hào)化為電信號(hào)n0,15mmn1mm2nGasflownR1nR2nR2nR4nR1nR3n（3）光電導(dǎo)檢測(cè)器）光電導(dǎo)檢測(cè)器n光電導(dǎo)檢測(cè)器是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)的原理制成的，光電導(dǎo)檢測(cè)器是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)的原理制成的，當(dāng)紅外光照射到半導(dǎo)體組

49、件上時(shí)，它吸收光子能量當(dāng)紅外光照射到半導(dǎo)體組件上時(shí)，它吸收光子能量后使非導(dǎo)電性的價(jià)電子躍遷至高能量的導(dǎo)電帶，從后使非導(dǎo)電性的價(jià)電子躍遷至高能量的導(dǎo)電帶，從而降低了半導(dǎo)體的電阻，引起電導(dǎo)率的改變，又叫而降低了半導(dǎo)體的電阻，引起電導(dǎo)率的改變，又叫半導(dǎo)體檢測(cè)器或光敏電阻。半導(dǎo)體檢測(cè)器或光敏電阻。n（4）熱電檢測(cè)器）熱電檢測(cè)器n熱電檢測(cè)器是基于紅外輻射產(chǎn)生熱電效應(yīng)的原理的熱電檢測(cè)器是基于紅外輻射產(chǎn)生熱電效應(yīng)的原理的一類檢測(cè)器。一類是把多支熱電偶串聯(lián)在一起形成一類檢測(cè)器。一類是把多支熱電偶串聯(lián)在一起形成的熱電堆檢測(cè)器；另一類是熱晶體管的熱釋電效應(yīng)的熱電堆檢測(cè)器；另一類是熱晶體管的熱釋電效應(yīng)（晶體極化引起

50、表面電荷轉(zhuǎn)移）為機(jī)理的熱釋電檢（晶體極化引起表面電荷轉(zhuǎn)移）為機(jī)理的熱釋電檢測(cè)器。測(cè)器。2.4 紅外氣體分析儀測(cè)量誤差分析及儀表調(diào)試紅外氣體分析儀測(cè)量誤差分析及儀表調(diào)試n2.4.1背景氣中干擾組分造成的測(cè)量誤差背景氣中干擾組分造成的測(cè)量誤差n所謂干擾組分就是指與待測(cè)組分特征吸收波帶有交所謂干擾組分就是指與待測(cè)組分特征吸收波帶有交叉或重迭的其它組分。為了消除干擾組分的干擾，叉或重迭的其它組分。為了消除干擾組分的干擾，準(zhǔn)確檢測(cè)待測(cè)組分的濃度，可采取多種措施，如設(shè)準(zhǔn)確檢測(cè)待測(cè)組分的濃度，可采取多種措施，如設(shè)置濾波氣室、或干涉濾光片，使這些干擾組分特征置濾波氣室、或干涉濾光片，使這些干擾組分特征吸收波帶

51、的光在進(jìn)入測(cè)量氣室或檢測(cè)器之前就被吸吸收波帶的光在進(jìn)入測(cè)量氣室或檢測(cè)器之前就被吸收掉，只讓待測(cè)組分特征吸收波帶的光通過(guò)。收掉，只讓待測(cè)組分特征吸收波帶的光通過(guò)。n水分干擾：水分廣泛存在于工藝氣體中，生產(chǎn)狀態(tài)水分干擾：水分廣泛存在于工藝氣體中，生產(chǎn)狀態(tài)的變化，預(yù)處理運(yùn)行的變化，環(huán)境溫度、壓力的變的變化，預(yù)處理運(yùn)行的變化，環(huán)境溫度、壓力的變化，都會(huì)使進(jìn)入分析儀中的氣樣的含水量發(fā)生變化。化，都會(huì)使進(jìn)入分析儀中的氣樣的含水量發(fā)生變化。水分在水分在19m 波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎有連續(xù)的吸收帶，波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎有連續(xù)的吸收帶，其吸收帶和許多組分特征吸收波帶重迭在一起。當(dāng)其吸收帶和許多組分特征吸收波帶重迭在一起。當(dāng)兩

52、者的吸收波帶重迭時(shí)，難以消除水分干擾帶來(lái)的兩者的吸收波帶重迭時(shí)，難以消除水分干擾帶來(lái)的測(cè)量誤差。測(cè)量誤差。 n為解決不同組分之間的交叉干擾和重迭干擾，為解決不同組分之間的交叉干擾和重迭干擾， 采采用模塊化多組分分析儀，模塊化多組分分析儀可以用模塊化多組分分析儀，模塊化多組分分析儀可以同時(shí)測(cè)量多種氣體組分，因此可以通過(guò)計(jì)算來(lái)消除同時(shí)測(cè)量多種氣體組分，因此可以通過(guò)計(jì)算來(lái)消除不同組分之間的干擾測(cè)量。不同組分之間的干擾測(cè)量。 2.4.2樣品處理過(guò)程可能造成的測(cè)量誤差樣品處理過(guò)程可能造成的測(cè)量誤差n檢測(cè)濃度指標(biāo)一般是指不含水分的檢測(cè)濃度指標(biāo)一般是指不含水分的“干氣干氣”中的含中的含量，而經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的氣

53、樣中水分不可能完全除掉，量，而經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的氣樣中水分不可能完全除掉，仍將占有一定的比例。隨著預(yù)處理運(yùn)行狀況的變化，仍將占有一定的比例。隨著預(yù)處理運(yùn)行狀況的變化，環(huán)境溫度、壓力的變化，氣樣中水含量亦隨之變化，環(huán)境溫度、壓力的變化，氣樣中水含量亦隨之變化，一些極性較強(qiáng)的組分如一些極性較強(qiáng)的組分如CO2、SO2、NO 等，隨著等，隨著水溫、氣樣壓力及水氣接觸時(shí)間長(zhǎng)短的不同而有不水溫、氣樣壓力及水氣接觸時(shí)間長(zhǎng)短的不同而有不同的溶解度。同的溶解度。n對(duì)低濕樣品進(jìn)行處理應(yīng)慎重，因?yàn)楦稍飫┩瑫r(shí)對(duì)低濕樣品進(jìn)行處理應(yīng)慎重，因?yàn)楦稍飫┩瑫r(shí)吸附其它組分，吸附量又易收環(huán)境溫度壓力變化的吸附其它組分，吸附量又

54、易收環(huán)境溫度壓力變化的影響，弄不好反而會(huì)增大附加誤差。影響，弄不好反而會(huì)增大附加誤差。 2.4.3電源頻率變化造成的誤差電源頻率變化造成的誤差n不同型號(hào)的紅外線分析儀切光頻率是不一樣的，不同型號(hào)的紅外線分析儀切光頻率是不一樣的，它們都是通過(guò)同步電機(jī)經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)切光片它們都是通過(guò)同步電機(jī)經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)切光片轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦電源頻率發(fā)生變化，同步電機(jī)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦電源頻率發(fā)生變化，同步電機(jī)帶動(dòng)的切光片轉(zhuǎn)動(dòng)頻率也發(fā)生變化，切光頻率降低時(shí)，切光片轉(zhuǎn)動(dòng)頻率也發(fā)生變化，切光頻率降低時(shí)，紅外輻射光傳到檢測(cè)器后有利于光能的吸收，有紅外輻射光傳到檢測(cè)器后有利于光能的吸收，有利于提高儀表的靈敏度，但響應(yīng)時(shí)間減慢

55、。切光利于提高儀表的靈敏度，但響應(yīng)時(shí)間減慢。切光頻率增高時(shí)，響應(yīng)時(shí)間增快，但儀器的靈敏度下頻率增高時(shí)，響應(yīng)時(shí)間增快，但儀器的靈敏度下降。儀表運(yùn)行時(shí)供電頻率變化超過(guò)儀表規(guī)定的范降。儀表運(yùn)行時(shí)供電頻率變化超過(guò)儀表規(guī)定的范圍，靈敏度將發(fā)生較大的變化，使儀表輸出示值圍，靈敏度將發(fā)生較大的變化，使儀表輸出示值偏離正常示值。要求頻率波動(dòng)不超過(guò)偏離正常示值。要求頻率波動(dòng)不超過(guò)0.5HZ。2.4.4不正確接地造成的影響不正確接地造成的影響n 現(xiàn)在的儀表內(nèi)部通常都不止一個(gè)電源，而且現(xiàn)在的儀表內(nèi)部通常都不止一個(gè)電源，而且有些電源還是相互隔離的，其電源回線即地線根有些電源還是相互隔離的，其電源回線即地線根據(jù)工作性質(zhì)不同區(qū)分為模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、據(jù)工作性質(zhì)不同區(qū)分為模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、保護(hù)地等，多種電源及其地線交織在一起，處理保護(hù)地等，多種電源及其地線交織在一起，處理不好會(huì)引起儀表的測(cè)量誤差，甚至無(wú)法測(cè)量。所不好會(huì)引起儀表的測(cè)量誤差，甚至無(wú)法測(cè)量。所以儀表或系統(tǒng)的正確、良好接地很重要。以儀表或系統(tǒng)的正確、良好接地很重要。2.4.5環(huán)境溫度和大氣壓力變化造成的影響環(huán)境溫度和大氣壓力變化造成的影響n紅外線分析儀檢測(cè)過(guò)程需在恒定的溫度下進(jìn)行。環(huán)紅外線分析儀檢測(cè)過(guò)程需在恒定的溫度下進(jìn)行。環(huán)境溫度發(fā)生變化將直接影響紅外光源的穩(wěn)定，影響境溫度發(fā)生變化將直接影響紅外光源的穩(wěn)定，影響紅外輻射的強(qiáng)度，影