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 當紅外光通過待測氣體時,這些氣體分子對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,其強度為I0,出射光的強度為I,氣體介質(zhì)的厚度為L。當由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強減弱為dI時,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適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號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；M0：零氣輸入時的測定信號；R0：零氣輸入時的比較信號；Ms：量程氣輸入時的測定信號；Rs：量程氣輸入時的比較信號；M：樣氣輸入時的測定信號；R：樣氣輸入時的比較信號；Cs： 標準器的濃度；Tm：測定時的氣體溫度；Tc：校正時的氣體溫度。 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某個特定波長的吸收原理，當被測氣體進入紅外吸收池后會對紅外光有不同程度的吸收，從而計算出氣體含量。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。但受外界溫度波動影響較大；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，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，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，從而可以避免因為光源漂移、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)化為標態(tài)的濃度；HMI模塊：實現(xiàn)通過吸收

8、光譜計算成分濃度的化學(xué)計量學(xué)算法，以及人機交互；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)計量學(xué)算法測量氣體濃度并實時顯示，通過RS232、RS485、4-20mA將濃度實時輸出；n 可實現(xiàn)手動和自動事件觸發(fā)（如定時時間、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，實現(xiàn)與外部控制系統(tǒng)等的良好配合；n 每個氣體（除O2外）均支持大小兩個量程，雙量程間可自動、手動或外部觸發(fā)切換，量程比達到10:1；n 在氣體室透鏡受到樣氣污染導(dǎo)致能量衰減時，支持自動光譜能量調(diào)節(jié)；n 支持通過GPRS遠程配置、遠程診斷分析儀

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)時間（T90）<10秒尺寸19" * 3U * 320mm4-20mA輸入接口2路，可靈活配置，100歐負載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