Analizador de gas infrarrojo en línea

El infrarrojo es una luz invisible con un rango de longitud de onda de 0,78 - 1000 micras. Está fuera de los límites de la luz roja, por lo que se llama infrarrojo. El infrarrojo se puede dividir en tres partes, es decir, el infrarrojo cercano, con una longitud de onda de entre 0,75 y 1,50 micras; Infrarrojo medio, con una longitud de onda de entre 1,50 y 6,0 micras; Infrarrojo lejano, con una longitud de onda de entre 6,0 y 1000 micras.

Longitud de onda - en la dirección de propagación de la luz, la distancia entre dos ondas de luz adyacentes en el mismo punto de fase se llama longitud de onda.

Número de ondas - el número de ondas es un parámetro que describe la radiación infrarroja y se refiere al número de ondas infrarrojas contenidas en cada centímetro de longitud.

Frecuencia: el número de ciclos de vibración de las ondas de luz por unidad de tiempo.

Energía fotónica - la energía emitida, propagada o recibida por las ondas de luz en forma de radiación, expresada en e, en J.

Longitud de onda de absorción característica - en las bandas de infrarrojo cercano y infrarrojo medio, la energía de radiación infrarroja es pequeña, lo que no puede causar la transición del nivel de energía electrónica en la molécula, sino que solo puede ser absorbida por la molécula de la muestra, lo que provoca la transición del nivel de energía vibrante molecular, por lo que El espectro de absorción infrarroja también se llama espectro vibrante molecular. Cuando la energía de la radiación infrarroja de una determinada longitud de onda es exactamente igual a la diferencia de energía del nivel de energía vibrante de una molécula, será absorbida por esta molécula y producirá la transición correspondiente del nivel de energía vibrante. esta ola de longitud se llama la longitud de onda de absorción característica de esta molécula.

　　2.1Analizador de gas infrarrojoPrincipios básicos

Su principio de funcionamiento se basa en la absorción selectiva de infrarrojos por ciertos gases. La longitud de onda infrarroja comúnmente utilizada en los analizadores infrarrojos es de 2 a 12 micras. en pocas palabras, el gas a medir pasa continuamente por un recipiente de cierta longitud y volumen, inyectando un rayo de luz infrarroja desde un lado de una de las dos caras finales del recipiente que puede transmitir luz, y luego midiendo la intensidad de la radiación infrarroja en la otra cara final, y luego conociendo la concentración del gas medido en proporción directa a la concentración de la sustancia absorbente de luz en función de la absorción infrarroja.

La importancia física de la Ley Lambert - Bill es que cuando un haz de luz monocromática paralela pasa verticalmente a través de una sustancia absorbente uniforme y no dispersa, su absorción es proporcional a la concentración de la sustancia absorbente y el espesor de la capa absorbente. Esta es la base de medición del analizador de gas infrarrojo.

2.2 Características del analizador de gas infrarrojo

1. puede medir una variedad de gases

Además de los gases inertes monoatómicos y los gases moleculares biatómicos con estructura simétrica apolar, los compuestos inorgánicos como co, co2, no, no2, nh3, los alcanos como ch4, c2h4, Alquenos y otros hidrocarburos y compuestos orgánicos se pueden medir con un analizador infrarrojo;

2. amplio alcance de la medición

El límite superior del gas analizado alcanza el 100% y el límite inferior alcanza varias concentraciones de ppm. Después del tratamiento refinado, también se puede realizar un análisis de trazas;

3 tiene una alta sensibilidad de monitoreo y se pueden distinguir pequeños cambios en la concentración de gas;

4. alta precisión de medición

Por lo general, está en + / - 2% fs, y muchos productos alcanzan + / - 1% fs. en comparación con otros métodos de análisis, tiene una mayor precisión y buena estabilidad;

5. respuesta rápida

El tiempo de respuesta es generalmente inferior a 10s.

6. buena selectividad

El analizador infrarrojo tiene un alto coeficiente de selectividad, por lo que es especialmente adecuado para la medición de un componente a analizar en una mezcla de múltiples componentes y no afecta a la medición del componente analizado cuando la concentración de uno o varios componentes en la mezcla cambia.

2.3 Estructura básica y componentes principales del analizador infrarrojo

El analizador de gas infrarrojo generalmente consta de dos partes: el circuito de gas y el circuito. su componente de conexión entre el circuito de gas y el circuito también es el núcleo. el transmisor es la parte "cardíaca" del analizador infrarrojo. convierte el cambio en la concentración del componente medido en un cambio en algún parámetro eléctrico y lo convierte en una salida de voltaje o corriente a través del circuito correspondiente. El transmisor consta de dos partes: sistema óptico y detector, y los principales componentes son los siguientes: fuente de radiación infrarroja, Cámara de aire y filtro, detector

Principio de medición

Una es la Sala de medición y la otra es la Sala de referencia. Las dos cámaras abren y cierran el camino de luz al mismo tiempo o alternativamente durante un cierto período de tiempo a través de la placa de Corte. Después de introducir el gas medido en la Cámara de medición, la luz con la longitud de onda del gas medido se absorbe, lo que reduce el flujo de luz que entra en la Cámara de gas receptora infrarroja a través del Camino óptico de la Cámara de medición. Cuanto mayor sea la concentración de gas, menor será el flujo de luz que entrará en la Cámara de gas receptora infrarroja; El flujo de luz a través de la Cámara de referencia es cierto, y el flujo de luz que entra en la Cámara de gas receptora infrarroja también es cierto. Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración del gas medido y la Alta sensibilidad, mayor será la diferencia de Flujo óptico a través de la Cámara de medición y la Cámara de referencia. Esta diferencia de Flujo óptico se proyecta en la Cámara de gas receptora infrarroja con una amplitud de vibración periódica. La Cámara de gas receptora se divide en dos partes con una película metálica de varios micras de espesor, la Cámara está sellada con un gas de componente medido de mayor concentración, que puede absorber todo el infrarrojo inyectado en el rango de longitud de onda de absorción, convirtiendo así el flujo de luz pulsante en un cambio periódico de temperatura, que luego se puede convertir en un cambio de presión de acuerdo con la ecuación gaseosa, y luego se detecta con un sensor capacitivo, que indica la concentración del gas medido después del tratamiento de amplificación.

2.4 componentes principales del remitente

Fuente de luz

Según la clasificación estructural de la fuente de luz, se puede dividir en dos tipos: fuente de luz única y fuente de luz doble. Según la clasificación de los emisores de luz, hay principalmente los siguientes tipos: fuentes de luz de aleación, fuentes de luz cerámicas, fuentes de luz láser

Hoja de corte

La función de la hoja de corte de luz es convertir la luz infrarroja de la fuente de radiación en luz intermitente, es decir, modular la luz infrarroja. El objetivo de la modulación es convertir la señal generada por el detector en una señal de ca, lo que facilita la amplificación del amplificador y, al mismo tiempo, mejora las características del tiempo de respuesta del detector.

Cámara de aire

Las cámaras de gas del analizador infrarrojo incluyen cámaras de gas de medición, cámaras de gas de referencia y cámaras de gas de filtro, que tienen básicamente la misma estructura, ambas en forma de cilindro y están selladas con obleas en ambos extremos. La Cámara de aire requiere una alta limpieza de la pared interior, sin absorción de infrarrojos, sin absorción de gas y propiedades químicas estables. El material de la Cámara de aire está chapado en latón, vidrio o aleación de aluminio, y la superficie de la pared interior requiere pulido. Las propiedades químicas del oro son extremadamente estables y la pared interior de la Cámara de aire nunca se oxida, por lo que puede mantener un alto coeficiente de reflexión. Los materiales de ventana comúnmente utilizados en la Cámara de gas son: el límite de transmisión de fluoruro de litio es de 6,5 micras, el límite de transmisión de fluoruro de calcio es de 13 micras, el límite de transmisión de zafiro es de 5,5 micras, el límite de transmisión de cuarzo fundido es de 4,5 micras y el límite de transmisión de cloruro de sodio es de 25 micras. La Cámara de aire de referencia y la Cámara de aire de filtro están selladas e inmuebles. La Cámara de gas de medición corre el riesgo de contaminarse, sellada con goma, con cuidado de mantenimiento y reemplazo regular, la contaminación del chip con polvo, suciedad, pelaje puede causar una disminución de la sensibilidad, el error de medición y el aumento de la deriva cero, por lo que es necesario mantener la limpieza del chip, que se puede limpiar con papel de espejo o tela de seda, y tener cuidado de no tocar la superficie del chip con las manos.

Filtro

El filtro es un elemento de filtro óptico. Funciona sobre la base de una variedad de fenómenos ópticos diferentes (absorción, interferencia, reflexión selectiva, polarización, etc.). El uso de filtros ópticos puede cambiar la energía de radiación y la composición espectral de la Cámara de gas de medición, eliminar o reducir el impacto de la radiación absorbida por los componentes de dispersión e interferencia, y puede hacer que pase la radiación infrarroja con una longitud de onda de absorción característica. El filtro de interferencia es un filtro de paso de banda hecho de interferencia cuando la luz pasa por la película. El filtro de interferencia puede obtener una banda de paso más estrecha, y su longitud de onda de transmisión se puede ajustar a través del índice de refracción, espesor y jerarquía del material de recubrimiento.

Detector

Detector de condensadores de película delgada, detector de semiconductores, detector de microflujo.

Principio de funcionamiento y características de la detección de condensadores de película delgada.

El lado de detección de condensadores de película delgada, también conocido como micrófono de película delgada, consta de un electrodo dinámico de película delgada metálica y un electrodo fijo. cuando la presión del gas de la Cámara de gas receptora cambia debido a la influencia de la energía de radiación infrarroja, se impulsa el movimiento del electrodo capacitivo en relación con el electrodo fijo, convirtiendo el cambio de concentración del componente medido en un cambio cuantitativo de capacitor.

Características: pequeño impacto de los cambios de temperatura, buena selectividad y alta sensibilidad. La desventaja es que la película es vulnerable a la vibración mecánica, la frecuencia de modulación no se puede aumentar, la producción de amplificadores es más difícil, el volumen es grande, etc.

Principio de funcionamiento y características del detector de semiconductores

El detector de semiconductores se hace utilizando el principio del efecto fotoeléctrico del semiconductor. cuando la luz externa roja brilla sobre el semiconductor, absorbe la energía de los fotones para cambiar el Estado del electrón, produciendo electrones libres o agujeros libres, causando cambios en la conductividad eléctrica, es decir, cambios en el valor de la resistencia, por lo que también se llama detector de conductividad fotoeléctrica o fotorresistencia.

Características: estructura simple, fácil fabricación, pequeño tamaño, larga vida útil y respuesta rápida. Se puede adoptar una mayor frecuencia de modulación para facilitar la producción del amplificador. Se utiliza con filtros de interferencia de banda estrecha para hacer detectores infrarrojos con una fuerte respuesta rápida y versatilidad. al cambiar los componentes de medición, solo se necesita cambiar la longitud de onda de paso y la escala del instrumento del filtro de interferencia. La desventaja es que el InSb se ve muy afectado por los cambios de temperatura.

Principio y características del detector de microflujo

El detector de flujo micro es un nuevo dispositivo de detección para medir el flujo de gas micro. su dispositivo de detección es dos resistencias de alambre de calor en miniatura y otras dos resistencias auxiliares para formar el puente huistone. La resistencia del alambre de calor se electrifica y se calienta a una cierta temperatura. cuando el gas fluye, se lleva parte del calor para enfriar el alambre de calor. la resistencia cambia y se convierte en una señal de voltaje a través del puente eléctrico.

Características: bajo precio, reducción del volumen del sistema óptico, fiabilidad, resistencia a las vibraciones y otras propiedades mejoradas.

2.5 tipo de estructura del analizador de gas infrarrojo

A partir de si convertir la luz infrarroja en luz monocromática, se puede dividir en: tipo de luz dividida (tipo de dispersión) y tipo de luz dividida (tipo de no dispersión).

Ventajas del tipo de División de luz: buena selectividad y alta sensibilidad; La desventaja es que la energía después de la División de la luz es pequeña, y el pequeño desplazamiento de cualquier componente del sistema de División de la luz afectará la longitud de onda de la División de la luz.

Ventajas del tipo indiscriminado: alta sensibilidad, alta relación señal / ruido y buena estabilidad. La desventaja es que cuando hay picos de absorción superpuestos entre los componentes de la muestra a medir, causará interferencia a la medición.

Desde el sistema óptico, se puede dividir en dos tipos: doble Camino óptico y único camino óptico.

El doble Camino óptico emite dos haces de luz infrarrojos paralelos entre sí a partir de dos fuentes de luz idénticas o una fuente de luz distribuida con precisión, que entran en el detector después de pasar por la Cámara de gas de análisis y la Cámara de gas de referencia con el mismo camino óptico geométrico, respectivamente.

Un solo camino óptico emite un solo haz de luz infrarroja de la fuente de luz, que solo pasa por un camino óptico geométrico. Pero para el detector, todavía se aceptan dos haces infrarrojos de diferentes longitudes de onda, solo se llega al detector en diferentes momentos, se utiliza la rotación del disco de ajuste para ajustar la luz emitida por la fuente de luz en haces infrarrojos de diferentes longitudes de onda, turnándose para enviar al detector a través de la Cámara de gas de análisis para lograr un doble Camino óptico en el tiempo.

Según el tipo de detector utilizado, actualmente hay principalmente detectores de condensadores de película delgada, detectores de semiconductores, detectores de microperforación.

2.6 contenido principal y requisitos para el ajuste del analizador de gas infrarrojo

El equilibrio de fase ajusta la posición del eje de la hoja de Corte para que esté en el punto simétrico de los dos haces de luz infrarroja. Se requiere que la hoja de corte cubra o omita dos fuentes de luz al mismo tiempo, la llamada sincronización, para que los dos caminos de luz actúen en las ventanas a ambos lados de la Cámara del detector en el mismo área de luz.

El ajuste del equilibrio del Camino óptico ajusta la placa de sombreado excéntrica del Camino óptico de referencia, cambia el flujo de luz del Camino óptico de referencia y hace que la energía de luz de los dos caminos ópticos de medición y referencia sea igual.

La calibración de punto cero y rango está conectada con gas de punto cero y gas de rango, respectivamente, y el instrumento de calibración cero y rango se calibra repetidamente.

2.7 fallas comunes y tratamiento

Hay muchos tipos de Analizadores de gas infrarrojo, y los métodos de falla y tratamiento son diferentes. la siguiente tabla enumera algunas fallas comunes y sus métodos de tratamiento para referencia:

Interferencia desequilibrada en el camino óptico:

Cuando un analizador de gas infrarrojo se introduce en nitrógeno después del calentamiento, la salida es muy grande, lo que se debe al desequilibrio de la fase de la hoja de corte y el desequilibrio del camino óptico, por lo que basta con ajustar el botón de ajuste de fase para que la salida sea pequeña, y luego ajustar el botón de selección de equilibrio del Camino óptico para minimizar la salida. Luego, el mismo gas cero y el gas de rango, calibrar repetidamente el punto cero y el rango del instrumento.

Interferencia del agua:

Si hay agua en el gas cero, después de la calibración del analizador de gas infrarrojo, causará un error negativo. en la región del infrarrojo cercano, el agua tiene un espectro de absorción característico continuo. si el gas cero utilizado para la calibración contiene agua, causará una desviación negativa de la posición cero del instrumento. después de la calibración, el valor del instrumento debe ser más bajo que el valor real, aumentando así el error negativo.

Interferencia de los cambios de temperatura:

El proceso de detección del analizador de gas infrarrojo debe llevarse a cabo a una temperatura constante. Los cambios en la temperatura ambiente afectarán directamente la estabilidad de la fuente de luz infrarroja, la intensidad de la radiación infrarroja, la densidad de la muestra de gas que mide el flujo continuo de la Cámara de gas y también afectarán directamente el funcionamiento normal del detector. Si la temperatura supera con creces el Estado normal, la resistencia de salida del detector disminuye, lo que hace que el instrumento no funcione correctamente e incluso dañe el detector. Por lo general, hay dispositivos de control de temperatura y circuitos de protección de sobretemperatura en el interior del analizador infrarrojo. aun así, algunos instrumentos, especialmente los instrumentos de microanalización, también pueden observar el impacto de los cambios de temperatura ambiente en la detección, especialmente cuando la temperatura ambiente es alta en verano. En este caso, es necesario cambiar la temperatura ambiente, y configurar el aire acondicionado es una solución.

Interferencia de las fluctuaciones de la presión atmosférica:

La presión atmosférica cambia incluso en la misma zona y en el mismo día. Si el clima cambia repentinamente, la magnitud del cambio es mayor. Este cambio en la presión atmosférica tiene un impacto directo en la velocidad de vaciado de la muestra de gas. Las muestras de gas vaciadas directamente después de medir la Cámara de gas cambiarán la densidad de las muestras de gas en la Cámara de gas con el cambio de la presión atmosférica, lo que causará errores adicionales.

　　

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