光學式氣體傳感器

光學式氣體傳感技術(shù)是起步較晚，但發(fā)展zui快的技術(shù)之一。工業(yè)中常用的類型有紅外線氣體分析儀、紫外線分析儀、光電比色式分析儀、化學發(fā)光式分析儀、光散射式分析儀等。紅外線式的工作原理是利用被測氣體的紅外吸收光譜特征或熱效應而實現(xiàn)氣體濃度測量的，常用光譜范圍1～25μm，常用的類型有DIR色散紅外線式和NDIR非色散紅外線式。日本島津所生產(chǎn)的SOA-307/307Dx二氧化硫連續(xù)分析儀，測量方法是采用單光源雙光柱非色散紅外線吸收法，即通過向被測 氣體輻射寬帶紅外線并用波長選擇檢測器來選擇頻帶，以此來測量SO2特定波長紅外線輻射的吸收，其測量范圍為zui小0～100ppm，zui大可達0～1vol%。

常用的紫外線分析儀有不分光紫外線分析儀和紫外熒光式分析儀，前者與紅外線吸收原理類似，也是基于實測氣體對紫外線選擇性地吸收，其吸收特性也遵守比 爾定律，所使用的紫外波長范圍是200～400nm。后者如紫外熒光式SO2分析儀，是一種干法式分析儀，工作原理是基于SO2分子接受紫外線能量成為激 發(fā)態(tài)的SO2分子，在返回穩(wěn)態(tài)時產(chǎn)生特征熒光，其發(fā)出的熒光強度與SO2濃度成正比。紫外熒光式可做到不破壞樣品而連續(xù)自動測量大氣中的SO2含量。其靈 敏度可達測量范圍的0～2×10 -7 ，穩(wěn)定性可做到在24h的漂移為滿刻度的±2%，重復性達±2%滿刻度，且共存的背景氣體對測量的影響較小，具有壽命長，維修工作量小的顯著優(yōu)點。光電比色式是基于比爾定律實現(xiàn)自動光電比色測量的，其適用的分析對象有SO2、NO、碳氫化合物、鹵素化合物等?；瘜W發(fā)光式分析儀是利用化學氧化反應伴有的光熱生成原理而工作，常用的化學發(fā)光式分析儀有臭氧分析儀(利用O3-C2H4產(chǎn)生化學發(fā)光反應所放出的光子來測定臭氧)和化學發(fā)光式NO X 分析儀(利用O3的強氧化作用，使NO與O3發(fā)生化學發(fā)光反應來實現(xiàn)測量)。

光散射式分析儀是利用光束與氣體中的顆粒相互作用產(chǎn)生散射(前散射、邊散射、后散射)來進行氣體濁度或不透明度測量的，是環(huán)境排放監(jiān)測中zui常用的分析儀表之一。

 半導體式氣體傳感器半導體式氣體傳感器是根據(jù)由金屬氧化物或金屬半導體氧化物材料制成的檢測元件，與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應，引起載流子運動為特征的電導率或 伏安特性或表面電位變化而進行氣體濃度測量的。從作用機理上可分為表面控制型(采用氣體吸附于半導體表面而產(chǎn)生電導率變化的敏感元件)、表面電位型(采用 半導體吸附氣體后產(chǎn)生表面電位或界面電位變化的氣體敏感元件)、體積控制型(基于半導體與氣體發(fā)生反應時體積發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電導率變化的工作原理) 等?？梢詸z測百分比濃度的可燃氣體，也可檢測ppm級的有毒有害氣體。具有結(jié)構(gòu)簡單、檢測靈敏度高、反應速度快等諸多實用性優(yōu)點，但其主要不足是測量線性 范圍較小，受背景氣體干擾較大，易受環(huán)境溫度影響等。 氣相色譜式分析儀氣相色譜式分析儀是基于色譜分離技術(shù)和檢測技術(shù)，分離并測定氣樣中各組分濃度，因此是全分析儀表。在發(fā)電廠鍋爐試驗中，已有應用。工作時，從進樣裝置 定期采取一定容積的氣樣，在流量一定的純凈載氣(即流動相)攜帶下，流經(jīng)色譜柱，色譜柱中裝有稱為固定相的固體或液體，利用固定相對氣樣各組分的吸收或溶 解能力的不同，使各組分在兩相中反復進行分配，從而使各組分分離，并按時間先后流出色譜柱進入檢測器進行定量測定。根據(jù)檢測原理，又細分為濃度型檢測器和 質(zhì)量型檢測器兩種。 濃度型檢測器測量的是氣體中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應值和組分的濃度成正比。 質(zhì)量型檢測器測量的是氣體中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應值和單位時間進入檢測器某組分的量成正比。zui常用的檢測器有TCD熱導檢測 器、FLD氫火焰離子化檢測器、HCD電子捕獲檢測器、FPD火焰光度檢測器等。其中TCD檢測器、HCD檢測器屬于濃度型，F(xiàn)LD檢測器、FPD檢測器 屬于質(zhì)量型。TCD檢測器是應用zui早且zui廣的通用性檢測器，具有靈敏度適宜，通用性強，穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單的特點。FLD檢測器對大多數(shù)有機化合物具有很 高的靈敏度，一般比TCD靈敏度約高3～4個數(shù)量級，能檢測至ppb級的痕量物質(zhì)，且響應速度快。HCD檢測器是一種具有選擇性的高靈敏度檢測器，對電負 性物質(zhì)具有非常高的靈敏度，其靈敏度比FID還要高出2～3個數(shù)量級。FPD廣泛用于SO2 、H2 S等的分析。 總之，氣相色譜儀的主要優(yōu)點是靈敏度高，適合于微量和痕量分析，能分析復雜的多相分氣體。缺點是定期取樣不能實現(xiàn)連續(xù)進樣分析，系統(tǒng)較為復雜，多用于試驗室分析用，不太適合工業(yè)現(xiàn)場氣體監(jiān)測。目前已有采用計算機控制儀表系統(tǒng)的操作和進行數(shù)據(jù)運算的氣相色譜儀，并可進行組分越限報警，還具有自動檢查儀表故障等功能。