紅外線氣體分析儀PPT

1、8.4 紅外線氣體分析儀8.4.1 測(cè)量原理測(cè)量原理8.4.2 紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)8.4.3 紅外線分析儀的應(yīng)用8.4.1 測(cè)量原理 紅外線一般指波長(zhǎng)從0.76m至1000m范圍內(nèi)的電磁幅射。在紅外線氣體分析儀器中實(shí)際使用的紅外線波長(zhǎng)大約在150m 。紅外線氣體分析儀是利用不同氣體對(duì)紅外波長(zhǎng)的電磁波能量具有特殊吸收特性的原理而進(jìn)行氣體成分和含量分析的儀器。吸收：紅外線通過某些物質(zhì)時(shí)，其中一些頻率的光強(qiáng)度大為減弱甚至消失。 吸收現(xiàn)象的實(shí)質(zhì) 光輻射的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的分子或原子中去。這樣，某些頻率的光能減少，而物質(zhì)的分子或原子則由最低能級(jí)E0（基態(tài)）躍進(jìn)到較高能級(jí)E1（激發(fā)態(tài)）。原子、分子或離子具

2、有不連續(xù)的、數(shù)目有限的能級(jí)。因此，物質(zhì)僅能吸收與兩個(gè)能級(jí)之差E1-E0相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍的能量，即hchEE21各種原子或分子所具有的能級(jí)數(shù)目和能級(jí)間的能量差不同，各種原子或分子所具有的能級(jí)數(shù)目和能級(jí)間的能量差不同，所以它們對(duì)光輻射的吸收情況也各不相同，從而形成不同所以它們對(duì)光輻射的吸收情況也各不相同，從而形成不同的的特征吸收峰特征吸收峰。大部分的有機(jī)和無機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)都。大部分的有機(jī)和無機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)都有其特征吸收峰，有的氣體還有兩個(gè)或多個(gè)特征吸收峰。有其特征吸收峰，有的氣體還有兩個(gè)或多個(gè)特征吸收峰。 部分氣體的紅外線特征吸收峰圖 朗伯特-比耳定律 光的吸收定律 單色平行光通過均勻介質(zhì)

3、時(shí)能量被介質(zhì)吸收的規(guī)律 光強(qiáng)度為I0 的單色平行光通過均勻介質(zhì)后，剩余光強(qiáng)度的大小隨著介質(zhì)濃度c和光程l按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)k的大小取決于介質(zhì)的特性，不同介質(zhì)有不同的k值，而一種介質(zhì)的k值又會(huì)隨著光的波長(zhǎng)值而變化。因此，對(duì)于不同的介質(zhì)或不同波長(zhǎng)的光，吸收的光強(qiáng)也是不同的。 kcleII0紅外線氣體分析儀的工作原理用人工的方法制造一個(gè)包括被測(cè)氣體特征吸收峰波長(zhǎng)在內(nèi)的連續(xù)光譜輻射源，讓這個(gè)光譜通過固定長(zhǎng)度的含有被測(cè)氣體的混合組分，在混合組分的氣體層中，被測(cè)氣體的濃度不同，吸收固定波長(zhǎng)紅外線的能量也不相同，繼而轉(zhuǎn)換成的熱量也不同。在一個(gè)特制的紅外檢測(cè)器中，再將熱量轉(zhuǎn)換成溫度或壓力，測(cè)量這個(gè)溫度和

4、壓力，就可以準(zhǔn)確地測(cè)量被分析氣體的濃度。 8.4 紅外線氣體分析儀8.4.1 測(cè)量原理8.4.2 紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)8.4.3 紅外線分析儀的應(yīng)用8.4.2 紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)工業(yè)紅外線氣體分析儀主要用于測(cè)量混合氣體中某種組分的濃度，它的種類很多。從物理特性上可分：分光式及非分光式；從測(cè)量方法上可分：直讀式和補(bǔ)償式；從光學(xué)結(jié)構(gòu)上可分：?jiǎn)喂馐半p光束。非分光直讀式雙光束紅外線分析儀優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以測(cè)量微量和常量等，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 雙光束直讀式紅外線氣體分析儀 1. 雙光束直讀式紅外線氣體分析儀測(cè)量過程 2雙光束直讀式紅外線氣體分析儀基本部

5、件結(jié)構(gòu) （1）光源和調(diào)制器 （2）氣室和濾光器 （3）檢測(cè)器 3. 具有雙層檢測(cè)氣室和光耦合器紅外線氣體分析儀測(cè)量原理 1.氣體分析儀測(cè)量過程 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)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-前置放大器；前置放大器；9-主放大器；主放大器；10-記錄器記錄器2分析儀基本部件結(jié)構(gòu) （1）光源和調(diào)制器 （2）氣室和濾光器 （3）檢測(cè)器 （1）光源和調(diào)制器光源的任務(wù)：產(chǎn)生具有一定調(diào)制頻率（212HZ）、兩束能量相等且穩(wěn)定的平行紅外光束 1-反光鏡；反光鏡；2-光源；光源；3-切光片；切光片

6、；4-同步電機(jī)同步電機(jī) （2）氣室和濾光器 氣室包括測(cè)量氣室、參比氣室和濾光氣室。結(jié)構(gòu)圓筒形，除測(cè)量氣室有氣樣進(jìn)出口之外，參比氣室和過濾氣室都是密封的，所有氣室內(nèi)壁非常光潔，要求不吸收紅外線，不能吸附氣體，對(duì)氣體不起任何化學(xué)作用。測(cè)量氣室長(zhǎng)度與濃度成反比。 濾光氣室封入一定濃度的干擾組分，它的長(zhǎng)度由封入干擾組分的濃度決定，有的分析儀不采用濾光氣室，而用濾光片將干擾組分特征吸收波長(zhǎng)全部濾去，這種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。氣室兩端用透光材料密封，它既保證氣室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各種透光材料允許透過光波長(zhǎng)的不同，又起到了濾光作用，常用的透光材料有藍(lán)寶石（Al2O3）、氟化鋰（LiF）等。（3）檢測(cè)

7、器1窗口的光學(xué)玻璃，窗口的光學(xué)玻璃，2殼體，殼體，3薄膜，其下部帶有薄膜，其下部帶有 電容傳感器的動(dòng)片，電容傳感器的動(dòng)片，4電容傳感器的定片電容傳感器的定片5絕緣體絕緣體6支架支架7和和8 兩個(gè)氣室兩個(gè)氣室9后蓋后蓋10密封墊圈密封墊圈 檢測(cè)器工作工程檢測(cè)器兩氣室所充的氣體就是需要測(cè)量的氣體，一般用中性氣體氮?dú)猓∟2）或氬氣（Ar）與被測(cè)氣體制成一定濃度的混合氣體充入檢測(cè)室中。被測(cè)氣體的濃度不要太高。若濃度太高，紅外線中某一波長(zhǎng)的能量在檢測(cè)氣室窗口鏡片附近就會(huì)全部被吸收，而不能深入到檢測(cè)氣室的下層，此時(shí)局部溫度雖然相對(duì)高些，但窗口向四周的對(duì)流換熱和檢測(cè)氣室壁的傳導(dǎo)換熱損失會(huì)加大，檢測(cè)器的靈敏度

8、就會(huì)下降。檢測(cè)氣室的密封極為重要檢測(cè)氣室動(dòng)片和定片之間必須保持很高的絕緣性，因此對(duì)封入的氣體要進(jìn)行深度的干燥。檢測(cè)器使用一段時(shí)間后，靈敏度會(huì)下降，可經(jīng)過重新充氣，方可繼續(xù)使用。3.具有雙層檢測(cè)氣室和光耦合器紅外線氣體分析儀測(cè)量原理 對(duì)于不同的氣體，雖然其吸收波長(zhǎng)各不相同，但也可能有部分重疊，這導(dǎo)致產(chǎn)生交叉干擾。 降低這種交叉干擾措施： （1）使用濾波氣室（分光器）； （2）使用帶有光耦合器的雙層檢測(cè)氣室； （3）使用濾光片。1-紅外線源（可調(diào)）紅外線源（可調(diào)）2-光學(xué)過濾器；光學(xué)過濾器；3-光束分離器（氣體過濾器）光束分離器（氣體過濾器）4-旋轉(zhuǎn)電流驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)電流驅(qū)動(dòng)器5-斬光器斬光器6-樣氣入口樣氣入口7-樣氣室樣氣室8-參比氣室參比氣室9-樣氣出口樣氣出口10-檢測(cè)器（左）檢測(cè)器（左）11-檢測(cè)器（右）檢測(cè)器（右）12-微流量傳感器微流量傳感器13-光耦合器光耦合器14-滑動(dòng)觸頭（可調(diào)）滑動(dòng)觸頭（可調(diào)） 8.4 紅外線氣體分析儀8.4.1 測(cè)量原理8.4.2 紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)8.4.3 紅外線分析儀的應(yīng)用紅外線分析儀的應(yīng)用8.4.3 紅外線分析儀的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：選擇性好，靈敏度高，測(cè)量范圍廣，精度較高，常量為12.5級(jí)，低濃度（ppm）為25級(jí)，響應(yīng)速度快。能吸