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HORIBA的CO?監測儀主要基于非分散紅外(NDIR)吸收法。這種技術的核心是利用CO?分子對特定波長紅外光的吸收特性來測量其濃度。
NDIR技術的基礎是朗伯-比爾定律(Lambert-Beer Law)。該定律描述了光在被物質吸收時,其強度衰減與物質濃度之間的關系:
其中:
$I_0$ 是入射光強度
$I$ 是出射光強度
$\mu$ 是氣體的吸收系數
$c$ 是待測氣體濃度(這里指CO?)
$L$ 是光通過氣體的路徑長度(吸收池長度)
對于CO?氣體,它對特定波長(約4.26 μm)的紅外光有強烈的選擇性吸收。儀器通過測量這個特定波長紅外光被樣品氣體吸收后的強度變化,就可以計算出CO?的濃度。
HORIBA在其CO?監測儀中采用了略有不同的技術來實現高精度和穩定性,例如:
技術特點 | APNA-370系列 | APCA-370系列 |
---|---|---|
采用的技術 | 氣體濾波相關輪(GFC)技術 | 交替流動調制型非分散紅外吸收法(NDIR) |
核心組件 | - 紅外光源 - 氣體濾波相關輪(GFC) - 長光程樣品池(14m) | - 紅外光源 - 交替流動調制系統(樣氣與參比氣交替進入同一測量池) - 測量池 |
如何工作 | GFC輪使紅外光輪番通過充滿CO?和不含CO?的氣室,提供參比和測量信號 | 通過交替通入樣氣和參比氣(不含CO?)到同一測量池,比較信號差異,消除零點漂移 |
關鍵優勢 | - 高信噪比和靈敏度 - 優異的零點和跨度穩定性 | - 無零點漂移 - 長期穩定性高 - 無需光學調整 |
參比氣來源 | 可使用N?吹掃GFC輪 | 內置參比氣體凈化器,可產生不含CO?的零氣 |
主要應用場景參考 | 低濃度CO?測量(0-2 ppm至0-2000 ppm范圍) | 環境空氣監測、CCS泄漏檢測、室內環境監測 |
NDIR技術之所以成為測量CO?(以及其它多種氣體)的黃金標準,主要是因為:
高選擇性:不同氣體分子都有其的紅外吸收指紋(特征吸收波長)。通過在探測器前放置只讓4.26μm波長附近光通過的窄帶濾光片,可以極大地減少其它氣體的干擾,確保測量的是CO?的濃度。
高靈敏度和精度:特別是采用長光程吸收池(如APNA-370的14米池)或調制技術后,能夠檢測非常低濃度的CO?,并且測量結果非常精確。
長期穩定性:HORIBA采用的氣體濾波相關輪(GFC)、交替流動調制以及內置參比氣凈化器等技術,都是為了克服傳統NDIR可能存在的零點漂移和跨度漂移問題,從而保證儀器在無人值守的情況下也能長期穩定運行。
無需化學試劑:NDIR是一種物理測量方法,不會改變被測氣體成分,也無需消耗性的化學試劑,維護相對簡單。
以部分型號為例:
參數 | APNA-370 (示例) | APCA-370 (示例) |
---|---|---|
測量范圍 | 0-2 ppm 至 0-2000 ppm (用戶可選) | 0-500 ppm / 0-1000 ppm (自動量程切換)4 |
低檢出限 | 0.2 ppm | 0.5 ppm (2σ) |
零點漂移 | < 0.25 ppm/24小時 | ± 1.0 ppm/天 |
跨度漂移 | < 0.5% 滿量程/24小時 | 滿量程 ± 2.0% / 天 |
工作溫度 | 5 - 40 °C | 0 - 40 °C |
響應時間 | < 60秒 (達到95%) | 60秒或更短 (T90) |
?? 使用注意事項:
環境溫度:儀器通常在特定的環境溫度范圍內工作(例如5-40°C或0-40°C),超出范圍可能影響測量精度和儀器壽命。
校準:即使穩定性很高的儀器,也需要定期使用零氣(不含CO?的氣體,如高純氮氣)和標準濃度氣體進行校準,以維持讀數的準確性。校準周期可參考儀器手冊或應用需求。
樣品氣要求:確保采樣氣體清潔、干燥,無水滴、油霧或顆粒物,以免污染氣室和光學部件,影響光的透過和測量結果。必要時需配備預處理系統(如過濾器、冷干管等)。
流量穩定性:采樣流量需保持穩定(如APNA-370約為800 cc/min ±10%,APCA-370約為0.7 L/min),流量波動可能帶來測量誤差。
HORIBA的CO?監測儀依賴于成熟的非分散紅外(NDIR)吸收原理,并通過其有的氣體濾波相關(GFC) 或交替流動調制 等技術,實現了對CO?氣體的高選擇性、高靈敏度、高穩定性和長期可靠的測量。