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红外吸收式气体传感器和光离子化式气体传感器
发布日期:2010-10-12 浏览次数:3284

红外吸收式气体传感器和光离子化式气体传感器(PID)的共同特点是都有光源。但是两者的工作机理截然不同,前者是被测气体吸收红外光,由光量的变化确定被测气体含量;后者是在光能的冲击下,被测气体离子化,由离子流来确定被测气体含量。前者多用于检测可燃气和二氧化碳;后者多用于检测有机气体,这里根据进口产品介绍这两种传感器。

1、红外吸收式气体传感器的特点
① 用于可燃气体检测,对绝大多数碳氢化合物都有响应;
② 稳定性好,在恶劣的运行环境下,同样保持可靠的性能;
③ 具有抗中毒功能,检测时不受环境中氧气含量的影响;
④ 安全性能和防爆功能好;
⑤ 使用寿命长,五年保质期;
⑥ 缺点是结构复杂、成本高。
2、光离子化气体传感器(PID)的特点
① 灵敏度和分辨率高,适用于绝大多数有机气体的检测;
② 无选择性,适于已知有机气体种类时的检测,对一般无机气体无反应,所以没有无机物质干扰;
③ 无中毒问题,使用寿命长;
④ 反应速度快,一般小于3秒,适应于快速应急情况的检测;
⑤ 安全可靠,防爆性好。

二、红外吸收式气体传感器的结构原理
红外吸收式传感器利用待测气体分子吸收红外光的原理。红外光位于普通光源光辐射中不可见部分,几乎任何非单质气体或蒸气,对红外光谱中某些波长的光都有一定程度的吸收,而且吸收程度与待测气体在空气中的浓度有极大关系。使用对某个波长有敏感性的探测元件,可将探测到的吸收程度,转化为与待测气体浓度相当的电信号。

为了解决环境干扰,能使仪器长期稳定运行,准确检测,设计了双补偿光学系统。采用双光源、双探测元件和一只温度补偿探测元件,同时监测5个不同的信号,并同时进行交叉计算,达到理想的检测效果。

主光源1的辐射光束由于反射镜的作用,通过两个气室抵达探测端,经分光镜到达探测元件1和探测元件2,对波长33微米敏感的探测元件1产生基本信号。而尘埃、雾和其他因素对红外光的吸收,用对波长3.0微米敏感的探测元件2探测,产生参考信号,待测气体不吸收该波长的红外光,通过两信号对比计算,得到补偿后与待测气体相关的变送信号,使用反射镜使用两个气室延长光路的长度,目的是增加待测气体对红外光线的吸收,从而增加传感器的灵敏度。
                                            
另外,本传感器光路增加辅助光源2,其光束不经过气室,直接经分光镜抵达两个检测元件1和2,同时产生两个信号,用以补偿由于温度和电源等因素引起的前两个信号的漂移。一个探测元件同时探测两个信号,是由于两光源调制不同的光脉冲。因此,用两种不同的频率调制两个光源,就可以在每个探测元件上产生两个独立的信号,这两个信号能够经一个微处理器分别计算。被两种频率驱动的信号,经过交叉计算后变成一个信号,此信号已补偿了老化效应以及探测元件温度漂移等等。

众所周知,气体或蒸气的浓度与温度有关,为了补偿温度的附加影响,在变送器内部安装了嵌式温度传感器,产生第五个信号,进行单独温度补偿,否则,温度变化30℃,仪器指示读数就会变化10%。可以看出,将信号巧妙组合,可以提高仪器的稳定性和准确性。

为了保护光路不受阻,增加反应速度,在传感器上增加了防溅罩,利用两个附加装置所产生的热量,防溅罩除保护光路以外,对周围的空气起着抽气泵的作用,加快了检测速度。
 
三、光离子化式气体传感器(PID)的结构原理
PID由紫外灯光源和离子室等主要部件组成,在离子室内装有正负电极,形成电场。待测气体在紫外灯光源的作用下,被离子化,产生正负离子,在电极间形成离子流,然后离子流被放大,显示出“ppm”浓度值。
 
① 离子化电位
所有的元素和化合物都可以被离子化,也就是都可以被击碎成带有电荷的小碎片。但各种化合物的组成不同,它被击碎所需能量也有所不同。所谓的“击碎”就是用能量把化合物中的电子从其中分离开来,使之成为带有电荷的离子,即将化合物离子化,每个化合物被离子化的能量称之为“电离电位”(IP),它以电子伏特(eV)为计量单位。离子化能源在PID中就是紫外灯,其能量也用(eV)来表示。如果待测气体的IP低于紫外灯输出的能量,这种气体可以被离子化,即可以被检测。电离电位IP实际表示的是化合物键的强度。

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