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-文庫(kù)吧資料
2025-07-01 13:50本頁(yè)面
【正文】 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。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。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。下面對(duì)這兩種測(cè)量方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。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。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。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。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)。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。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。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。國(guó)內(nèi)紅外吸收型CO2氣體傳感器的研究起步較晚，目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用的傳感器主要是固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等，這些傳感器存在很多不足之處：對(duì)氣體選擇性差、容易出現(xiàn)誤報(bào)，并且系統(tǒng)需要頻繁校準(zhǔn)，使用壽命短等缺點(diǎn)。如今，許多發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在已經(jīng)研制出基于光干涉原理、熱催化原理、熱導(dǎo)原理的CO2傳感器。80年代初，法國(guó)研制出LEL5610防爆紅外CO2氣體測(cè)量?jī)x，可用于爆炸等危險(xiǎn)環(huán)境中CO2氣體的測(cè)量，測(cè)量范圍為0～％，零漂小于3％(無(wú)積累)，響應(yīng)時(shí)間8s，重復(fù)性優(yōu)于2％，輸出420mA。1979年，他們提出利用長(zhǎng)距離光纖進(jìn)行大氣污染檢測(cè)，1983年，他們將LED作為寬帶光源，配合窄帶干涉濾光片，傳輸光纖為10km長(zhǎng)的多模光纖，接收器件采用冰和甲醇混合制冷的鍺探測(cè)器，系統(tǒng)最小探測(cè)靈敏度為25％LEL(氣體爆炸下限)。二、紅外C02測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)吸收式氣體傳感器技術(shù)的研究起步比較早。紅外線氣體檢測(cè)儀的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍寬、選擇性好、防爆性好、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉。紅外吸收型氣體分析檢測(cè)儀一般由紅外輻射源，測(cè)量氣室，波長(zhǎng)選擇裝置(濾光片)，紅外探測(cè)裝置等組成。光纖CO2傳感器利用CO2與水結(jié)合后，生成的碳酸酸性較弱，其酸性的檢測(cè)多采用靈敏度較高的熒光法，該方法克服了化學(xué)發(fā)光傳感器消耗試劑的不足，不必連續(xù)不斷的在反應(yīng)區(qū)加送試劑，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本較低，但其系統(tǒng)繁瑣，使用壽命較短。但是，在實(shí)際的光傳輸過(guò)程中，光纖容易受外界環(huán)境因素影響，比如溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的變化將引起光纖光波參數(shù)(如光強(qiáng)、相位、頻率、偏振、波長(zhǎng)等)的變化。在光通信系統(tǒng)中，光纖被用作遠(yuǎn)距離傳輸光波信號(hào)的媒質(zhì)。采用這種納米晶材料為基體，制備電容式CO2氣體傳感器，其缺點(diǎn)是檢測(cè)低濃度CO2時(shí)輸出信號(hào)小，且容易受到其他氣體的影響。電容式傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化的傳感器，主要是因?yàn)榻饘傺趸锏慕殡姵?shù)一般比其他碳酸鹽要大，利用電容的變化來(lái)檢測(cè)CO2氣體濃度。隨后，用穩(wěn)定性較好的鋯酸鹽ZrO2MgO設(shè)計(jì)了一種CO2氣體敏感傳感
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