Инфракрасный газоанализатор - Infrared gas analyzer

Дизайн Козо Ишиды для инфракрасного газоанализатора. Смотрите здесь
Диаграмма, показывающая длину волны, на которой различные атмосферные газы поглощают инфракрасное излучение

An инфракрасного анализатора газа измеряет газовых примесей путем определения поглощения из излучаемого инфракрасного источника света через определенный воздуха образца. Следовые газы, обнаруженные в атмосфере Земли, возбуждаются с помощью волн определенной длины в инфракрасном диапазоне. Концепция, лежащая в основе технологии, может быть понята как проверка того, сколько света поглощается воздухом. Различные молекулы в воздухе поглощают свет различной частоты. Воздух с большим количеством определенного газа будет поглощать большую часть определенной частоты, позволяя датчику регистрировать высокую концентрацию соответствующей молекулы.

Инфракрасные газоанализаторы обычно имеют две камеры, одна из которых является эталонной, а другая - измерительной. Инфракрасный свет излучается от какого-либо источника на одном конце камеры, проходит через серию камер, которые содержат заданные количества различных рассматриваемых газов.

Принцип работы

Конструкция 1975 года (на фото выше) представляет собой недисперсный инфракрасный датчик . Это первый усовершенствованный анализатор, способный обнаруживать более одного компонента пробы газа за один раз. Прежние анализаторы сдерживали тот факт, что конкретный газ также имеет более низкие полосы поглощения в инфракрасном диапазоне.

В изобретении 1975 года количество детекторов соответствует количеству измеряемых газов. Каждый детектор имеет две камеры, каждая из которых имеет оптически ориентированный источник инфракрасного излучения и детектор, и обе заполнены одним из газов в анализируемой пробе воздуха. На оптическом пути находятся две ячейки с прозрачными концами. Один содержит эталонный газ, а другой - анализируемый. Между источником инфракрасного излучения и ячейками находится модулятор, который прерывает лучи энергии.

Выходной сигнал каждого детектора комбинируется с выходным сигналом любого другого детектора, который измеряет сигнал, противоположный основному сигналу каждого детектора. Количество сигнала от других детекторов - это количество, которое компенсирует долю общего сигнала, соответствующую помехам. Эти помехи исходят от газов с основной нижней полосой поглощения, которая совпадает с основной полосой измеряемого газа.

Например, если анализатор должен измерять монооксид и диоксид углерода , камеры должны содержать определенное количество этих газов. Инфракрасный свет излучается и проходит через исследуемый газ, эталонный газ с известной смесью рассматриваемых газов, а затем через камеры « детектора », содержащие чистые формы рассматриваемых газов. Когда «детекторная» камера поглощает часть инфракрасного излучения, она нагревается и расширяется. Это вызывает повышение давления внутри герметичного сосуда, которое можно обнаружить либо с помощью датчика давления, либо с помощью аналогичного устройства. Комбинацию выходных напряжений из камер детектора для анализируемого газа можно затем сравнить с выходными напряжениями из эталонной камеры.

Новейшие инфракрасные газоанализаторы

Как и более ранние инфракрасные газоанализаторы, современные анализаторы также используют недисперсную инфракрасную технологию для обнаружения определенного газа путем определения поглощения инфракрасных длин волн, характерного для этого газа. Инфракрасная энергия излучается нагретой нитью накала. За счет оптической фильтрации энергии спектр излучения ограничивается полосой поглощения измеряемого газа. Детектор измеряет энергию после того, как инфракрасная энергия прошла через измеряемый газ. Это сравнивается с энергией при нормальных условиях отсутствия поглощения.

Многие анализаторы представляют собой настенные устройства, предназначенные для длительного автоматического мониторинга газов . В настоящее время существуют анализаторы, которые измеряют диапазон газов и легко переносятся, что позволяет использовать их в более широком диапазоне геолого-геофизических исследований. Высокоточные анализаторы с быстрым откликом широко используются для измерения выбросов газов и потоков в экосистемах с использованием метода вихревой ковариации при использовании вместе с быстродействующим звуковым анемометром .

В некоторых анализаторах надежность измерений повышается за счет калибровки анализатора при стандартных условиях и известной концентрации диапазона. Если воздух будет мешать измерениям, камера, в которой находится источник энергии, заполняется газом, не имеющим обнаруживаемой концентрации измеряемого газа. В зависимости от измеряемого газа можно использовать свежий воздух, воздух после химической очистки или азот.

Ссылки


Смотрите также