红外二氧化碳气体传感器的原理是什么?有什么应用和发展趋势?

工程师黄明星 发表于 2018-07-16 09:06:00 收藏 已收藏
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红外二氧化碳气体传感器的原理是什么?有什么应用和发展趋势?

工程师黄明星 发表于 2018-07-16 09:06:00

1、简介

红外二氧化碳气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源,光线穿过光路中的被测气体,透过窄带滤波片,到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分 子的近红外光谱选择吸收特性,利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。其主要由 红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学传感器,主要用于测化合物,例如:CH4、CO2、N2O、CO、SO2、NH3、乙醇、苯等,并 包含绝大多数有机物。

2、原理

由于各种物质分子内部结构的不同,就决定了它们对不同波长光线的选择吸收,即物质只能吸收一定波长的光。物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯—比尔 (Lambert2Beer)吸收定律。下图为红外气体分析原理图:以CO2分析为例,红外光源发射出1~20μm的红外光,通过一定长度的气室 吸后,经过一个4.26μm波长的窄带滤光片后,由红外传感器监测透过4.26μm波长红外光的强度,以此表示CO2气体的浓度。

红外二氧化碳气体传感器的原理是什么?有什么应用和发展趋势?

3、分类

1)根据红外探测器的通道数,可以划分为单通道气体传感器和双通道气体传感器。单通道就是在红外探测器内部集成了一个敏感元件以及窄带滤 波镜片;双通道就是在单通道的基础上,集成了一个参考通道。我公司红外传感器产品皆为双通道类型,长期稳定性更好,受环境温度影响小。

2)根据探测气体种类,可以划分为单一气体和复合气体传感器。目前市场上绝大部分气体传感器都是针对单一气体组分进行测量的,技术比较成熟,应用也比较广泛。威果科技空气电台产品基于此类设计。

4、应用

红外线气体分析器主要应用领域:

1)石油、化工、发电厂、冶金焦碳等工业过程控制;

2)大气及污染源排放监测等环保领域;

3)饭店、大型会议中心等公共场所的空气监测;

4)农业、医疗卫生和科研等领域;

例如:(1)合成氨流程的醇化塔进(出)口,用红外气体分析器分析CO和CO2;(2)甲醇生产流程的脱碳工段,用红外气体分析器分析CO和CO2;(3)环保排放监测,用红外气体分析器分析SO2和NOx。

5、应用注意事项

1)供电电压超过规定工作电压将导致传感器永久性损坏;

2)电压低于规定工作电压传感器将不能正常工作。

3)长期处于高温、潮湿环境;

4)处于强电磁场环境;

5)电磁场对传感器输出紊乱信号的影响

6)高温环境对气体探测器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题

7)粉尘、潮湿环境。此环境对气体探测器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的气体探测器

8)潮湿、酸性对气体探测器造成弹性体受损或产生短路等影响

6、发展趋势

红外气体传感器及仪器适用于监测各种易燃易爆、二氧化碳气体,具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点。这些优点将导致电化学、红外原理的气体检测仪器占领更广泛的行业高端市场,并在未来逐步成为市场主流。

技术路线分为两条:

1)向低分辩率、长波长、多气种方向发展,主要市场是分析仪表。

2)向小体积,低成本方向发展,主要市场是室内空气质量IAQ检测,气种包含CO2和碳氢HC类气体,全球销量约几百万只。

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