對(duì)于二氧化碳傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的淺分析(編輯修改稿)
2025-07-22 13:50 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體傳感器技術(shù)尚不成熟，根據(jù)《傳感器世界》的報(bào)道，我國(guó)非分光紅外(NDIR)氣體傳感器技術(shù)的研究在2005年才取得了新進(jìn)展，但是，其關(guān)鍵元件仍然需要進(jìn)口。我國(guó)每年需要的近10000套尾氣分析儀核心傳感器都需要從國(guó)外進(jìn)口，用于連續(xù)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS的關(guān)鍵分析部件國(guó)產(chǎn)率也很低，用于麻醉無(wú)創(chuàng)監(jiān)護(hù)的呼氣CO2氣體傳感器，以及用于安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的紅外瓦斯傳感器和紅外可燃?xì)怏w變送器在國(guó)內(nèi)的技術(shù)研究還不是很成熟。紅外氣體測(cè)量技術(shù)在我國(guó)無(wú)論是在用新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是在替代進(jìn)口各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍廣泛，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。三、紅外吸收型CO2氣體檢測(cè)基本理論 吸收原理分析氣體的吸收光譜會(huì)隨物質(zhì)的不同而存在差異，不同氣體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，就導(dǎo)致了對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收程度不同，即：不同的物體對(duì)應(yīng)不同的吸收光譜，而每種氣體在其光譜中，對(duì)特定波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收。當(dāng)不同波長(zhǎng)的紅外輻射依次照射到樣品物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的輻射能被樣品物質(zhì)選擇吸收而變?nèi)?，產(chǎn)生紅外吸收光譜，故當(dāng)知道某種物質(zhì)的紅外吸收光譜時(shí)，便能從中獲得該物質(zhì)在紅外區(qū)的吸收峰。同一種物質(zhì)不同濃度時(shí)，在同一吸收峰位置會(huì)有不同的吸收強(qiáng)度，吸收強(qiáng)度與濃度成正比關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)氣體對(duì)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的影響，便可以確定氣體的濃度。由圖中可以看出，衰減最為劇烈，故選擇此波段的吸收譜線作為檢測(cè)依據(jù)。圖31 C02的紅外吸收光譜 C02氣體的吸收原理根據(jù)BeerLambert定律，當(dāng)紅外光源發(fā)射的紅外光通過(guò)CO2氣體時(shí)，CO2氣體會(huì)對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的紅外光進(jìn)行吸收。當(dāng)一束光強(qiáng)為I0(cd)的單色平行光射向CO2氣體和空氣的混合氣室時(shí)，由于氣室中的樣品在九處具有吸收線和吸收帶，光會(huì)被混合氣體吸收一部分，光通過(guò)氣體后光強(qiáng)會(huì)發(fā)生衰減，如圖32所示。根據(jù)BeerLambert定理，氣室出射光的強(qiáng)度為：I= I0e KCL (1)式中，I為吸收后的光強(qiáng)；I0為吸收前的光強(qiáng)；K是反映吸收氣體分子特性的系數(shù)，它與氣體的種類、光譜波長(zhǎng)、壓力、溫度等許多因素有關(guān)；C為待測(cè)氣體濃度；L為氣室的長(zhǎng)度，即，光與氣體的作用長(zhǎng)度。圖32光譜吸收?qǐng)D對(duì)(1)式進(jìn)行變換，得： （2）對(duì)于確定的待測(cè)CO2氣體和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，K是一個(gè)確定的常量，只要測(cè)出I0和I的比值，就可以得知CO2氣體的濃度C。四、測(cè)量裝置的設(shè)計(jì) 差分測(cè)量方法 紅外光譜吸收檢測(cè)方法一般采用差分吸收方式，差分吸收測(cè)量法的工作原理是：光源發(fā)出的光束被分成兩路或者是多路信息，一路(或多路)帶有被測(cè)氣體吸收后的信息，作為信號(hào)信息；另外一路(或多路)帶有未經(jīng)被測(cè)氣體吸收的信息，作為參考信息。對(duì)信號(hào)信息和參考信息進(jìn)行處理，可得到需要的結(jié)果。差分吸收可采用單波長(zhǎng)雙光路實(shí)現(xiàn)，也可以采用雙波長(zhǎng)單光路方法實(shí)現(xiàn)。下面對(duì)這兩種測(cè)量方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 單波長(zhǎng)雙光路差分測(cè)量法 單波長(zhǎng)雙光路法：光源采用窄帶光源，其發(fā)光波長(zhǎng)在待測(cè)氣體吸收峰處。光源發(fā)出的光束被分成兩路信息，一路通過(guò)帶有被測(cè)氣體的氣室，輸出被測(cè)氣體吸收后的信息，稱信號(hào)信息，另一路則通過(guò)不帶有被測(cè)氣體的參考?xì)馐?，帶有未?jīng)氣體吸收后的信息，稱參考信息。光源的不穩(wěn)定以及光電元件的零漂對(duì)兩路信息的影響相同，所以信號(hào)信息與參考信息的比值將只是氣體濃度的函數(shù)，從而消除了光源的不穩(wěn)定以及光電元件零漂的影響。單波長(zhǎng)雙光路差分測(cè)量法的原理框圖如圖41所示，兩路的輸出信號(hào)分別為il、i2。圖41 單波長(zhǎng)雙光路差分法原理框圖 雙波長(zhǎng)單光路差分測(cè)量法 雙波長(zhǎng)單光路差分測(cè)量方法的光源一般采用寬帶光源，經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同波長(zhǎng)的濾光片進(jìn)行濾光，得到波長(zhǎng)鄰近的兩個(gè)波長(zhǎng)的光輻射。其中，在待測(cè)氣體的吸收峰上，而待測(cè)氣體對(duì)的吸收很弱，可以視為不吸收，這里，的光輻射作為測(cè)量信號(hào)信息，波長(zhǎng)的光輻射作為參考信號(hào)信息。兩波長(zhǎng)的光分別經(jīng)過(guò)氣室后的輸出信號(hào)強(qiáng)度之比與光源
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