АзбукаКИП
Главная » Обнаружение газов » Приборы и технологии

Устройство и принцип действия оптических инфракрасных газоанализаторов

Большая часть горючих газов и паров является химическими соединениями, состоящие, в основном, из углерода, водорода, кислорода и иногда азота. Эти органические соединения называются углеводородами. Углеводороды обладают специфическим свойством поглощать инфракрасное излучение с определенной длиной волны. Это позволяет использовать оптические инфракрасные газоанализаторы для измерения концентрации углеводородных газов в воздухе.

Все газы, в том числе и не углеводороды, поглощают излучение в том или ином характерном для них спектральном диапазоне, некоторые даже в видимом диапазоне 0,4 - 0,8 мкм. Вот почему хлор зелено-желтый, бром и диоксид азота коричнево - красные, йод фиолетовый, и так далее. Однако газы приобретают различимый глазом цвет только при достижении достаточно высоких (и опасных для жизни человека) концентрациях.

Углеводороды поглощают излучение в определенном диапазоне длин волн, приблизительно от 3,3 до 3,5 мкм. При этом азот и кислород - основа окружающего нас воздуха - излучение с данными длинами волн не поглощают, поэтому именно эта длина волны используется в оптических инфракрасных газоанализаторах углеводородных газов.

Поглощение ИК-излучения

СН4 + часть энергии ИК-излучения сенсора = СН4 (возбужденный)

Таким образом, интенсивность инфракрасного излучения, проходящего через смесь, например, метана (пропана и т.п.) и воздуха, уменьшиться предсказуемым образом, причем величина этого ослабления зависит только от концентрации углеводородного газа. Уменьшение интенсивности ИК-излучения объясняется тем, то часть этого излучения поглощается молекулами углеводородного газа, которые, в результате поглощения энергии излучения, переходят в так называемое возбужденное состояние.

Воздух: инфракрасное излучение проходит без ослабления, интенсивность не уменьшается, выходной сигнал сенсора равен нулю.

Углеводородный газ: инфракрасное излучение при прохождении ослабевает, интенсивность уменьшается, выходной сигнал сенсора пропорционален текущей концентрации газа.

Данный фотометрический принцип сравнения величины ослабления ИК - излучения при прохождении через воздух и через углеводородный газ и лежит в основе работы инфракрасного измерительного прибора. Корреляция измеренного снижения интенсивности и концентрации газа в оптической системе выполняется в процессе калибровки: данная концентрация газа, впоследствии, всегда будет производить идентичное снижение интенсивности и, следовательно, одинаковый выходной измерительный сигнал сенсора.

оптика Polytron 2IR

Однако, величина ослабления инфракрасного излучения углеводородным газом очень мала, что усложняет задачу создания измерительной технологии. Тем более, что снижение интенсивности ИК - излучения может быть вызвано и другими причинами, например, загрязненной оптикой или уменьшением исходной интенсивности инфракрасного излучения в виду эффекта старения излучателя.

Источником излучения в инфракрасном сенсоре является прерывистый световой поток, например, от периодически включающейся низковольтной лампы накаливания HL1, имеющей высокий процент инфракрасного излучения в спектре излучаемых частот. Проходя через прозрачное для инфракрасного излучения окно (сапфировое стекло), это излучение расщепляется светоделителем на две части, одна из которых подается на измерительный детектор D1, а другая - на опорный детектор D2.

Схема Drager Polytron 2IR

Детекторы содержат герметизированные пироэлектрические кристаллы, преобразующие полученную лучистую энергию в выходное напряжение. При этом детекторы имеют разные оптические интерференционные фильтры: кристалл измерительного детектора принимает только излучение с длиной волны 3,4 мкм, а опорный детектор 4,0 мкм. Углеводородные газы не поглощают излучение с длиной волны 4,0 мкм, поэтому, если оба детектора обнаруживают снижение лучистой энергии, то это означает, что имеются проблемы с излучателем или загрязнена оптика газоанализатора.

Второй внутренний излучатель HL2 компенсирует температурный дрейф и старение детекторов или ламп. Оптические поверхности измерительной кюветы инфракрасных датчиков могут дополнительно подогреваться специальными нагревательными элементами для исключения запотевания оптики. Совмещение двух способов компенсации ослабления луча и подогрев оптики, как, например, это сделано в инфракрасном оптическом газоанализаторе Drager Polytron 2IR, обеспечивает максимальную стабильность и точность измерений горючих газов.

Опорный детектор обеспечивает, в определенных пределах, нечувствительность газоанализатора к загрязнению оптики и старению излучателя, и позволяет генерировать сигнал необходимости проведения технического обслуживания.

Измерительный сигнал обоих детекторов обрабатывается соответствующим образом и преобразуется в выходной сигнал 4 - 20 мА измерительной головки, пропорциональный текущей концентрации углеводородного газа.

Drager PIR 7000

Оптические инфракрасные газоанализаторы обнаружения горючих газов в сравнении с термокаталитическими сенсорами имеют следующие преимущества:

  • Нечувствительность к полимеризирующимся и коррозийным веществам и отравителям катализа;
  • Возможность обнаружения газов в бескислородной атмосфере и в атмосфере с низким содержанием кислорода;
  • Нечувствительность к водороду и дисульфиду углерода;
  • Повышенная отказоустойчивость;
  • Нечувствительность к скорости потока газа;
  • Лучшая долговременная стабильность показаний;
  • Возможность подменной (перекрестной) калибровки по газу заменителю для сложных целевых углеводородных газов.

К недостаткам оптических инфракрасных газоанализаторов можно отнести их более высокую стоимость и несколько большее время реакции, по сравнению с термокаталитическими сенсорами.

Рекомендуемые статьи
Выбор типа контроллера для системы обнаружения газов
Конфигурирование реле тревог контроллеров Drager
Классификация газоанализаторов
Категория: Приборы и технологии | Просмотров: 10665

Эксплуатируемые вами газоанализаторы применяются для контроля:
Всего ответов: 29
Присоединяйтесь
Youtube
Контакт