紅外線是一種看不見(jiàn)的光，其波長(zhǎng)范圍為0.78—1000微米。它在紅光界限以外，所以得名紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長(zhǎng)為1.50～6.0μm之間； 遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0～l000μm之間。

紅外線氣體檢測(cè)儀的基本原理

其工作原理是基于某些氣體對(duì)紅外線的選擇性吸收。紅外線分析儀常用的紅外線波長(zhǎng)為2~12μm。簡(jiǎn)單說(shuō)*是將待測(cè)氣體連續(xù)不斷的通過(guò)一定長(zhǎng)度和容積的容器，從容器可以透光的兩個(gè)端面的中的一個(gè)端面一側(cè)入射一束紅外光，然后在另一個(gè)端面測(cè)定紅外線的輻射強(qiáng)度，然后依據(jù)紅外線的吸收與吸光物質(zhì)的濃度成正比*可知道被測(cè)氣體的濃度。

朗伯比爾定律——其物理意義是當(dāng)一束平行單色光垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí),其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這*是紅外線氣體分析儀的測(cè)量依據(jù)。

紅外線氣體分析儀的優(yōu)點(diǎn)

1、能測(cè)量多種氣體，除了單原子的惰性氣體和具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)無(wú)極性的雙原子分子氣體外，CO、CO2、NO、NO2、NH3等無(wú)機(jī) 物、CH4、C2H4等烷烴、烯烴和其他烴類(lèi)及有機(jī)物都可用紅外分析器進(jìn)行測(cè)量；

2、測(cè)量范圍寬，可分析氣體的上限達(dá)*，下限達(dá)幾個(gè)ppm的濃度。進(jìn)行精細(xì)化處理后，還可以進(jìn)行痕量分析；

3、靈敏度高，具有很高的監(jiān)測(cè)靈敏度，氣體濃度有微小變化都能分辨出來(lái)；

4、測(cè)量精度高，一般都在+/-2%F.S,不少產(chǎn)品達(dá)到+/-1%F.S。與其他分析手段相比，它的精度較高且穩(wěn)定性好； 

5、反應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間一般在10s以內(nèi)；

6、有良好的選擇性，紅外分析器有很高的選擇性系數(shù)，因此它特別適合于對(duì)多組分混合氣體中某一待分析組分的測(cè)量，而且當(dāng)混合氣體中一種或幾種組分的濃度發(fā)生變化時(shí)，并不影響對(duì)待分析組分的測(cè)量。

紅外分析儀的基本特征和主要部件

紅外線氣體分析儀一般由氣路和電路兩部分組成，它的氣路和電路的聯(lián)系部件是傳感器，傳感器是紅外分析儀的“心臟”部分，它將被測(cè)組分濃度的變化轉(zhuǎn)為某種電參數(shù)的變化，并通過(guò)相應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。傳感器由光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器兩部分組成，主要構(gòu)成部件如下：紅外輻射光源、氣室和濾光元件、檢測(cè)器等。

測(cè)量室中一個(gè)是測(cè)量室，一個(gè)是參比室。兩室通過(guò)切光板以一定周期同時(shí)或交替開(kāi)閉光路。在測(cè)量室中導(dǎo)入被測(cè)氣體后，具有被測(cè)氣體特有波長(zhǎng)的光被吸收，從而使透過(guò)測(cè)量室進(jìn)入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進(jìn)入到紅外線接收室的光通量*越少；而透過(guò)參比室的光通量是一定的，進(jìn)入到紅外線接收室的光通量也一定。因此，被測(cè)氣體濃度越高，透過(guò)測(cè)量室和參比室的光通量差值*越大。接收室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩部分，室內(nèi)封有濃度較大的被測(cè)組分氣體，在吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動(dòng)的光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓倏筛鶕?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來(lái)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)放大處理后指示出被測(cè)氣體濃度。

傳感器主要部件

光源，按光源的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為單光源和雙光源兩種。按發(fā)光體分類(lèi)，主要有以下幾種：合金發(fā)光源、陶瓷光源、激光光源。

切光片，切光片的作用是把輻射光源的紅外光變成斷續(xù)的光，即對(duì)紅外光進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制的目的是使檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)成為交流信號(hào)，便于放大器放大，同時(shí)改善檢測(cè)器的時(shí)間相應(yīng)特性。 

氣室，紅外分析儀中的氣室包括測(cè)量氣室、參比氣室、和濾波氣室，他們的結(jié)構(gòu)基本相同，都是圓筒形，兩端都是用晶片密封。氣室要求內(nèi)壁光潔度高，不吸收紅外線，不吸附氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定。氣室的材料采用黃銅鍍金、玻璃鍍金或鋁合金，內(nèi)壁表面都要求拋光。金的化學(xué)性能極為穩(wěn)定，所以能保持很高的反射系數(shù)。

濾光片，濾光片是一種光學(xué)濾波元件。它是基于各種不同的光學(xué)現(xiàn)象（吸收、干涉、選擇性反射、偏振等）而工作的。采用濾光片可以改變測(cè)量氣室的輻射能量和光譜成分，可消除或減少散射和干擾組分吸收輻射的影響，可使具有特征吸收波長(zhǎng)的紅外輻射通過(guò)。干涉濾光片是一種帶通濾光片，根據(jù)光線通過(guò)薄膜時(shí)發(fā)生干涉現(xiàn)象而制成。干涉濾光片可以得到較窄的通帶，其透過(guò)波長(zhǎng)可以通過(guò)鍍層材料的折射率、厚度及層次等加以調(diào)整。

檢測(cè)器，檢測(cè)器分為薄膜電容檢測(cè)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器和微流量檢測(cè)器。薄膜電容檢測(cè)器又稱(chēng)薄膜微音器,由金屬薄膜動(dòng)極和定極組成電容器,當(dāng)接收氣室的氣體壓力受紅外輻射能的影響而變化時(shí),推動(dòng)電容動(dòng)片相對(duì)于定片移動(dòng),把被測(cè)組分濃度變化轉(zhuǎn)變成電容量變化。半導(dǎo)體檢測(cè)器是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)的原理制成的，當(dāng)紅外光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，它吸收光子能量使電子狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生自由電子或自由孔穴，引起電導(dǎo)率的變化，即電阻值的變化，所以又稱(chēng)為光電導(dǎo)率檢測(cè)器或光敏電阻。微流量檢測(cè)器是一種測(cè)量微小氣體流量的新型檢測(cè)器件，其傳感元件是兩個(gè)微型熱絲電阻，和另外兩個(gè)輔助電阻構(gòu)成惠斯通電橋。熱絲電阻通電加熱至一定溫度，當(dāng)氣體流過(guò)時(shí)，帶走部分熱量使熱絲冷卻，電阻變化，通過(guò)電橋轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。 

紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)類(lèi)型 

從是否把紅外光變成單色光來(lái)劃分，可以分為：分光型（色散型）和不分光型（非色散型）。分光型的優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、靈敏度高；缺點(diǎn)是分光后能量小，分光系統(tǒng)任一元件的微小位移都會(huì)影響分光的波長(zhǎng)。不分光型的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、具有較高的信/噪比和良好的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是待測(cè)樣品各組分間有重疊的吸收峰時(shí)會(huì)給測(cè)量帶來(lái)干擾。

從光學(xué)系統(tǒng)來(lái)劃分，可分為雙光路和單光路兩種。雙光路從兩個(gè)相同的光源或者*分配的一個(gè)光源，發(fā)出兩路彼此平行的紅外光束，分別通過(guò)幾何光路相同的分析氣室、參比氣室后進(jìn)入檢測(cè)器。單光路從光源發(fā)出的單束紅外光，只通過(guò)一個(gè)幾何光路。但是對(duì)于檢測(cè)器而言，還是接受兩個(gè)不同波長(zhǎng)的紅外光束，只是在不同的時(shí)間內(nèi)到達(dá)檢測(cè)器而已。

從采用的檢測(cè)器類(lèi)型來(lái)劃分，目前主要有薄膜電容檢測(cè)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器和微流量檢測(cè)器。

影響紅外傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度的因素

光路不平衡干擾：一臺(tái)紅外線氣體分析儀預(yù)熱后通入氮?dú)鈺r(shí)，輸出很大，這是由于切光片相位不平衡及光路不平衡引起，因此只要調(diào)整相位調(diào)節(jié)選鈕使輸出達(dá)到*小，再調(diào)整光路平衡選鈕使輸出*小即可。然后通零點(diǎn)氣和量程氣，反復(fù)校準(zhǔn)儀表零點(diǎn)和量程。

水分干擾：零點(diǎn)氣中若有水分，紅外線氣體分析器標(biāo)定后，會(huì)引起負(fù)誤差，在近紅外區(qū)域，水有連續(xù)的特征吸收波譜，若標(biāo)定用的零點(diǎn)氣中含有水分時(shí)，將造成儀器的零位的負(fù)偏，標(biāo)定后儀器示值必然比實(shí)際值偏低，從而起負(fù)誤差。

溫度變化：紅外線氣體分析儀檢測(cè)過(guò)程需要在恒定的溫度下進(jìn)行。環(huán)境溫度發(fā)生變化將直接影響紅外光源的穩(wěn)定，影響紅外輻射的強(qiáng)度，影響測(cè)量氣室連續(xù)流動(dòng)的氣樣密度，還將直接影響檢測(cè)器的正常工作。如果溫度大大超過(guò)正常狀態(tài)，檢測(cè)器的輸出阻抗下降，導(dǎo)致儀器不能正常工作，甚至損壞檢測(cè)器。紅外分析儀內(nèi)部一般有溫控裝置及超溫保護(hù)電路。

大氣壓力波動(dòng)：大氣壓力即使在同一個(gè)地區(qū)、同*內(nèi)也是有變化的。若天氣驟變時(shí)，變化的幅度較大。大氣壓力的這種變化，對(duì)氣樣放空流速有直接影響。經(jīng)測(cè)量氣室后直接放空的氣樣，會(huì)隨大氣壓力的變化使氣室中氣樣的密度發(fā)生變化，從而造成附加誤差。