氣體分析儀:測量氣體成分的流程分析儀表-中文百科頻道

原理

主要利用氣體傳感器來檢測環境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來檢測氣體的成份和含量的傳感器。一般認為，氣體傳感器的定義是以檢測目标為分類基礎的，也就是說，凡是用于檢測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，還是用化學方法。比如，檢測氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時使用大體一緻的檢測原理。

種類

熱導式

一種物理類的氣體分析儀表。它根據不同氣體具有不同熱傳導能力的原理，通過測定混合氣體導熱系數來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠,适用的氣體種類較多,是一種基本的分析儀表。但直接測量氣體的導熱系數比較困難，所以實際上常把氣體導熱系數的變化轉換為電阻的變化，再用電橋來測定。

熱導式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數大,所以靈敏度高,時間滞後小。在鉑線圈上燒結珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在内電阻、發熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結對氣體無反應的材料作為補償用元件。這兩種元件作為兩臂構成電橋電路，即是測量回路。半導體金屬氧化物敏感元件吸附被測氣體時，電導率和熱導率即發生變化，元件的散熱狀态也随之變化。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，據此可檢測氣體的濃度。

熱導式氣體分析儀的應用範圍很廣，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器用以分析其他成分。

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别高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體），在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受後面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成“熱磁對流”或“磁風”現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。

由于熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現溫度梯度，即進氣側橋臂的溫度低于出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋将随着氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。熱磁式氧分析儀具有結構簡單、便于制造和調整等優點。

電化學式

一種化學類的氣體分析儀表。它根據化學反應所引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。為了提高選擇性，防止測量電極表面沾污和保持電解液性能，一般采用隔膜結構。

常用的電化學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，被測氣體在電極表面就産生電解作用，隻要測量加在電極上的電位，即可确定被測氣體特有的電解電位，從而使儀表具有選擇識别被測氣體的能力。伽伐尼電池式分析儀是将透過隔膜而擴散到電解液中的被測氣體電解，測量所形成的電解電流，就能确定被測氣體的濃度。通過選擇不同的電極材料和電解液來改變電極表面的内部電壓從而實現對具有不同電解電位的氣體的選擇性。

紅外線吸收式

根據不同組分氣體對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。測量這種吸收光譜可判别出氣體的種類；測量吸收強度可确定被測氣體的濃度。紅外線分析儀的使用範圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反應迅速,能在線連續指示,也可組成調節系統。工業上常用的紅外線氣體分析儀的檢測部分由兩個并列的結構相同的光學系統組成。

一個是測量室，一個是參比室。兩室通過切光闆以一定周期同時或交替開閉光路。在測量室中導入被測氣體後，具有被測氣體特有波長的光被吸收，從而使透過測量室這一光路而進入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進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，進入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測氣體濃度越高，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。

這個光通量差值是以一定周期振動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，室内封有濃度較大的被測組分氣體，在吸收波長範圍内能将射入的紅外線全部吸收，從而使脈動的光通量變為溫度的周期變化，再可根據氣态方程使溫度的變化轉換為壓力的變化，然後用電容式傳感器來檢測，經過放大處理後指示出被測氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測紅外線的量子式紅外線傳感器，并采用紅外幹涉濾光片進行波長選擇和配以可調激光器作光源，形成一種嶄新的全固體式紅外氣體分析儀。

這種分析儀隻用一個光源、一個測量室、一個紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測量。此外，若采用裝有多個不同波長的濾光盤，則能同時分别測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，在工業上也用得較多。

非分散紅外分析

非分散紅外分析同時采用窄帶濾光片和氣體過濾相關法兩種非色散光譜分析技術結合，适合于氣體不同的測量範圍要求。

過濾相關法能夠測量低量程氣體并有效避免交叉幹擾，這種獨特技術能消除弱吸收氣體如CO和高吸收氣體CO2交叉幹擾。

熱源發出的紅外光被旋轉過濾器過濾，導緻系列脈沖信号直接通過包含樣本氣體的單元，當過濾器輪旋轉時固态檢測器反映出信号變化并将信号放大輸出以及顯示。