非分散紅外煙氣分析儀

1、非分散紅外煙氣分析儀 一、原理1、非分散紅外（NDIR）氣體分析基本原理 當(dāng)紅外光通過待測氣體時(shí),這些氣體分子對(duì)特定波長的紅外光有吸收,其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設(shè)入射光是平行光,其強(qiáng)度為I0,出射光的強(qiáng)度為I,氣體介質(zhì)的厚度為L。當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為dI時(shí),根據(jù)朗伯-比爾吸收定律: dI/I=-KdN,式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得:lnI= -KN + (1) ，式中:N為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù);為積分常數(shù)。顯然有Ncl, c為氣體濃度。則式(1)可寫成:I=exp()exp(-KN)=exp()exp(-cL)=I0exp(-

2、cL) (2)        式(2)表明,光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度c及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù)互不相同。對(duì)同一氣體,則隨入射波長而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體,則式(2)應(yīng)改為:I=I0exp(-li ci) 因此對(duì)于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號(hào)變化只反映被測氣體濃度變化。以CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個(gè)4.26m波長的窄帶濾光片后，由

3、紅外傳感器監(jiān)測透過4.26um波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度。        非色散紅外檢測器電量關(guān)系與氣體濃度關(guān)系的計(jì)算： Cm=(273+Tm)(M0R-MR0)×Rs×Cs/(273+Tc)(M0Rs-MsR0)R式中：Cm：檢測器檢出濃度；M0：零氣輸入時(shí)的測定信號(hào)；R0：零氣輸入時(shí)的比較信號(hào)；Ms：量程氣輸入時(shí)的測定信號(hào)；Rs：量程氣輸入時(shí)的比較信號(hào)；M：樣氣輸入時(shí)的測定信號(hào)；R：樣氣輸入時(shí)的比較信號(hào)；Cs： 標(biāo)準(zhǔn)器的濃度；Tm：測定時(shí)的氣體溫度；Tc：校正時(shí)的氣體溫度。 2、儀器主

4、要由紅外光源、紅外吸收池、紅外接收器、氣體管路、溫度傳感器等組成。它是利用各種元素對(duì)某個(gè)特定波長的吸收原理，當(dāng)被測氣體進(jìn)入紅外吸收池后會(huì)對(duì)紅外光有不同程度的吸收，從而計(jì)算出氣體含量。紅外傳感器具有抗中毒性好、量程范圍廣、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。但受外界溫度波動(dòng)影響較大；并且由于被分析氣體成分復(fù)雜，具有一定的腐蝕性，如SO2NOx等，長時(shí)間使用后氣室極易被污染，直接影響測量精度。二、儀器的結(jié)構(gòu)流程圖紫外差分煙氣分析儀一、原理1、紫外吸收光譜紫外吸收光譜檢測技術(shù)的基礎(chǔ)是，紫外光與分子相互作用時(shí)被分子吸收導(dǎo)致光能的變化，由于不同分子內(nèi)部電子能級(jí)的躍遷能量和幾率的不同，使得不同分子具有特征吸收光譜，可見，紫外

5、吸收光譜是分子在紫外波段吸收能力的定量描述。通常用吸收截面來描述單位分子的紫外吸收光譜：典型氣體吸收截面通過吸收光譜可分析分子濃度，其測量原理就是Beer-Lambert定律：I(l) = I0 (l) exp(-Ls(l)X)式中， I0(l)表示波長為l的光的入射光強(qiáng)，I(l)表示紫外光穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強(qiáng)，s(l)為氣體的吸收截面，Ls(l)X稱為光學(xué)密度。2、DOAS技術(shù)DOAS（差分吸收光譜）是一種利用氣體分子的吸收光譜高精度計(jì)算氣體濃度的技術(shù)，由德國Heidelberg大學(xué)環(huán)境物理研究所的Ulrich Platt教授首先提出。DOAS技術(shù)的基本原理是利用待測分子

6、的窄帶吸收特性來鑒別分子，并根據(jù)窄帶吸收強(qiáng)度反演出分子的濃度。將分子的吸收截面看成是兩部分的疊加，其一是隨波長緩慢變化的部分，構(gòu)成光譜的寬帶結(jié)構(gòu)，其二是隨波長快速變化的部分，構(gòu)成光譜的窄帶精細(xì)結(jié)構(gòu)，如下式：si ()si 0 ()si r() 其中si ()是分子的吸收截面，si 0 ()是吸收截面隨波長緩慢變化的部分，si r ()是吸收截面隨波長急劇變化的部分。DOAS方法的原理就是在吸收光譜中剔除光強(qiáng)隨波長緩慢變化的部分，而只留下隨波長快速變化的部分，然后用快速變化部分去反演氣體的濃度，從而可以避免因?yàn)楣庠雌?、粉塵干擾等因素引起的測量值漂移。二、儀器構(gòu)成GA-5000煙氣分析儀由光源、

7、氣體室、光譜儀、HMI模塊、接口板、氧傳感器模塊、溫度傳感器等部件以及擴(kuò)展模塊（CO檢測、CO2檢測）組成：其中：l 光源：可產(chǎn)生檢測需要的200-400nm紫外光。其關(guān)鍵參數(shù)為光源壽命和可用紫外光波長范圍，分析儀采用高性能、長壽命紫外脈沖氙燈；氣體室：也稱流通池，被測氣體將恒定的流量流過，吸收紫外光，以便獲取吸收光譜。其關(guān)鍵參數(shù)為光程和耐腐蝕能力；光譜儀：接收來自氣體室的氣體吸收后的紫外光，實(shí)現(xiàn)分光及光譜采集。關(guān)鍵參數(shù)為靈敏度（特別是紫外波段）、分辨率和溫漂；氧傳感器：采用電化學(xué)手段，測量氧氣濃度；溫度傳感器：采集樣氣的溫度和壓力，用于將測量成分濃度轉(zhuǎn)化為標(biāo)態(tài)的濃度；HMI模塊：實(shí)現(xiàn)通過吸收

8、光譜計(jì)算成分濃度的化學(xué)計(jì)量學(xué)算法，以及人機(jī)交互；接口板：提供開關(guān)量、模擬量輸入輸出，提供RS232、485等通訊接口。主要功能n 利用紫外吸收光譜和化學(xué)計(jì)量學(xué)算法測量氣體濃度并實(shí)時(shí)顯示，通過RS232、RS485、4-20mA將濃度實(shí)時(shí)輸出；n 可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)事件觸發(fā)（如定時(shí)時(shí)間、外部開關(guān)量輸入等）的校零、校量程；n 開關(guān)量、模擬量輸出/輸入可靈活配置，實(shí)現(xiàn)與外部控制系統(tǒng)等的良好配合；n 每個(gè)氣體（除O2外）均支持大小兩個(gè)量程，雙量程間可自動(dòng)、手動(dòng)或外部觸發(fā)切換，量程比達(dá)到10:1；n 在氣體室透鏡受到樣氣污染導(dǎo)致能量衰減時(shí)，支持自動(dòng)光譜能量調(diào)節(jié)；n 支持通過GPRS遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程診斷分析儀

9、；技術(shù)規(guī)格SO2量程最小量程為50ppm，最大量程為100%，支持雙量程，量程比達(dá)到1:10NO量程最小量程為50ppm，最大量程為100%，支持雙量程，量程比達(dá)到1:10O2量程100，電化學(xué)原理線性度±2% F.S.示值誤差< 5%重復(fù)性< ±0.5% F.S.零點(diǎn)漂移< ±2% F.S. / 7天量程漂移< ±2% F.S. / 7天工作溫度-10 500C響應(yīng)時(shí)間（T90）<10秒尺寸19" * 3U * 320mm4-20mA輸入接口2路，可靈活配置，100歐負(fù)載4-20mA輸出接口4路，輸出內(nèi)容可配置，最大帶載能力<800歐開關(guān)量輸入接口4路，可靈活配置繼電器輸出接口8路，輸出內(nèi)容可配置，DC30V2A通訊接口1路232，1路485(支持Mo