TDLAS检测原理
LasIR R系列激光光谱分析仪是基于TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)可调式半导体激光器吸收光谱技术,通过电流和温度调谐半导体激光器的输出波长,扫描被测物质的某一条吸收谱线,通过检测吸收光谱的吸收强度获得被测物质的浓度。
TDLAS检测的是激光穿过被测气体通道上的分子数,获得的气体浓度是整个通道的平均浓度。TDLAS的气体浓度定量计算是以Beer-Lambert定律为基础,Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测物质之间的关系,当一束频率为V的光束穿过吸收物质后,在光束穿过被测气体的光强变化为:
I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]
I(v): 光束穿过被测气体的透射光强度
I0(v): 入射光强度
σ(v): 被测气体分子吸收截面
C: 被测气体的浓度
L: 光程
因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。 值得注意的是σ (v)吸收截面是分子吸收线强S(V)和分子吸收线形φ(V)的乘积,吸收线强S(V)受到气体温度的影响,吸收线形φ(V)收到压力展宽的影响,因此在实际检测中,TDLAS分析仪需输入温度和压力值进行补偿,如果过程气体的温度和压力变化比较大,还需要通过接入温度和压力传感器实时进行温度压力补偿。
温室气体的监测包括
对全球范围内几种主要的温室气体
也就是上面被点到名的几位
进行连续、长期监测以取得其背景值
以及对局部地区温室气体的监测
先说背景值的监测方法
为了取得温室气体的本底值
可以在现场装备测定仪器
通过安装在塔里的采样管
把大气引导到室内
进行连续测定的直接测定法
比如建立10~20m高的铁塔
安装气象测定器与采气管
采气时是用一根粗聚乙烯管
用压缩式真空泵等大容量泵高速抽气
从该气流中采集一部分气体来分析
对易分解的气体应从较低高度
通过聚四氟乙烯等惰性导管采气
也可以把大气样品
采集在一个容器(烧瓶)中
将容器带回实验室
进行分析的采样测定法
在地面上进行容器采样时
采样点条件与地面监测站相同
可以利用的工具包括飞机
远洋航行的船舶,甚至气球
还可以在货船上搭载测定仪器
一边移动一边进行连续测定的方法
使对温室气体的监测实现了可移动性
因而有可能连续地求得其空间分布
PDD(pulsed discharge detector)是1992年以后才研发并逐渐应用的一种氦光离子化检测器,也是采用氦作为放电气或激发能源的。
当用纯氮作载气和放电气体时,它具通用型检测器功能,像氦离子化检测器(HID)一样,既能灵敏检测无机气体,如H2、O2、CO、CO2等,又能灵敏检测有机化合物,如烃、含杂原子(氧、硫、卤素)化合物、农药、金属配合物等,称PDHID,线性范围是106,。
检测原理的核心部件是传感器,按传感器划分有催化燃烧式传感器,电化学传感器,半导体传感器,红外传感器和光离子传感器.
催化燃烧式传感器属于高温传感器,其工作原理是气敏材料(如Pt电热丝等)在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧,电热丝由于燃烧而升温,从而使其电阻值发生变化。
电化学传感器属于精密型传感器,电化传感器通过与目标气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成。
半导体传感器属于广谱型传感器,其工作原理是金属氧化物半导体的表面在吸收气体后,电阻发生变化。
光离子化PID传感器使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物分子电离成可被检测到的正负离子(离子化),然后用电子学的方法检测这些离子的多少从而判断被测气体的浓度。
PID传感器能够检测极低浓度挥发性有机化合物(VOCs)和其它有毒气体,尤其是对VOCs的灵敏检测使其在应急事故检测中具有无可替代的作用。
那么当面临PID传感器的选择时,我们需要关注哪些关键指标呢?
01
紫外灯能量
理论上,所有的化学物质都能被离子化,但是它们被电离所需要的能量是不同的。这种将化合物离子化的能量被称之为"电离电位"(IP),它以电子伏特(eV)为计量单位。由UV灯发出的能量也以eV为单位。如果被测气体的“电离电位”IP低于灯的输出能量,这种气体就可以被离子化,即可被检测到。
当选择PID传感器时,通常会关注紫外灯的输出能量,以此推断传感器能够电离的气体种类。常见的产品一般提供9.8eV、10.6eV、11.7eV3种选择;
02
检测量程
确定检测气体种类后,还需要对被测气体浓度进行判断,涉及到PID传感器的气体浓度检测量程,一般从几ppb到几万ppm的宽量程。
03
分辨率和灵敏度
分辨率是传感器在规定测量范围内所能检测出的被测量的最小变化量,PID传感器灵敏度极高,能够做到ppb级,响应速度和灵敏度优势突出。
4R-PID技术指标
04
线性度
PID传感器具有良好的线性度,在大部分量程范围内呈现线性变化,炜盛科技4R-PID更是能够做到相关系数R^2>0.995。
05
响应时间T90
传感器遇到反应气体后,通过光电转换,输出电信号。T90指的就是传感器从读数0上升到环境中所测气体浓度的90%所需要的时间。(4R-PID可以达到T90≤5 s)
06
环境温湿度影响
传感器会受到温湿度的影响而输出值发生漂移,对产品使用造成影响,因此评估温湿度对传感器的影响是不可忽视的。4R-PID传感器受环境干扰小,误差不超过10%。
4R-PID湿度对传感器影响典型图
4R-PID是一款高性能光离子化PID传感器,具有高灵敏度、宽范围、广谱的特点,并且全量程可定制,可无差别替换进口品牌产品。它能够在不同应用领域对数千种挥发性有机化合物(VOCs) 及部分无机蒸气进行检测,可用于各类手持便携式、现场固定式仪器仪表,也可应用于多种类型的分析仪器,让VOCs监测更高效!
电化学一氧化碳气体传感器采用密闭结构设计,其结构是由电极、过滤器、透气膜、电解液、电极引出线(管脚)、壳体等部分组成。
一氧化碳气体传感器与报警器配套使用,是报警器中的核心检测元件,它是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时,其输出端产生电流输出,提供给报警器中的采样电路,起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时,气体传感器的输出电流也随之成正比变化,经报警器的中间电路转换放大输出,以驱动不同的执行装置,完成声、光和电等检测与报警功能,与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。
当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时,在工作电极的催化作用下,一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为:
CO+H2O→CO2+2H++2e-
在工作电极上发生氧化反应产生的H+离子和电子,通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上,与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为:
1/2O2+2H++2e-→H2O
因此,传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为:
2CO+2O2 →2CO2
这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着,并在电极间产生电位差。
但是由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化,这使得极间电位难以维持恒定,因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。
为了维持极间电位的恒定,我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中,其输出端所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应,因此它可以使极间的电位维持恒定(即恒电位),此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。当气体传感器产生输出电流时,其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小,便可检测出一氧化碳的浓度,并且有很宽的线性测量范围。这样,在气体传感器上外接信号采集电路和相应的转换和输出电路,就能够对一氧化碳气体实现检测和监控。
一般来讲现在大多数气体检测使用电化学传感器比较多,比如检测二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧这些气体,一般用的都是电化学传感器。电化学传感器的特点是操作简单容易上手,价格低廉买得起,精度和响应时间也挺不错,不过受环境的影响要比较大一些。PM2.5一般用的就是激光,VOCs用PID或者FID。
电化学传感器工作原理简单,与被测气体发生反应,利用产生的电流强度与浓度在一定范围内成正比的关系来确定气体浓度;PM2.5用的是激光散射技术,通过激光的散射,确定空气中颗粒物浓度;VOC的稍显高端一些,PID,FID都有,FID虽然精度很高,但是成本也随之有点高,一般用的都是PID,PID其实就是光离子化检测器,利用紫外光能量把气体分子离子化,产生电流,电流放大并且处理之后,可以根据电流强度来测定气体浓度。
可燃气99%是催化燃烧原理,有些有机挥发的气体用红外,半导体的基本淘汰了
催化燃烧原理简单说就是个电路,热敏电阻上有催化剂,可燃气体通过会被催化燃烧,导致温度变化,导致电阻变化,最终通过检测电流值实现检测其浓度值
可燃性气体检测仪检测部分的原理是仪器的传感器采用检测元件与固定电阻和调零电位器构成检测桥路。
桥路以铂丝为载体催化元件,通电后铂丝温度上升至工作温度,空气以自然扩散方式或其它方式到达元件表面。
当空气中无可燃性气体时,桥路输出为零,当空气中含有可燃性气体并扩散到检测元件上时,由于催化作用产生无焰燃烧,使检测元件温度升高,铂丝电阻增大,使桥路失去平衡,从而有一电压信号输出,这个电压的大小与可燃性气体浓度成正比,信号经放大,模数转换,通过液体显示器显示出可燃性气体的浓度。
探测部分的原理是当被测可燃性气体浓度超过限定值时,经过放大的桥路输出电压与电路探测设定电压,通过电压比较器,方波发生器输出一组方波信号,控制声,光探测电路,蜂鸣器发生连续声音,发光二极管闪亮,发出探测信号。
车辆尾气检测在现代社会中扮演着关键的角色,它能帮助我们评估车辆的污染程度,确保我们的环境和健康得到有效的保护。其中一个关键的组成部分就是尾气检测标准气体。在本文中,我们将探讨车辆尾气检测标准气体的重要性以及它在车辆尾气检测中的作用。
车辆尾气检测标准气体是用于车辆尾气检测的参考气体,它们代表着特定污染物在特定条件下的浓度水平。这些标准气体通常由环保部门或标准化组织制定,并且被广泛应用于车辆尾气检测中。
车辆尾气检测标准气体的作用是为检测仪器提供一个可比对的标准,以确保检测结果的准确性和一致性。它们通常包括一系列的气体成分,如氮氧化物、一氧化碳、氧气等等。这些标准气体的浓度水平经过严格的科学研究和实验验证,以确保其能够准确反映车辆尾气中的污染物含量。
车辆尾气检测标准气体的重要性体现在以下几个方面:
车辆尾气检测标准气体的应用涵盖了各个层面的车辆尾气监测和污染控制。
在车辆制造和销售环节,标准气体被用于评估新车辆的排放性能。通过对新车辆进行尾气检测,可以确保新车辆在出厂时符合相关的环保标准和法规要求,减少新车辆对环境的污染。
在车辆运行阶段,标准气体被用于定期的车辆尾气检测。车辆所有者需要定期将车辆送到指定的检测机构进行尾气检测,以评估车辆的排放性能是否满足相关的标准和法规要求。标准气体与车辆尾气进行比对,可以帮助判定车辆是否需要进行维修或调整,以减少其对环境的污染。
此外,车辆尾气检测标准气体的应用还涉及到环境监测和污染控制等方面。它们被用于评估城市或特定区域内车辆尾气的整体污染状况,从而制定相应的环境保护措施和政策。
车辆尾气检测标准气体在车辆尾气检测中具有重要的地位和作用。它们能够为车辆尾气检测结果提供可比对的标准,确保检测结果的准确性和一致性。车辆尾气检测标准气体的应用涵盖了车辆制造、车辆运行和环境监测等多个方面,对于保护环境和人们的健康具有重要意义。
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