氣體分析儀原理

　　氣體分析儀主要利用氣體傳感器來檢測(cè)環(huán)境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來檢測(cè)氣體的成份和含量的傳感器。一般認(rèn)為，氣體傳感器的定義是以檢測(cè)目標(biāo)為分類基礎(chǔ)的，也就是說，凡是用于檢測(cè)氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學(xué)方法。比如，檢測(cè)氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導(dǎo)式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時(shí)使用大體一致的檢測(cè)原理。

　　氣體分析儀熱導(dǎo)式

　　一種物理類的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠,適用的氣體種類較多,是一種基本的分析儀表。但直接測(cè)量氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比較困難，所以實(shí)際上常把氣體導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，再用電橋來測(cè)定。熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導(dǎo)體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導(dǎo)體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數(shù)大,所以靈敏度高,時(shí)間滯后小。在鉑線圈上燒結(jié)珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在內(nèi)電阻、發(fā)熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結(jié)對(duì)氣體無反應(yīng)的材料作為補(bǔ)償用元件。這兩種元件作為兩臂構(gòu)成電橋電路，即是測(cè)量回路。半導(dǎo)體金屬氧化物敏感元件吸附被測(cè)氣體時(shí)，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率即發(fā)生變化，元件的散熱狀態(tài)也隨之變化。元件溫度變化使鉑線圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測(cè)氣體的濃度。熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用范圍很廣，除通常用來分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜分析儀中的檢測(cè)器用以分析其他成分。

　　氣體分析儀熱磁式

　　熱磁式氧分析儀

　　其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測(cè)定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場(chǎng)所吸引的稱為順磁性氣體)，在不均勻磁場(chǎng)中受到吸引而流向磁場(chǎng)較強(qiáng)處。在該處設(shè)有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場(chǎng)吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場(chǎng)，由此造成“熱磁對(duì)流”或“磁風(fēng)”現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測(cè)量磁風(fēng)大小就可測(cè)得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個(gè)橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風(fēng)的作用下出現(xiàn)溫度梯度，即進(jìn)氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應(yīng)的電壓值。

　　熱磁式氧分析儀具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。

　　電化學(xué)式

　　一種化學(xué)類的氣體分析儀表。它根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的離子量的變化或電流變化來測(cè)量氣體成分。為了提高選擇性，防止測(cè)量電極表面沾污和保持電解液性能，一般采用隔膜結(jié)構(gòu)。常用的電化學(xué)式分析儀有定電位電解式和伽伐尼電池式兩種。定電位電解式分析儀的工作原理是在電極上施加特定電位，被測(cè)氣體在電極表面就產(chǎn)生電解作用，只要測(cè)量加在電極上的電位，即可確定被測(cè)氣體*的電解電位，從而使儀表具有選擇識(shí)別被測(cè)氣體的能力。伽伐尼電池式分析儀是將透過隔膜而擴(kuò)散到電解液中的被測(cè)氣體電解，測(cè)量所形成的電解電流，就能確定被測(cè)氣體的濃度。通過選擇不同的電極材料和電解液來改變電極表面的內(nèi)部電壓從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同電解電位的氣體的選擇性。

　　紅外線吸收式

　　根據(jù)不同組分氣體對(duì)不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特性而工作的分析儀表。測(cè)量這種吸收光譜可判別出氣體的種類;測(cè)量吸收強(qiáng)度可確定被測(cè)氣體的濃度。紅外線分析儀的使用范圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反應(yīng)迅速,能在線連續(xù)指示,也可組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工業(yè)上常用的紅外線氣體分析儀的檢測(cè)部分由兩個(gè)并列的結(jié)構(gòu)相同的光學(xué)系統(tǒng)組成。

　　一個(gè)是測(cè)量室，一個(gè)是參比室。兩室通過切光板以一定周期同時(shí)或交替開閉光路。在測(cè)量室中導(dǎo)入被測(cè)氣體后，具有被測(cè)氣體*波長的光被吸收，從而使透過測(cè)量室這一光路而進(jìn)入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量就越少;而透過參比室的光通量是一定的，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測(cè)氣體濃度越高，透過測(cè)量室和參比室的光通量差值就越大。這個(gè)光通量差值是以一定周期振動(dòng)的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內(nèi)封有濃度較大的被測(cè)組分氣體，在吸收波長范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動(dòng)的光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓?，再可根?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來檢測(cè)，經(jīng)過放大處理后指示出被測(cè)氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測(cè)紅外線的量子式紅外線傳感器，并采用紅外干涉濾光片進(jìn)行波長選擇和配以可調(diào)激光器作光源，形成一種嶄新的全固體式紅外氣體分析儀。這種分析儀只用一個(gè)光源、一個(gè)測(cè)量室、一個(gè)紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測(cè)量。此外，若采用裝有多個(gè)不同波長的濾光盤，則能同時(shí)分別測(cè)定多組分氣體中的各種氣體的濃度。

　　與紅外線分析儀原理相似的還有紫外線分析儀、光電比色分析儀等，在工業(yè)上也用得較多。