光學(xué)式氣體傳感器

光學(xué)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(xué)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(yīng)而實(shí)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(dá)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(shí)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(shí)產(chǎn)生特征熒光，其發(fā)出的熒光強(qiáng)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(dòng)測量大氣中的SO2含量。其靈 敏度可達(dá)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(fù)性達(dá)±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(diǎn)。光電比色式是基于比爾定律實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光電比色測量的，其適用的分析對象有SO2、NO、碳?xì)浠衔铩Ⅺu素化合物等。化學(xué)發(fā)光式分析儀是利用化學(xué)氧化反應(yīng)伴有的光熱生成原理而工作，常用的化學(xué)發(fā)光式分析儀有臭氧分析儀(利用O3-C2H4產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)所放出的光子來測定臭氧)和化學(xué)發(fā)光式NO X 分析儀(利用O3的強(qiáng)氧化作用，使NO與O3發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)來實(shí)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(jìn)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(dǎo)體式氣體傳感器半導(dǎo)體式氣體傳感器是根據(jù)由金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料制成的檢測元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或 伏安特性或表面電位變化而進(jìn)行氣體濃度測量的。從作用機(jī)理上可分為表面控制型(采用氣體吸附于半導(dǎo)體表面而產(chǎn)生電導(dǎo)率變化的敏感元件)、表面電位型(采用 半導(dǎo)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(dǎo)體與氣體發(fā)生反應(yīng)時(shí)體積發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電導(dǎo)率變化的工作原理) 等?？梢詸z測百分比濃度的可燃?xì)怏w，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(yīng)速度快等諸多實(shí)用性優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)中，已有應(yīng)用。工作時(shí)，從進(jìn)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(dòng)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(fù)進(jìn)行分配，從而使各組分分離，并按時(shí)間先后流出色譜柱進(jìn)入檢測器進(jìn)行定量測定。根據(jù)檢測原理，又細(xì)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(yīng)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(jìn)入檢測器的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和單位時(shí)間進(jìn)入檢測器某組分的量成正比。zui常用的檢測器有TCD熱導(dǎo)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(yīng)用zui早且zui廣的通用性檢測器，具有靈敏度適宜，通用性強(qiáng)，穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。FLD檢測器對大多數(shù)有機(jī)化合物具有很 高的靈敏度，一般比TCD靈敏度約高3～4個(gè)數(shù)量級，能檢測至ppb級的痕量物質(zhì)，且響應(yīng)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(fù) 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(gè)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(diǎn)是靈敏度高，適合于微量和痕量分析，能分析復(fù)雜的多相分氣體。缺點(diǎn)是定期取樣不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)樣分析，系統(tǒng)較為復(fù)雜，多用于試驗(yàn)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(jì)算機(jī)控制儀表系統(tǒng)的操作和進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的氣相色譜儀，并可進(jìn)行組分越限報(bào)警，還具有自動(dòng)檢查儀表故障等功能。