红外线气体分析仪测量原理、误差分析及故障处(2)
发布时间:2021-06-06
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Ι——经被测组分吸收后的光强度
k——被测组分对光能的吸收系数
c——被测组分的摩尔百分比浓度
l——光线通过被测组分的长度(气室长度)
(2-1)式表明待测组分是按照指数规律对红外辐射能量进行吸收的,当kcl很小时,上式可简化为线性吸收定律
Ι=Ι0(1-kcl) (2-2)
(2-2)式表明,当cl很小时,辐射能量的衰减与待测组分的浓度成线性关系。
为了保证读数呈线性关系,当待测组分浓度大时,分析仪的测量气室较短;当浓度低时,测量气室较长。经吸收后的光能用检测器检测,转换为被测浓度的变化。
下面以采用微音检测器的不分光型红外分析仪为例介绍红外线分析仪的基本结构和工作原理。
1-光源;
2-切光片;
3-同步电机;
4-测量气室;
5-参比气室;
6-滤光气室;
7-检测气室;
8-前置放大器;
9-主放大器;
10-指示仪表
由光源发出一定波长范围的红外光,切光片在同步电机的带动下做周期性旋转,将红外线按一定的周期切割(即连续地周期性地遮断光源),使红外光变成脉冲式红外线辐射,通过测量气室和参比气室后到达检测器,在检测器内腔中位于两个接受室的一侧装有薄膜电容检测器,通过参比气室和测量气室的两路光束交替的射入检测器的前、后吸收室。在较短的前室充有被测气体,这里辐射的吸收主要发生在红外光谱带的中心处,在较长的后室也充有被测气体,它吸收谱带两侧的边缘辐射。
当测量气室通入不含待测组分的混合气体(零点N2)时,它不吸收待测组分的特征波长,参比气室也充有N2,红外辐射被前、后接受气室内的待测组分吸收后,室内气体被加热,压力上升,检测器内电容薄膜两边压力相等,电容量不变。
当测量气室通入含待测组分的混合气体时,因为待测组分在测量气室已预先吸收了一部分红外辐射,使射入检测器的辐射强度变小。
测量气室里的被测气体主要吸收谱带中心处的辐射强度,主要影响前室的吸收能量,使前室的吸收能量变小。被测量气室里的被测组分吸收后的红外辐射把前、后室的气体加热,使其压力上升,但能量平衡已被破坏,所以前、后室的压力就不相等,产生了压力差,此压力差使电容器膜片位置发生变化,从而改变了电容器的电容量,因为辐射光源已被调制,因此电容的变化量通过电气部件转换为交流的电信号,经放大处理后得到待测组分的浓度。
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