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第5章 红外线气体分析器 5.1 电磁辐射波谱和吸收光谱法 5.2 红外线气体分析器的测量原理 5.3 红外线气体分析器的类型和特点 5.4 光学系统的构成部件 5.5 检测器 5.6 采用气动检测器的不分光型红外分析器 5.7 采用固体检测器的固定分光型红外分析器 5.8 测量误差分析 5.9 调校、维护和检修 5.10 模块式多组分气体分析器 5.11 傅里叶变换红外分析器(FTIR) 5.1 电磁辐射波谱和吸收光谱法 5.1.1电磁辐射 电磁辐射是以极快速度通过空间传播的光量子流，是一种能量的形式。电磁辐射具有波动性与微粒性，可用普朗克方程式联系起来。 5.1.2吸收光谱法 电磁辐射与物质相互作用时产生辐射的吸收，引起原子、分子内部量子化能级之间的跃迁，测量辐射波长或强度变化的一类光学分析方法，称为吸收光谱法。 吸收光谱法是基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法，包括原子吸收光谱法和分子吸收光谱法两类，紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱法均属于分子吸收光谱分析法。 5.2 红外线气体分析器的测量原理 5.2.2 红外线分析器测量原理 红外线是电磁波谱中的一段，介于可见光区和微波区之间，因为它在可见光谱红光界限之外，所以得名红外线。 在整个电磁波谱中红外波段的热功率最大，红外辐射主要是热辐射。在红外线气体分析器中，使用的波长范围通常在1～16μm之内。 5.2.3 特征吸收波长 红外吸收光谱也称为分子振动光谱。当某一波长红外辐射的能量恰好等于某种分子振动能级的能量之差时，才会被该种分子吸收，并产生相应的振动能级跃迁，这一波长便称为该种分子的特征吸收波长。 5.3 红外线气体分析器的类型和特点 5.3.1 红外线气体分析器的类型 (1)从是否把红外光变成单色光来划分 不分光型(NDIR) 固定分光型(CDIR) (2)从光学系统来划分 双光路 单光路 (3)从使用的检测器类型来划分 红外线气体分析器中使用的检测器，目前主要有薄膜电容检测器、微流量检测器、光电导检测器、热释电检测器四种。根据结构和工作原理上的差别，我们可以将其分成两类，前两种属于气动检测器，后两种属于固体检测器。 这两类检测器的工作原理不同，配用的光路系统结构不同，从是否需要分光的角度来看，二者也是不同的。因此，可以由此出发，将红外线气体分析器划分为两类： 采用气动检测器的不分光型红外分析器 采用固体检测器的固定分光型红外分析器 5.3.2 红外线气体分析器的特点 (1)能测量多种气体 除了单原子的惰性气体(He、Ne、Ar等)和具有对称结构无极性的双原子分子气体(N2、H2、O2、 Cl2等)外，CO、CO2、NO、NO2、SO2、NH3等无机物、CH4、C2H4等烷烃、烯烃和其他烃类及有机物都可用红外分析器进行测量。 (2)测量范围宽 可分析气体的上限达100％，下限达几个ppm的浓度。 (3)灵敏度高 (4)测量精度高 一般都在±2％FS，不少产品达到或优于±1％FS。 (5)反应快 响应时间T90一般在10s以内。 (6)有良好的选择性 5.4 光学系统的构成部件 红外线气体分析器由发送器和测量电路两大部分构成，发送器又由光学系统和检测器两部分组成，光学系统的构成部件主要有如下一些： 红外辐射光源组件：包括红外辐射光源、反射体和切光(频率调制)装置； 气室和滤光元件：包括测量气室、参比气室、滤波气室和干涉滤光片。 5.4.1 红外辐射光源 按发光体的种类分，红外辐射光源有合金丝光源、陶瓷光源、半导体光源等；按光能输出形式分，有连续光源和断续光源两类；按辐射光谱的特征分，有广谱(宽谱)光源和干涉光源两类；从光路结构考虑，又有单光源和双光源之分。 ①合金丝光源 大多采用镍铬丝，在胎具上绕制成螺旋形或锥形，目前使用的以螺旋形绕法居多。镍铬丝加热到700℃左右，其辐射光谱的波长主要集中在2～12μm范围内，能满足绝大部分红外分析器的要求。 ②陶瓷光源 两片陶瓷片之间夹有印刷在上面的黄金加热丝，黄金丝通电加热，陶瓷片受热后发射出红外光。 ③半导体光源 半导体光源包括红外发光二极管(IRLED)和半导体激光光源两类。 5.4.2 反射体和切光(频率调制)装置 (1)反射体 反射体的作用主要是保证红外光以平行光