红外线分析器的工作原理及特点

我国生产的QGS及HQG型红外线分析器都属于直读式、双光束这一类，它们用来连续测定混合气体中CO,C02,C2H2,CH4,等气体浓度。下面以QGS-04型红外线分析器为例，简单介绍直读式双光束红外线成分分析仪的工作原理，其系统原理如图6-10 所示。

红外线分析器为避免光源和外界其他条件改变而引起的波动，以保证测量准确性，采用两股平行光束，让它们分别通过两条光路，一束作为参比光束，另一束作为侧最光束。红外线分析器所用的两个辐射器(即光源)，其几何形状和物理参数完全相同，分别由镍铬合金丝和反射罩组成. 由光源稳流器供电加热到一定温度 (600-1000摄氏度)时，辐射出波长为3- 10um的常用红外辐射线。两个辐射器所发出的辐射线分别由两个反射抛物面反射出两束平行光束，再经同步电动机带动切光片2转动来调制成频率约6.25HZ的断续的红外辐射线，构成两个低频脉动的平行辐射光源。
这两束断续变化的红外线分别经过参比气室3和测皿气室4及滤波室5后，进人检测器6中的两个接受器。测量气室中连续通以被测气体，而参比气室中充以不吸收红外线的氮气、检测器的接受器，中间有金属薄膜隔开，由两个体积相同的密封气室组成。在检测器内腔装有薄膜微音器7，它实际上是以金属膜为一个动片，另有一中间开许多小孔的定片组成的可变电容器。动片与定片之间距离为5- 8um，由它们组成的电容器电容量约50-100pF，在工作时两极片上加有稳定的直流电压。在检测器的两个接受器中充有与被测组分相同的气体，并严密地封在其中，但为了消除静压差，在两室间有一个小的节流孔，以使两边的气体静压平衡。
当浓度为c的被测气体进人测量气室后，通过测量室的红外线辐射能被待测气体有选择性地吸收一部分，使其能量减弱，而通过参比室的红外辐射能能量不变，结果到达检测器两个接受室的辐射能强弱不同，使两个接受器之间产生沮度和压力的差异。两气室的压力不同，金属薄膜片失去平衡产生偏移，引起薄膜电容器的电容里变化.由于辐射光能是按一定频率变化，金属膜也以同样的频率振动，从而电容器的输出就是按频率为6.25H:变化的微电压信号。输出信号的大小与被测组分的浓度有关，被测组分浓度愈大，所产生的压差愈大，电容器输出的脉动信号也愈大。此信号经过前置放大器和主放大器放大后，由显示仪表直接显示或记录。
当工作室中没有待测气体通过(如通零点气体N:时)，到达检测器两接受室的红外辐射能相等，此时薄膜微音器的输出为零，仪表指示也为零。
对称的双原子气体如N2,Q2,H2, Cl2等，以及单原子的惰性气体如Ne, Ar等，由于本身不吸收红外线辐射能，本仪器不能对它们进行测量.这些气体(通常只用氮)可用来做“零点气体”。
仪器中的干扰滤波室5内充以干扰组分气体，用来吸收干扰组分所对应波长的红外线，以消除在混合气体中含有“干扰组分”时所产生的干扰信号。
调制光源的目的，是为了用较稳定的交流放大器对信号进行放大。
为了保证通人分析器的气体干燥、清洁、没有腐蚀性，在红外线成分分析器气路系统中必须装设预处理装置。当取样的气体温度超过100℃时，水冷却器对样气进行冷却，同时也可以使混合气体中的水蒸气冷凝，并定期将冷凝水排出。取样部件的使用应根据被测气体的情况而定，图 6-11为一个典型的气路系统。气体从工艺管道引出，经水封2再放空一部分气体，其作用是减小由工艺流程管道到过滤器间的气体滞后.并维持样气压力稳定，使分析器免受由于压力增高而冲坏。机械杂质过滤器3应保证分析样气中没有灰尘等杂质进人分析器。化学过滤器4的作用是除去低含量的干扰组分，如SO2, H2S和NH3 等腐蚀性气体。干燥器5内装氯化钙、硅胶等干燥剂，用来干燥气体。分析样气的流量一般取0.2-1.OL/min.

取样系统部件的有效性对于仪器正常运转具有重要的作用。因此，在启动分析器前，应分析检查经预处理装置处理后的气样是否能满足使用条件的要求，如果不能满足，则应增加预处理装置中相应部件的数量。