Analisador de gás infravermelho online

O infravermelho é uma espécie de luz invisível que tem comprimentos de onda entre 0,78 e 1.000 mícrons. Está além do limite da luz vermelha, por isso recebeu o nome de infravermelho. O infravermelho pode ser dividido em três partes, ou seja, o infravermelho próximo, com comprimento de onda entre 0,75 e 1,50 μm; Infravermelho médio, comprimento de onda entre 1,50 e 6,0 μm; Infravermelho distante, comprimento de onda entre 6,0 e 1000 μm.

Comprimento de onda - Na direção de propagação da luz, a distância entre duas ondas de luz vizinhas e o ponto de fase é chamada de comprimento de onda.

O número de ondas é um parâmetro que descreve a radiação infravermelha, o número de ondas infravermelhas contidas por centímetro de comprimento.

Frequência - Número de semanas em que as ondas de luz vibram em unidades de tempo.

Energia fotônica - a energia emitida, transmitida ou recebida por ondas de luz na forma de radiação, expressa por E, em unidades J.

Comprimento de onda de absorção característica - nas bandas de infravermelho próximo e infravermelho médio, a energia da radiação infravermelha é menor, não pode causar a migração do nível de energia elétrica na molécula, mas só pode ser absorvida pelas moléculas da amostra, causando a migração do nível de energia da vibração molecular, por isso o espectro de absorção infravermelho também é chamado de espectro de vibração molecular. Quando a energia de um determinado comprimento de onda de radiação infravermelha é exatamente igual à diferença de energia de um determinado nível de energia vibratória da molécula, é absorvida pela molécula e produz o salto de energia vibratória correspondente, este comprimento de onda é chamado de comprimento de onda de absorção característica da molécula.

　　2.1Analisador de gás infravermelhoOs princípios básicos

Seu princípio de funcionamento é baseado na absorção seletiva de certos gases de infravermelho. O comprimento de onda de infravermelho comumente usado no analisador de infravermelho é de 2 a 12 µm. Em resumo, o gás a medir passa continuamente por um recipiente de um determinado comprimento e volume, a partir de uma das duas superfícies extremas do recipiente que podem transmitir a luz, um feixe de luz infravermelha é emitido de um lado, e a intensidade de radiação de infravermelho é medida na outra superfície, em seguida, a concentração do gás medido é proporcional à absorção de infravermelho e à concentração de substância absorvente.

Lei de Lambert-Biel - O significado físico é que, quando um feixe de luz monocromática paralela passa verticalmente por uma substância absorvente uniformemente não dispersa, sua absorção é proporcional à concentração da substância absorvente e à espessura da camada absorvente. Essa é a base de medição do analisador de gás infravermelho.

2.2 Características do Analisador de Gás Infravermelho

1- Pode medir vários gases

Além dos gases inertes monoatómicos e dos gases moleculares biatómicos sem polaridade de estrutura simétrica, os inorgânicos como CO, CO2, NO, NO2, NH3, alquenos como CH4, C2H4, olefinas e outros hidrocarbonetos e matérias orgânicas podem ser medidos com analisadores de infravermelhos;

2, Ampla gama de medição

O limite superior do gás analisável é de até 100% e o limite inferior é de até algumas ppm. Após o processamento refinado, a análise de traços também pode ser realizada;

3, com uma alta sensibilidade de monitoramento, as pequenas mudanças na concentração de gás podem ser distinguidas;

4, alta precisão de medição

Geralmente em +/-2% FS, muitos produtos alcançam +/-1% FS. Em comparação com outros meios de análise, ela tem alta precisão e boa estabilidade;

5 Reação rápida

O tempo de resposta é geralmente de menos de 10s.

6 – Boa seleção.

O analisador de infravermelho tem um alto coeficiente de seletividade, por isso é especialmente adequado para a medição de um determinado componente a ser analisado em uma mistura de gases multicomponente e não afeta a medição do componente analisado quando a concentração de um ou mais componentes na mistura de gases muda.

2.3 Estrutura básica do analisador infravermelho e componentes principais

O analisador de gás de infravermelho é geralmente composto por duas partes da via do ar e do circuito, a parte de conexão da via do ar e do circuito também é a parte central do transmissor, o transmissor é a parte "coração" do analisador de infravermelho, transformará a mudança da concentração do componente medido em algum tipo de mudança de parâmetros elétricos e converterá a saída de tensão ou corrente através do circuito correspondente. O transmissor é composto por dois componentes do sistema óptico e do detector, os principais componentes são os seguintes: fonte de luz de radiação infravermelha, câmara de gás e componentes de filtro, detector

Princípio de medição

Uma é a sala de medição e a outra é a sala de referência. Ambas as câmaras fecham o caminho da luz simultaneamente ou alternadamente através da placa de corte por um determinado ciclo. Após a introdução do gás medido na câmara de medição, a luz com o comprimento de onda do gás medido é absorvida, reduzindo assim o fluxo de luz que entra na câmara de recepção de infravermelho através da via óptica da câmara de medição. Quanto maior a concentração de gás, menor o fluxo de luz que entra na câmara de gás de recepção de infravermelho; E o fluxo de luz através da câmara de referência é certo, e o fluxo de luz para a câmara de gás de recepção de infravermelho também é certo. Portanto, quanto maior a concentração do gás medido e da sensibilidade, maior a diferença de fluxo de luz através da câmara de medição e da câmara de referência. Esta diferença de fluxo de luz é projetada para a câmara de gás de recepção de infravermelho em uma amplitude de vibração de um determinado período. A câmara de gás de recepção é separada em duas metades com uma película metálica de alguns micrômetros de espessura, selada com uma maior concentração de gás componente medido, na faixa de comprimento de onda de absorção pode absorver todos os raios infravermelhos introduzidos, tornando assim o fluxo de luz pulsante em mudanças de temperatura periódicas, de acordo com a equação de gás para transformar a mudança de temperatura em mudanças de pressão, em seguida, com o sensor capacitivo para detectar, após o tratamento de amplificação para indicar a concentração do gás medido.

2.4 Principais componentes do transmissor

Fonte de Luz

De acordo com a classificação estrutural da fonte de luz, pode ser dividido em duas fontes de luz única e dupla. De acordo com a classificação do emissor, existem principalmente os seguintes tipos: fonte de luz de liga, fonte de luz cerâmica, fonte de luz laser

Cortar

O papel do corte é transformar a luz infravermelha da fonte de radiação em luz intermitente, ou seja, modular a luz infravermelha. O objetivo da modulação é tornar o sinal gerado pelo detector um sinal de corrente alterna, facilitando a amplificação do amplificador, ao mesmo tempo que melhora as características do tempo de resposta do detector.

Câmara de gás

As câmaras de gás nos analisadores de infravermelho incluem câmaras de gás de medição, câmaras de gás de referência e câmaras de gás de filtro, com a mesma estrutura, todas em forma de cilindro e ambas as extremidades seladas com chips. As câmaras de gás exigem uma alta limpeza da parede interna, não absorvem raios infravermelhos, não adsorem gases e propriedades químicas estáveis. O material da câmara de gás é ourado em latão, vidro ou liga de alumínio, e a superfície da parede interna requer polimento. As propriedades químicas do ouro são extremamente estáveis e a parede interna da câmara de gás nunca oxida, por isso pode manter um alto fator de reflexão. Os materiais de janela comumente usados ​​na câmara de gás são: limite de transmissão de fluoreto de lítio de 6,5 μm, limite de transmissão de fluoreto de cálcio de 13 μm, limite de transmissão de zafiro de 5,5 μm, limite de transmissão de quartzo condensado de 4,5 μm e limite de transmissão de cloreto de sódio de 25 μm. A câmara de gás de referência e a câmara de gás de filtro não podem ser desmontadas. A câmara de gás de medição pode ser contaminada, usando vedação de borracha, atenção à manutenção e substituição regular, a contaminação com poeira, sujeiras e peles no chip causará uma diminuição da sensibilidade, o erro de medição e o aumento do ponto zero de deriva, portanto, é necessário manter o chip limpo, pode ser limpo com papel de espelho ou pano de seda, atenção para não tocar a superfície do chip com as mãos.

Filtro

Um filtro é um elemento de filtro óptico. Funciona com base em uma variedade de fenômenos ópticos diferentes (absorção, interferência, reflexão seletiva, polarização, etc.). O uso de filtros pode alterar a energia de radiação e a composição espectral da câmara de gás medida, eliminando ou reduzindo o efeito da absorção de radiação dos componentes de dispersão e interferência, permitindo que a radiação infravermelha com comprimentos de onda característicos de absorção passe. O filtro de interferência é um tipo de filtro de faixa, feito com base no fenômeno de interferência que ocorre quando a luz passa pela película fina. O filtro de interferência pode obter uma faixa de passagem mais estreita, e seu comprimento de onda pode ser ajustado pela refração, espessura e camada do material revestido.

Detectores

Detectores capacitivos de película fina, detectores de semicondutores, detectores de microfluxo.

Princípio de funcionamento da detecção capacitiva de película fina, características.

Detector lateral capacitivo de película também conhecido como microfone de película, composto por um dinâmico de película metálica e um condensador estático, quando a pressão do gás da câmara de gás de recepção é alterada pela energia de radiação infravermelha, impulsiona o movimento capacitivo em relação ao movimento do segmento fixo, transformando a mudança de concentração do componente medido em mudança de capacidade.

Características: pequena variação de temperatura, boa seletividade e alta sensibilidade. A desvantagem é que o filme é vulnerável à vibração mecânica, a frequência de modulação não pode ser melhorada, a produção do amplificador é mais difícil, o volume é maior, etc.

Princípio de funcionamento do detector de semicondutores, características

O detector de semicondutores é feito usando o princípio do efeito fotoelétrico de semicondutores, quando a luz infravermelha é irradiada ao semicondutor, absorve a energia de fótons para alterar o estado dos eletrões, gerando eletrões livres ou buracos livres, causando mudanças na condutividade elétrica, ou seja, mudanças no valor da resistência, por isso também conhecido como detector de fotocondutividade ou fotorresistor.

Características: estrutura simples, fácil de fabricar, pequeno tamanho, longa vida útil e rápida resposta. Frequências de modulação mais elevadas podem ser usadas para facilitar a produção de amplificadores. Usado em conjunto com o filtro de interferência de banda estreita, ele pode criar um detector de infravermelho versátil e de resposta rápida, quando a composição de medição é alterada, basta substituir o comprimento de onda e a escala do instrumento do filtro de interferência. Sua desvantagem é que o antimoneto de índio é altamente afetado pelas mudanças de temperatura.

Princípios e características do detector de microfluxo

O detector de microfluxo é um novo tipo de dispositivo de detecção para medir fluxos de gás pequenos, cujos componentes de sensor são duas resistências de micro fio térmico e outras duas resistências auxiliares que formam a ponte de Whiston. A resistência do fio de calor é aquecida até uma certa temperatura, quando o gás passa, tira parte do calor para resfriar o fio de calor, a resistência muda e se transforma em sinal de tensão através da ponte.

Características: preço barato, redução do volume do sistema óptico, confiabilidade, resistência à vibração e outros desempenhos melhorados.

2.5 Tipo de estrutura do analisador de gás infravermelho

De se transformar a luz infravermelha em luz monocromática, pode ser dividido em: tipo espectral (tipo disperso) e tipo não-espectral (tipo não disperso).

Vantagens do tipo espectral: boa seletividade e alta sensibilidade; A desvantagem é que a energia pós-espectral é pequena, e um pequeno deslocamento de qualquer componente do sistema espectral afeta o comprimento de onda da espectral.

Vantagens do tipo indiferencial: alta sensibilidade, alta relação sinal/ruído e boa estabilidade. A desvantagem é que picos de absorção sobrepostas entre os componentes da amostra a ser testada podem interferir com a medição.

Dividir do sistema óptico, pode ser dividido em dois tipos de vias duplas e vias simples

A partir de duas fontes de luz idênticas ou uma fonte de luz atribuída com precisão, emitem dois feixes de luz infravermelha paralelos um ao outro, entrando no detector após a câmara de gás de análise e câmara de gás de referência através da mesma via geométrica óptica.

Um único feixe de luz infravermelha emitido pela fonte de luz passa apenas por um único caminho geométrico. Mas para o detector, ainda aceita dois diferentes comprimentos de onda de feixe de infravermelho, apenas em um tempo diferente para chegar ao detector, é o uso da rotação da placa de regulação, o tom de luz emitido pela fonte de luz para fazer um feixe de infravermelho de comprimentos de onda diferentes, por turno, através da câmara de gás de análise para o detector, alcançar o caminho de luz dupla no tempo.

De acordo com o tipo de detector adotado, atualmente existem principalmente detectores de capacitor de película fina, detectores de semicondutores e detectores de microfluxo.

2.6 Principais conteúdos e requisitos de ajuste do analisador de gás infravermelho

Ajuste de equilíbrio de fase Ajuste a posição do eixo do corte para que ele esteja no ponto simétrico de dois feixes de luz infravermelha. O corte exige que a placa de corte cubra ou vaze duas fontes de luz simultaneamente, isto é, a chamada sincronização, para que os dois caminhos ópticos afetem a mesma área de luz em ambas as janelas laterais da câmara do detector.

Ajuste do equilíbrio do caminho óptico Ajuste o sombreador ecêntrico no caminho de luz de referência para alterar o fluxo de luz do caminho de luz de referência para que a energia de luz de medição e referência de dois caminhos de luz seja igual.

Calibração do ponto zero e do alcance Calibração repetida do ponto zero e do alcance do instrumento através do gás de ponto zero e do gás de medição, respectivamente.

2.7 Falhas comuns e tratamento

Há muitas variedades de analisadores de gás infravermelhos, falhas e métodos de tratamento também não são os mesmos, a tabela abaixo lista algumas falhas comuns e seus métodos de tratamento para referência:

Interferença do desequilíbrio da via óptica:

Quando um analisador de gás de infravermelho entra no nitrogênio após o pré-aquecimento, a saída é grande, devido ao desequilíbrio de fase do corte e ao desequilíbrio do caminho óptico, por isso, basta ajustar o botão de ajuste de fase para que a saída seja pequena, então ajustar o botão de equilíbrio óptico para que a saída seja mínima. Em seguida, com o ponto zero do gás e o gás de medição, calibre repetidamente o ponto zero do instrumento e a medição.

Interferência de água:

Se houver umidade no gás de ponto zero, após a calibração do analisador de gás de infravermelho, causará erros negativos, na área de infravermelho próximo, a água tem características contínuas de absorção do espectro, se o gás de ponto zero da calibração contém umidade, causará desvio negativo do ponto zero do instrumento, o valor indicado do instrumento após a calibração é necessariamente menor do que o valor real, portanto, o erro negativo.

Alterações de temperatura:

O processo de inspeção do analisador de gás infravermelho deve ser realizado a uma temperatura constante. A mudança na temperatura ambiente afetará diretamente a estabilidade da fonte de luz infravermelha, afetará a intensidade da radiação infravermelha, afetará a densidade da amostra de gás para medir o fluxo contínuo da câmara de gás e também afetará diretamente o funcionamento normal do detector. Se a temperatura for significativamente superior ao normal, a impedância de saída do detector cai, o que faz com que o instrumento não funcione corretamente ou até danifique o detector. O analisador de infravermelho tem geralmente um dispositivo de controle de temperatura e um circuito de proteção contra a sobretemperatura, mesmo assim, alguns valores do instrumento, especialmente o instrumento de análise em microscópicos, também podem observar o efeito da mudança de temperatura ambiental na detecção, especialmente quando a temperatura ambiental é alta no verão. Nesse caso, a temperatura ambiente precisa ser alterada e a configuração do ar condicionado é uma solução.

Interferência com as flutuações da pressão atmosférica:

A pressão atmosférica varia mesmo na mesma área, no mesmo dia. Quando o tempo muda, a mudança é maior. Essa mudança na pressão atmosférica tem um impacto direto na velocidade de descarga da amostra de ar. As amostras de gás vazias diretamente após a medição da câmara de gás podem alterar a densidade da amostra de gás na câmara de gás com a mudança da pressão atmosférica, causando erros adicionais.

　　

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