紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性,利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系(朗伯-比爾Lambert-Beer定律)鑒別)鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。
紅外傳感器的應(yīng)用很廣,在檢測(cè)很多種的氣體中都使用到它,而且它的可靠性很高,選擇性很好,精度也高,沒有毒,受到環(huán)境的干擾較小,壽命比較長(zhǎng),對(duì)氧氣不依賴等等的優(yōu)點(diǎn),在未來的市場(chǎng)中很可能會(huì)成為主流的。
紅外氣體傳感器采用電機(jī)機(jī)械調(diào)制,儀器功耗大,且穩(wěn)定性差,儀器造價(jià)也很高。采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對(duì)震動(dòng)十分敏感,因此不適合便攜測(cè)量。
紅外氣體傳感器及儀器適用于監(jiān)測(cè)各種易燃易爆、二氧化碳?xì)怏w,具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)將導(dǎo)致電化學(xué)、紅外原理的氣體檢測(cè)儀器占領(lǐng)更廣泛的行業(yè)高端市場(chǎng),并在未來逐步成為市場(chǎng)主流。
作為檢測(cè)烷烴類可燃?xì)怏w、二氧化碳、一氧化碳等氣體檢測(cè)儀常用的傳感器,紅外氣體傳感器有著壽命長(zhǎng)、選擇性強(qiáng)、靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。不管是檢測(cè)哪種氣體,紅外氣體傳感器的基本組成部分都是一致的:
●??紅外光源
●??吸收(氣體)池
●??選擇波長(zhǎng)的裝置(如濾光片)
●??接收元件(如熱電堆等)
●??相關(guān)電子電路。
其結(jié)構(gòu)如下圖所示:
而在氣體檢測(cè)儀具體應(yīng)用中,大部分的紅外氣體傳感器都是采用單光源,雙濾光片-雙檢測(cè)器的結(jié)構(gòu),然后由傳感器內(nèi)部的電子線路同時(shí)檢測(cè)被測(cè)氣體吸收和殘幣吸收的方法,減少由光源波動(dòng)和干擾氣體對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。而為了減少溫度對(duì)被測(cè)氣體體積濃度的影響,一般的紅外氣體傳感器都帶有溫度補(bǔ)償功能,其原理就是在紅外氣體傳感器內(nèi)部或者接近傳感器的地方安裝一個(gè)溫度傳感器(一般是熱敏電阻)。
從使用紅外氣體傳感器的甲烷檢測(cè)儀分析,紅外光源射出波長(zhǎng)為1~20um的紅外光,通過氣室吸收池后,用3.33um中心波長(zhǎng)的窄帶濾光片分離出能被甲烷氣體分子吸收的特征波長(zhǎng),用4.00um中心波長(zhǎng)的窄帶濾光片分離出參比特征波長(zhǎng)。然后通過檢測(cè)透過3.33um中心波長(zhǎng)被甲烷分子吸收的紅外光的強(qiáng)度,再進(jìn)行數(shù)學(xué)處理計(jì)算被測(cè)甲烷氣體的濃度。用另一個(gè)在4.00um處,即甲烷沒有吸收的波長(zhǎng)處的參比波長(zhǎng)計(jì)算出光源發(fā)射強(qiáng)度的變化,監(jiān)測(cè)紅外光源的輻射波動(dòng)以及灰塵和雜志氣體的吸收,從而達(dá)到克服儀器光源漂移和雜志影響的目的。
對(duì)于烷烴類氣體來說,都存在于甲烷氣體分子相同的C-H鍵紅外吸收,所以,檢測(cè)甲烷的紅外傳感器也能檢測(cè)大部分的烷烴氣體。當(dāng)然,如果更換紅外氣體傳感器內(nèi)部的濾光片或其它選擇波長(zhǎng)的裝置,紅外傳感器就能選擇性的檢測(cè)如二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳等可以吸收對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的紅外波段的氣體。
另外也有一種開路式紅外檢測(cè)器,其工作原理是將檢測(cè)池或者發(fā)射光源部分和檢測(cè)部分分開一段距離,這兩部分之間的整個(gè)空間就能形成一個(gè)開放的檢測(cè)池。開路紅外氣體檢測(cè)儀的基本檢測(cè)原理和上述的紅外氣體檢測(cè)儀檢測(cè)原理大概相同,但是相對(duì)來說,開路式紅外氣體檢測(cè)儀的特點(diǎn)在于其控制范圍更大,更適合用于監(jiān)控發(fā)生范圍泄漏的場(chǎng)合。
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