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气体传感器系列之红外气体传感器知识详解
发布者:精讯畅通 上传时间:2022 年 7 月 14 日
INGENUITY
红外气体传感器

定义:红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性,利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。

原理:由不同原子构成的分子会有独特的振动、转动频率,当其受到相同频率的红外线照射时,就会发生红外吸收,从而引起红外光强的变化,通过测量红外线强度的变化就可以测得气体浓度。

需要说明的是,振动、转动是两种不同的运动形态,这两种运动形态会对应不同的红外吸收峰,振动和转动本身也有多样性,因此一般情况下一种气体分子会有多个红外吸收峰。

根据单一的红外吸收峰位置只能判定气体分子中有什么基团,精确判定气体种类需要看气体在中红外区所有的吸收峰位置即气体的红外吸收指纹。在已知环境条件下,根据单一红外吸收峰的位置可以大致判定气体的种类。由于在零下273摄氏度即绝对零度以上的一切物质都会产生红外幅射,红外幅射与温度正相关,因此,同催化元件一样,为消除环境温度变化引起的红外幅射的变化,红外气体传感器中会由一对红外探测器构成。

一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。

红外吸收原理只能测不同原子构成的分子。由于同一分子内部运动的多样性使其具有多种不同的振动频率和转动频率,因此,对红外吸收的分子会有不同个吸收峰。另外,具有相同化学键的分子(如水和酒精分子中的氢氧键)会有相近的吸收峰,干扰由此产生。

红外二氧化碳传感器
非色散红外吸收气体传感器

非色散:白光通过三棱镜会被分为七色光即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫,这个三棱镜就是一个分光系统,能把七色光分开。

有分光系统的光学系统即色散型光学系统,无分光系统的光学系统即非色散性。

非色散系统简易、可靠、小巧、廉价。平时我们感受到的白光、紫外、紅外光都是不同频率、波长混合成的光,而单频率、单波长的光即单色光。前面讲到只有红外线的频率和气体分子振动、转动频率相同时才会产生红外吸收,理论上在设计气体传感器时,我们希望用单色光去照射气体或者照射后我们用设置光栅(滤光片)的办法获得单色光。

非色散红外气体传感器通常由光源、光学腔体、滤光片(光栅)、探测器和信号调理电路构成,在传感器中滤光片和探测器是一体的。

二氧化碳传感器
红外气体传感器优点:

1、除了相同原子組成的气体,所有气体都可以测。

2、全量程。

3、传感过程本身不会干扰传感。

红外气体传感器与其它类别气体传感器如半导体式、电化学式、催化燃烧式等相比具有应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高等一系列优点。其广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域

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