Analyseur de gaz infrarouge en ligne

L'infrarouge est une lumière invisible dont la longueur d'onde varie de 0,78 à 1 000 microns. C'est au - delà des limites de la lumière rouge, d'où le nom infrarouge. Les rayons infrarouges peuvent être divisés en trois parties, à savoir le proche infrarouge, la longueur d'onde est comprise entre 0,75 ~ 1,50 μm; Infrarouge moyen, longueur d'onde entre 1,50 ~ 6,0 μm; Infrarouge lointain, longueur d'onde entre 6,0 ~ 1000 μm.

Longueur d'onde - dans le sens de propagation de la lumière, la distance entre les points de même phase de deux ondes lumineuses adjacentes est appelée longueur d'onde.

Nombre d'ondes - le nombre d'ondes est un paramètre qui décrit le rayonnement infrarouge et se réfère au nombre d'ondes infrarouges contenues par centimètre de longueur.

Fréquence – le nombre de semaines pendant lesquelles une onde lumineuse vibre par unité de temps.

Énergie photonique – énergie émise, propagée ou reçue par une onde lumineuse sous forme de rayonnement, notée e et exprimée en J.

Longueur d'onde d'absorption caractéristique - dans les bandes proche et moyen infrarouge, le rayonnement infrarouge a moins d'énergie, ne peut pas provoquer une transition du niveau d'énergie électronique dans la molécule, mais peut seulement être absorbé par la molécule de l'échantillon, provoquant une transition du niveau d'énergie vibratoire de la molécule, de sorte que le spectre d'absorption infrarouge est également appelé spectre de Vibration moléculaire. Lorsque l'énergie du rayonnement infrarouge à une certaine longueur d'onde est égale à la différence d'énergie du niveau vibratoire d'une molécule, elle est absorbée par cette molécule et produit une transition de niveau vibratoire correspondante, une longueur d'onde appelée la longueur d'onde d'absorption caractéristique de cette molécule.

　　2.1Analyseur de gaz infrarougeLes principes fondamentaux

Son principe de fonctionnement est basé sur l'absorption sélective des rayons infrarouges par certains gaz. La longueur d'onde infrarouge commune de l'analyseur infrarouge est de 2 ~ 12 µm. Il suffit de faire passer le gaz à mesurer continuellement à travers une certaine longueur et un certain volume de récipient, d'un côté de l'une des deux faces d'extrémité du récipient peut transmettre la lumière, un faisceau de lumière infrarouge, puis de mesurer l'intensité du rayonnement infrarouge sur l'autre face d'extrémité, puis de connaître la concentration du gaz mesuré en fonction de l'absorption de l'infrarouge et de la concentration de la substance absorbante.

La loi de Lambert - beer – sa signification physique est que lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique parallèle traverse perpendiculairement une substance absorbante homogène et non diffusante, son Absorbance est proportionnelle à la concentration de la substance absorbante et à l’épaisseur de la couche absorbante. C'est la base de mesure de l'analyseur de gaz infrarouge.

2.2 caractéristiques de l'analyseur de gaz infrarouge

1, peut mesurer de nombreux gaz

Outre les gaz inertes monoatomiques et les gaz moléculaires diatomiques de structure symétrique sans polarité, les substances inorganiques telles que Co, CO 2, No, no 2, NH 3, les alcanes tels que ch 4, c 2 h 4, les oléfines et autres hydrocarbures et matières organiques peuvent être mesurées avec un analyseur infrarouge;

2, large gamme de mesure

La limite supérieure du gaz analysable est de 100% et la limite inférieure est de plusieurs ppm de concentration. Après avoir effectué le traitement de raffinement, on peut également effectuer une analyse des traces;

3 avec une sensibilité de surveillance élevée, de petits changements dans la concentration de gaz peuvent être distingués;

4, haute précision de mesure

Généralement tous à + / - 2% FS, de nombreux produits atteignent + / - 1% fs. Comparé à d'autres moyens d'analyse, sa précision est élevée et sa stabilité est bonne;

5, réaction rapide

Temps de réponse généralement dans les 10S

6, bonne sélectivité

L'analyseur infrarouge a un coefficient de sélectivité élevé, il est donc particulièrement adapté à la mesure d'un composant à analyser dans un gaz de mélange multicomposant et n'affecte pas la mesure du composant à analyser lorsque la concentration d'un ou plusieurs composants dans le gaz de mélange varie.

2.3 structure de base et principaux composants de l'analyseur infrarouge

L'analyseur de gaz infrarouge est généralement composé de deux parties du circuit de gaz et du circuit électrique, sa partie de liaison du circuit de gaz et du circuit électrique est également la partie centrale de l'émetteur, l'émetteur est la partie "cœur" de l'analyseur infrarouge, il convertit le changement de concentration du composant testé en Un certain changement de paramètre électrique et le convertit en sortie de tension ou de courant par le circuit électrique correspondant. L'émetteur est composé d'un système optique et d'un détecteur en deux parties, les principaux composants sont les suivants, une source de rayonnement infrarouge, une chambre à gaz et un élément filtrant, un détecteur

Principe de mesure

L'une est la Chambre de mesure et l'autre est la Chambre de référence. Les deux chambres ouvrent et ferment le chemin optique simultanément ou alternativement avec une certaine périodicité par l'intermédiaire d'une plaque de découpe. Après l'introduction du gaz à mesurer dans la Chambre de mesure, la lumière ayant la longueur d'onde du gaz à mesurer est absorbée, ce qui réduit le flux lumineux traversant le trajet optique de la Chambre de mesure dans la Chambre de réception infrarouge. Plus la concentration en gaz est élevée, moins le flux lumineux entrant dans la chambre à gaz de réception infrarouge est important; Et le flux lumineux à travers la Chambre de référence est certain, ainsi que le flux lumineux entrant dans la chambre à gaz de réception infrarouge. Ainsi, plus la concentration du gaz mesuré, la sensibilité élevée est élevée, plus la différence de flux lumineux à travers la Chambre de mesure et la Chambre de référence est grande. Cette différence de flux lumineux est projetée dans la chambre à gaz de réception infrarouge avec une amplitude de vibration d'une certaine période. La Chambre de gaz de réception est divisée en deux moitiés par un film métallique de quelques microns d'épaisseur, la chambre est scellée avec une plus grande concentration de gaz composant testé, dans la gamme de longueur d'onde d'absorption peut absorber la totalité de l'infrarouge injecté, de sorte que la quantité de flux lumineux pulsé devient une Variation périodique de la température, qui peut ensuite être convertie en une variation de pression selon l'équation de l'état gazeux, puis détectée avec un capteur capacitif, après un traitement d'amplification indique la concentration du gaz testé.

2.4 composants principaux de l'émetteur

Source de lumière

Selon la structure de la source lumineuse, il peut être divisé en deux types de source lumineuse simple et double. Par catégorie de luminophore, il existe principalement les types suivants: source lumineuse en alliage, source lumineuse en céramique, source lumineuse laser

Découper les morceaux de lumière

Le rôle de la Feuille de découpe est de transformer la lumière infrarouge de la source rayonnante en lumière intermittente, c'est - à - dire de moduler la lumière infrarouge. Le but de la modulation est de faire du signal produit par le détecteur un signal alternatif facilitant l'amplification par l'amplificateur tout en améliorant les caractéristiques de temps de réponse du détecteur.

Chambre à gaz

La Chambre à gaz de l'analyseur infrarouge comprend une chambre à gaz de mesure, une chambre à gaz de référence, et une chambre à gaz de filtrage, dont la structure est sensiblement la même, toutes en forme de cylindre, les deux extrémités étant scellées par une plaquette. La Chambre à gaz nécessite une finition de paroi intérieure élevée, aucune absorption des rayons infrarouges, aucune adsorption de gaz et des propriétés chimiques stables. Les matériaux de la chambre à gaz sont en laiton doré, en verre doré ou en alliage d'aluminium, la surface de la paroi intérieure nécessite tous un polissage. Les propriétés chimiques de l'or sont extrêmement stables et les parois internes de la chambre à gaz ne s'oxydent jamais, ce qui permet de maintenir un coefficient de réflexion élevé. Les matériaux de fenêtre couramment utilisés pour les chambres à gaz sont: limite de transmission du fluorure de lithium de 6,5 μm, limite de transmission du fluorure de calcium de 13 μm, limite de transmission du saphir de 5,5 μm, limite de transmission du quartz fondu de 4,5 μm, limite de transmission du chlorure de sodium de 25 μm. Les chambres à gaz de référence et de filtrage sont étanches et non démontables. La Chambre à gaz de mesure risque d'être contaminée, l'utilisation d'un joint en caoutchouc, l'attention à l'entretien et au remplacement régulier, la poussière contaminée sur la plaque, la saleté, le pelage causeront une diminution de la sensibilité, l'erreur de mesure et la dérive du point zéro augmentent, de sorte que la plaque doit être maintenue propre, peut être nettoyée avec du papier à miroir ou du tissu de soie, en prenant soin de ne pas toucher la surface de la plaque avec les mains.

Filtres

Un filtre est un élément de filtrage optique. Il fonctionne sur la base de différents phénomènes optiques (absorption, interférence, réflexion sélective, polarisation, etc.). L'adoption d'un filtre peut modifier l'énergie rayonnée et la composition spectrale de la chambre à gaz de mesure, peut éliminer ou réduire l'influence du rayonnement absorbé par les composants diffusants et perturbateurs, peut laisser passer le rayonnement infrarouge avec une longueur d'onde d'absorption caractéristique. Un filtre interférentiel est un filtre passe - bande fabriqué en fonction du phénomène interférentiel qui se produit lorsque les rayons traversent le film. Les filtres interférentiels peuvent obtenir une bande passante plus étroite, dont la longueur d'onde de passage peut être ajustée par l'indice de réfraction, l'épaisseur et la hiérarchie du matériau de revêtement.

Détecteur

Détecteur capacitif à couche mince, détecteur à semi - conducteur, détecteur de micro - débit.

Principe de fonctionnement de la détection Capacitive de film mince, caractéristiques.

Le détecteur latéral capacitif à membrane mince, également connu sous le nom de microphone à membrane mince, est constitué d'un condensateur à membrane mince métallique et d'un pôle positif, lorsque la pression du gaz de la chambre à gaz réceptrice est influencée par l'énergie du rayonnement infrarouge et change, poussant la feuille mobile Capacitive par rapport à La feuille fixe, transformant le changement de concentration du composant testé en changement de capacité.

Caractéristiques: Petit impact de changement de température, bonne sélectivité, sensibilité élevée. L'inconvénient est que le film est sensible aux vibrations mécaniques, la fréquence de modulation ne peut pas être améliorée, la fabrication de l'amplificateur est relativement difficile, le volume est plus important, etc.

Principe de fonctionnement du détecteur à semi - conducteur, caractéristiques

Le détecteur à semi - conducteur est fabriqué en utilisant le principe de l'effet photoélectrique du semi - conducteur, lorsque la lumière extérieure rouge est illuminée sur le semi - conducteur, il absorbe l'énergie des photons pour faire changer l'état des électrons, créer des électrons libres ou des trous libres, provoquer un changement de conductivité électrique, C'est - à - dire un changement de valeur de la résistance, donc également appelé détecteur de photoconductivité ou photosensibilisateur.

Caractéristiques: structure simple, fabrication facile, petite taille, longue durée de vie, réponse rapide. Des fréquences de modulation plus élevées peuvent être adoptées, ce qui facilite la fabrication de l'amplificateur. Il fonctionne avec un filtre interférentiel à bande étroite et peut être transformé en un détecteur infrarouge universel à réponse forte et rapide, en changeant les composants de mesure, il suffit de changer la longueur d'onde de passage du filtre interférentiel et l'échelle de l'instrument. Son inconvénient est que l'Antimoniure d'indium est fortement affecté par les variations de température.

Principe du détecteur de micro - débit, caractéristiques

Le détecteur de microflux est un nouveau type de dispositif de détection qui mesure le débit de gaz minuscule, dont les éléments de détection sont deux résistances de filament thermique miniatures et deux autres résistances auxiliaires constituent un pont de Wheatstone. La résistance de fil chaud est chauffée électriquement jusqu'à une certaine température, lorsque le gaz circule à travers, enlevant une partie de la chaleur pour refroidir le fil chaud, la résistance change et se transforme en un signal de tension par le pont.

Caractéristiques: prix bon marché, réduction du volume du système optique, fiabilité, résistance aux vibrations et autres performances améliorées.

2.5 type de structure de l'analyseur de gaz infrarouge

De si la lumière infrarouge est transformée en lumière monochromatique, elle peut être divisée en: type séparateur (dispersif) et type non séparateur (non dispersif).

Avantages du type spectroscopique: bonne sélectivité, sensibilité élevée; L'inconvénient est qu'il y a peu d'énergie après la séparation de la lumière, et un petit déplacement de l'un ou l'autre élément du système de séparation de la lumière affecte la longueur d'onde de la séparation.

Avantages du type indifférencié: sensibilité élevée, rapport signal / bruit élevé et bonne stabilité. L'inconvénient est que les mesures sont perturbées lorsqu'il y a des pics d'absorption qui se chevauchent entre les composants de l'échantillon à mesurer.

Du système optique pour diviser, peut être divisé en deux types de chemin optique double et simple chemin optique

Le double chemin optique, à partir de deux sources lumineuses identiques ou d'une source lumineuse exactement répartie, émet deux faisceaux infrarouges parallèles entre eux qui pénètrent dans le détecteur après avoir traversé respectivement une chambre à gaz d'analyse, une chambre à gaz de référence, dont le chemin optique géométrique est identique.

Un seul faisceau de lumière infrarouge provenant d'une source lumineuse ne traverse qu'un seul chemin de lumière géométrique. Mais pour le détecteur, il accepte encore deux faisceaux infrarouges de longueurs d'onde différentes, n'arrivant que dans des temps différents, il utilise la rotation du disque de réglage pour transformer la teinte émise par la source en un faisceau infrarouge de longueurs d'onde différentes, alternativement envoyé au détecteur par la chambre à gaz d'analyse, réalisant un double trajet optique dans le temps.

Divisé à partir du type de détecteur adopté, il existe actuellement principalement des détecteurs capacitifs à couches minces, des détecteurs à semi - conducteurs, des détecteurs à micro - débit.

2.6 principaux contenus et exigences pour la correction de l'analyseur de gaz infrarouge

Le réglage de l'équilibre de phase ajuste la position de l'axe de la lame de coupure de sorte qu'elle se trouve sur un point symétrique des deux faisceaux de lumière infrarouge. Il est nécessaire que la lame de coupure bloque ou échappe simultanément les deux sources lumineuses, c'est - à - dire qu'elle soit dite synchrone, de sorte que les surfaces lumineuses des deux chemins optiques agissant sur les fenêtres de part et d'autre de la Chambre de détection soient égales.

Ajustement de l'équilibre du chemin optique ajuste l'occultation excentrique du chemin optique de référence, modifie le flux lumineux du chemin optique de référence, de sorte que l'énergie lumineuse des deux chemins optiques mesurés et de référence est égale.

L'étalonnage du point zéro et de la gamme passe le gaz de point zéro et le gaz de gamme, respectivement, et étalonne à plusieurs reprises le point zéro et la gamme de l'instrument.

2.7 défaillances et manipulations courantes

Il existe de nombreux types d'Analyseurs de gaz infrarouge, et les défauts et les méthodes de traitement ne sont pas les mêmes, le tableau ci - dessous répertorie quelques défauts courants et leurs méthodes de traitement pour référence:

Perturbation déséquilibrée du chemin optique:

Un analyseur de gaz infrarouge après le préchauffage dans l'azote, la sortie est grande, ce qui est dû au déséquilibre de phase de la lame de découpe et au déséquilibre du chemin optique, il suffit donc d'ajuster le bouton de réglage de phase pour que la sortie soit petite, puis d'ajuster le bouton d'équilibrage du chemin optique pour que la sortie soit minimale. Ensuite, le même gaz de point zéro et la même gamme de gaz, étalonner à plusieurs reprises le point zéro de l'instrument et la gamme.

Perturbation de l'humidité:

S'il y a de l'humidité dans le gaz de point zéro, après étalonnage de l'analyseur de gaz infrarouge, cela causera une erreur négative, dans la région proche infrarouge, l'eau a un spectre d'onde d'absorption caractéristique continue, si l'étalonnage du gaz de point zéro contient de l'humidité, cela causera une déviation négative de la position zéro de l'instrument, après étalonnage de la valeur de l'instrument sera nécessairement inférieure à la valeur réelle, de sorte que l'erreur négative.

Perturbation des variations de température:

Le processus de détection par analyseur de gaz infrarouge doit être effectué à une température constante. Le changement de température ambiante affectera directement la stabilisation de la source de lumière infrarouge, affectera l'intensité du rayonnement infrarouge, affectera la densité de l'échantillon de gaz qui mesure l'écoulement continu de la chambre à gaz, affectera également directement le fonctionnement normal du détecteur. Si la température dépasse largement l'état normal, l'impédance de sortie du détecteur diminue, ce qui empêche l'instrument de fonctionner correctement ou même endommage le détecteur. À l'intérieur de l'analyseur infrarouge, il y a généralement un dispositif de contrôle de la température et un circuit de protection contre la surchauffe, même si, certains instruments montrent des valeurs, en particulier des instruments d'analyse de traces, peuvent également observer l'effet des changements de température ambiante sur la détection, particulièrement évident en été Lorsque la température ambiante est plus élevée. Dans ce cas, il est nécessaire de changer la température ambiante, et le réglage de la climatisation est une solution.

Perturbation des fluctuations de pression atmosphérique:

La pression atmosphérique varie même dans la même région, le même jour. Si la météo change, la variation est plus importante. Cette variation de la pression atmosphérique a un effet direct sur le débit de décharge de l'échantillon gazeux. Après la mesure de l'échantillon de gaz qui se vide directement après la chambre à gaz, la variation de la pression atmosphérique modifie la densité de l'échantillon de gaz dans la chambre à gaz, ce qui entraîne une erreur supplémentaire.

　　

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