آنالایزر گاز مادون قرمز چگونه کار می‌کند

آنالایزر گاز مادون قرمز، گازهای ردیابی را با تعیین میزان جذب منبع نور مادون قرمز ساطع شده از طریق یک نمونه هوا اندازه گیری می کند. گازهای ردیابی موجود در اتمسفر زمین تحت طول موج های خاص موجود در محدوده مادون قرمز برانگیخته می شوند. مفهوم پشت این فناوری را می توان به عنوان آزمایش میزان جذب نور توسط هوا درک کرد. مولکول های مختلف در هوا فرکانس های مختلف نور را جذب می کنند. هوا با مقدار زیادی گاز معین، فرکانس خاصی را جذب می کند و به سنسور اجازه می دهد غلظت بالایی از مولکول مربوطه را گزارش کند.

انواع آنالایزر گاز IR

• آنالایزر مادون قرمز غیر پراکنده
• تجزیه و تحلیل مادون قرمز پراکنده

1. آنالایزر مادون قرمز غیر پراکنده

حسگر مادون قرمز غیر پراکنده (یا NDIR) یک دستگاه طیف‌سنجی ساده است که اغلب به عنوان آشکارساز گاز استفاده می‌شود. غیر پراکنده نامیده می شود زیرا طول موجی که از محفظه نمونه برداری می گذرد از قبل فیلتر نشده است، در عوض از یک فیلتر قبل از آشکارساز استفاده می شود.

آنالایزر NDIR برای نظارت مداوم بر غلظت یک جزء جذب کننده مادون قرمز خاص از یک گاز در یک مخلوط گازی در جریان طراحی شده است.

غلظت گاز به عنوان درصدی از مقیاس کامل با توجه به سیگنال خروجی 0-5 VDC یا 4-20 MA نمایش داده می شود.

CO2، CO، CH4، SO2، NH3 قابل اندازه گیری است.

نمودار شماتیک سیستم تشخیص NDIR

همانطور که در شکل نشان داده شده است، تابش مادون قرمز از دو منبع انرژی مجزا تولید می شود.

• این تابش توسط یک چاپر با فرکانس 5 هرتز قطع می شود.
• سپس دو پرتو مساوی از طریق دو سلول نوری موازی / محفظه (سلول نمونه و سلول مرجع) هدایت می شوند.
• بخشی از تابش مادون قرمز توسط گاز نمونه جذب می شود که مقدار آن متناسب با غلظت گاز نمونه است.
• آشکارساز دارای یک فیلتر نوری در جلوی خود است که تمام نور را به جز طول موجی که مولکول های گاز انتخاب شده می توانند جذب کنند، از بین می برد. در حالت ایده‌آل، سایر مولکول‌های گاز نور را در این طول موج جذب نمی‌کنند و بر میزان نوری که به آشکارساز می‌رسد برای جبران اجزای مزاحم تأثیر نمی‌گذارند.

بخش آشکارساز

• سپس سیگنال دو سلول بعد از فیلتر به دو محفظه مختلف واحد آشکارساز می رود.
• دیافراگم بسته به اختلاف بین دو سیگنال منسجم می شود که به نوبه خود متناسب با غلظت گاز نمونه است.
• این مقدار ظرفیت با تفاوت بین سیگنال سلول های مرجع و نمونه نسبت مستقیم دارد.
• از ظرفیت خازنی برای تعدیل دامنه ولتاژ فرکانس رادیویی استفاده می شود، که سپس به سیگنال ولتاژ DC منتج می شود.
• سیگنال خروجی متناسب با غلظت جزء است. تقویت شده و به صفحه نمایش دیجیتال ارسال می شود.
• هنگامی که چاپر تابش را مسدود می کند، فشار در هر دو قسمت آشکارساز یکسان است و دیافراگم در حالت خنثی باقی می ماند.

بلوک دیاگرام سیگنال خروجی

همبستگی بین گازها (مولکول ها) و تابش الکترومغناطیسی

گاز انرژی IR این طول موج را جذب می کند و انرژی IR طول موج های دیگر را منتقل می کند.

سابق. – باند جذب CO بین 4.5 تا 5 میکرون است. بنابراین انرژی جذب شده در این طول موج نشانه غلظت CO در گاز خروجی است.

2. تجزیه و تحلیل مادون قرمز پراکنده

اجزای اصلی عبارتند از یک منبع مادون قرمز (لامپ)، یک محفظه نمونه یا لوله نور، یک اتاقک نمونه با طول موج، و غلظت گاز با جذب طول موج خاصی در مادون قرمز (IR) به صورت الکترواپتیکی اندازه‌گیری می‌شود. نور IR از طریق محفظه نمونه به سمت آشکارساز هدایت می شود. به موازات آن محفظه دیگری با یک گاز مرجع محصور وجود دارد که معمولاً نیتروژن است. آشکارساز دارای یک فیلتر نوری در جلوی خود است که تمام نور را به جز طول موجی که مولکول های گاز انتخاب شده می توانند جذب کنند، از بین می برد. در حالت ایده‌آل، سایر مولکول‌های گاز نور را در این طول موج جذب نمی‌کنند و بر میزان نوری که به آشکارساز می‌رسد برای جبران اجزای مزاحم تأثیر نمی‌گذارند. به عنوان مثال، CO2 و H2O اغلب حساسیت متقاطع را در طیف مادون قرمز آغاز می کنند. از آنجایی که بسیاری از اندازه‌گیری‌ها در ناحیه IR به H2O حساس هستند، تجزیه و تحلیل SO2 و NO2 در غلظت‌های پایین با استفاده از اصل نور مادون قرمز دشوار است.

سیگنال IR از منبع معمولاً قطع یا مدوله می شود تا سیگنال های پس زمینه حرارتی از سیگنال مورد نظر خارج شوند. حسگر مادون قرمز غیر پراکنده (یا NDIR) یک دستگاه طیف سنجی ساده است که اغلب به عنوان آشکارساز گاز استفاده می شود. غیر پراکنده نامیده می شود زیرا طول موجی که از محفظه نمونه می گذرد از قبل فیلتر نشده است، در عوض از فیلتر قبل از آشکارساز استفاده می شود.