一种动态参比的非分散红外气体分析仪及检测气体浓度的方法与流程

本发明涉及一种非分散红外气体分析仪及检测气体浓度的方法，尤其涉及一种动态参比的非分散红外气体分析仪及检测气体浓度的方法。

背景技术：

1.科学原理

利用非分散红外气体分析仪测量气体浓度所应用的原理是比尔定律，其公式如下。

i＝i0e^-kcl

其中，各字母含义如下：

i－－被样气中待测气体吸收后的红外光强度

i0－－未被参比气吸收的红外光强度

k－－样气中待测气体对红外光的吸收系数

c－－样气中待测气体浓度

l－－测量室长度

对于一台非分散红外气体分析仪，其测量样气中的待测气体已定，即待测气体对辐射波段的红外光吸收系数k一定，气室长度l一定。从比尔定律可以看出：通过测量未被待测气体吸收的红外光的强度i0、被吸收后的红外光的强度i，就可确定待气体的浓度c了。

2.现有技术

为了测量被气体吸收后的辐射强度i,现有的非分散红外气体分析仪将两束红外光束分别穿过不吸收光的参比气室以及吸收光的样气室，由此到达参比气室终端的光束强度i0大于样气室终端的红外光束强度i。利用检测器测量i0与i的比例关系，根据比尔定律，求出样气中待测气体的浓度c。

3.存在的技术问题

在测量气体浓度时，由于测量环境温度变化大，容易造成检测器中传感器的零点漂移，使得传感器测量的被吸收后的红外光所产生的电信号不准确，从而不能精确测量待测气体的浓度。

另外，在利用现有技术测量气体浓度的过程中，水蒸气h20容易混杂在本不吸收光的参比气中，吸收部分光能，使传感器测量的未被参比气吸收的红外光所产生的电信号不准确，从而不能精确测量待测气体的浓度。

技术实现要素：

1、解决的技术问题：

本发明在于提供一种动态参比的非分散红外气体分析仪，通过参比气与样气的实时切换，实现对传感器零点的自动快速补偿。

另外，通过渗透除湿装置对参比气进行除湿，从而准确测量未被参比气吸收的红外光所产生的电信号,进而准确得出样气中待测气体的浓度。

2、采取的技术方案：

本发明旨在提供一种动态参比的非分散红外气体分析仪，包括红外光源单元、红外传感器单元、切换单元。其中，所述红外光源单元，用于将红外光源传送至所述红外传感器单元，所述红外传感器单元用于测量未被吸收的红外光产生的电信号、被吸收后的红光外产生的电信号。所述切换单元包括第一切换阀和第二切换阀，所述第一切换阀和第二切换阀各包括控制电路与电磁阀；所述第一切换阀用于将样气输入到红外传感器单元中，所述第二切换阀用于将参比气输入到红外传感器单元中，所述样气和所述参比气交替输入到所述红外传感器单元。

以上所述的动态参比的非分散红外气体分析仪，还包括渗透干燥器单元，所述渗透干燥器单元包括湿参比气入口、干燥参比气出口、干燥反吹气入口、湿反吹气出口。其中，所述干燥反吹气入口位于干燥参比气出口一侧，所述湿反吹气出口位于湿样气进口一侧。

所述切换阀的控制电路由稳压晶体管、普通二极管、发光二极管、切换控制信号输入点、切换控制信号输出点、电阻构成。所述稳压晶体管的集电极连接所述普通二极管的阳极，所述稳压晶体管的基极连接所述发光二极管的阳极，所述切换控制信号输入点位于所述稳压晶体管与所述发光二极管之间，所述切换控制信号输出点位于所述稳压晶体管与所述普通二极管之间，所述稳压晶体管与发光二极管之间串联有电阻。

所述红外光源单元包括红外光源、切光板、马达。所述红外光源用于辐射出红外线，所述切光板用于将红外线切换成脉冲光源，所述马达固定在切光板上并带动切光板转动。

所述红外传感器单元包括测量室、检测器。所述测量室包括进气口、排气口，所述进气口与所述排气口分别位于所述测量器的两端。所述检测器，包括前吸收室、后吸收室、微流量传感器，所述前吸收室与后吸收室通过毛细孔贯通，所述微流量传感器放置于于所述毛细孔中，所述的微流量传感器为热温差型微流量传感器。

所述渗透干燥器单元还包括泵，所述泵用于将湿参比气抽入渗透干燥器。

所述的动态参比的非分散红外气体分析仪，还包括单片机，所述单片机用于控制所述第一电磁阀与第二电磁阀，以及处理所述红外传感器单元产生的电信号。

以上非分散红外气体分析仪，还包括电源、显示单元。所述电源用于为所述单片机供电，所述显示单元用于显示所述单片机处理电信号后得到的样气中待测气体的浓度。

本发明提供一种利用以上所述的动态参比的非分散红外气体分析仪测量气体浓度的方法，其包括以下步骤：

a.取光：由红外光源发射红外光；

b.光吸收：红外光交替通过参比气、样气，其中样气吸收红外光而参比气不吸收红外光；

c.光能检测：检测通过参比气后的红外光产生的电信号，并检测通过样气后的红外光产生的电信号；根据所述两个电信号的关系，由比尔定律得出样气中待测气体的浓度。

还可以包括以下步骤，

d.参比气除湿：将参比气从湿参比气入口注入并从干燥参比气出口排出；同时将干燥气从干燥反吹气入口注入并从湿反吹气出口排出，以此除去参比气中的水蒸气，然后将参比气交替输入到所述红外传感器单元。

3、取得的技术效果：

本发明通过对样气和参比气的实时切换，能够对零点进行快速补偿，实现精确测量通过参比气与样气后的红外光的所产生的电信号，进而根据比尔定律准确得出样气中待测气体的浓度。

另外，通过渗透除湿装置除去参比气中的水蒸汽，渗透除水之后，水汽的含量大约在0.03％左右，不会通过参比气后的红外光所产生的电信号的测量结果造成干扰。

通过以上设计，实现对对样气中污染气体浓度进行精确测量。

附图说明

图1为本发明的结构简图。

图2为本发明的传感器单元结构简图。

图3为本发明的电磁阀控制电路。

图4为本发明的渗透除湿示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，所属技术领域中具有通常知识者可进行各种变更及置换，且所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

见图1，本实施例中的非分散红外气体分析仪的组成结构包括红外光源单元、红外传感器单元、切换单元、渗透干燥器单元、单片机、显示单元，各部分的内部结构及运作原理如下所述。

a.红外光源单元

所述红外光源单元用于提供一定频率的红外线并传送至红外传感器单元，所述红外光源单元包括红外光源s、切光板q、马达m。所述红外光源s用于辐射红外线，所述切光板q随着马达m转动并将红外光切换成脉冲光然后送至红外传感器单元，所述马达m固定于切光板q上并带动切光板q转动。

b.红外传感器单元

所述红外传感器单元用于检测对应于未被吸收红外线的光能i0、被吸收后的光能i。

见图2，所述红外传感器单元包括测量室c,所述测量室c用于交替输入样气或参比气。所述测量室c包括进气口1、排气口2，所述进气口1作为样气或参比气的输入口，所述排气口2作为将样气或参比气的排出口。

所述红外传感器单元还包括检测器j，所述检测器j包括前吸收室j1、后吸收室j2、微流量传感器r。所述前吸收室j1用于吸收红外线的中心部分，所述后吸收室j2用于吸收红外线的边缘部分。所述前吸收室j1与后吸收室j2通过毛细孔贯通，毛细孔用于保持前、后吸收室内气体的动态平衡。所述微流量传感器r放置于所述毛细孔中，用于测量被样气吸收后的红外光产生的电信号、未被参比气吸收的红外光产生的电信号。

c.切换单元

所述切换单元包括第一切换阀sv1、第二切换阀sv2，两者均包括控制电路与电磁阀，控制电路在在单片机控制下使电磁阀的相应口打开或关断，对是否将样气输入测量室进行控制，所示控制电路见图3。

所述控制电路由稳压晶体管l1、发光二极管l2、普通二极管l3、切换控制信号输入点i1、切换控制信号输出点i2构成。所述稳压晶体管l1的基极连接所述发光二极管l2的阳极,所述稳压晶体管l1的集电极连接所述普通二极管l3的阳极，所述切换控制信号输入点i1位于所述稳压晶体管l1与所述发光二极管l2之间，所述切换控制信号输出点i2位于所述稳压晶体管l1与所述普通二极管l3之间，所述稳压晶体管与发光二极管之间串联有电阻。

单片机通过切换阀sv1、sv2中的控制电路，对两个电磁阀进行切换控制，详述如下。

当单片机通过第一控制阀sv1的控制信号输入点i1，给第一切换阀sv1发送第一信号时，第一切换阀sv1的o1口打开，样气由o1端输入测量室c的进气口1。

同时，单片机通过第二电磁阀sv2的控制信号输入点i1,给第二切换阀sv2发送第二信号，第二切换阀sv2的o2打开，从而使参比气由第二切换阀的o2端排到大气中，由此实现将样气通过第一切换阀sv1通入测量室c中，而通过第二切换阀sv2将参比气排入大气中。

同理，也可以通过第一切换阀sv1将样气通过第一切换阀的n1端进而排入到大气中，同时通过第二切换阀sv2将参比气从第二切换阀的n2端通入测量室c中。

通过单片机设定发送控制信号的间隔，对参比气与样气切换一次，然后将切换后得到的样气体或参比气输入到测量室c中。由于样气与参比气交替输入测量室c，从测量室c辐射出的光能交替变化的红外线，会使微流量传感器r产生交替变化的两电信号。在两个电信号对应的数据稳定后，分别记录两个电信号对应的数据，根据两数据间的关系，由比尔定律运算得出样气中待测气体的浓度，从而实现零点快速补偿，克服温度对微流传感器的影响。

d.渗透干燥器单元

本单元用于对参比气进行除湿，包括泵b，将湿参比气抽入到渗透干燥器g。还包括渗透干燥器g，其包括湿参比气入口3，湿参比气从此进入渗透干燥器；干燥参比气出口4，干燥后的参比气从此排除干燥器；干燥反吹气入口5，干燥反吹气从此进入渗透干燥器；湿反吹气出口6，湿反吹气从此排除渗透干燥器。

除湿过程示意图见图4。渗透干燥器g采用渗透管的干燥原理，除湿驱动力是管内外的湿度差。只要管内外湿度差存在，水蒸气的迁移就始终进行，因此需要干燥、洁净、连续的反吹气(空气或氮气)在渗透管的另一侧反吹，渗透管以此对参比气进行干燥。

e.单片机

单片机用于控制第一切换阀sv1与第二切换阀sv2，使样气或参比气交替输入测量室c。

单片机还用于处理微流传感器r产生的电信号,其包括前置放大电路，将微流量传感器产生的电信号进行放大；a/d转换器，将放大后的信号转换成数字信号；数据运算器，对数字信号进行运算，得出样气中待测气体的浓度。

f.显示单元

所述显示单元将样气中待测气体的浓度值显示于屏幕。

本发明通过第一切换阀、第二切换阀将参比气和样气切换、交替输入到红外传感器单元中，以此实现传感器的零点快速补偿，从而精确测量。

另外，通过渗透除湿的方式对参比气进行除水之后，水汽含量大约在0.03％左右，不会对通过参比气后的红外光产生的电信号的测量结果造成干扰。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的保护范围。