红外线气体分析
GXH-3010 3011AE 便携式红外线气体分析器 使用说明书
GXH—3010/3011AE型便携式红外线气体分析器使用说明书目录一、概述 (1)二、工作原理 (1)三、主要技术数据 (3)四、成套性 (4)五、仪器结构 (4)六、仪器的启动与操作 (5)七、维护方法 (7)八、故障及排除 (7)九、关于打印机及数据处理(选用） (8)十、运输与保管 (8)十一、制造厂的保证 (8)十二、技术支持 (8)感谢各位用户使用本仪器，为了能正确使用仪器，在使用前请仔细阅读本使用说明书。
一、概述GXH—3010/3011AE型便携式红外线气体分析器，是基于NDIR （Non-Dispersive Infra-Red）原理，即不分光红外线（也有文献翻译为非色散红外线）原理而设计制作的红外线气体分析器，其工作原理是被测气体对红外线的选择性吸收，是为环境监测、环境保护、人防系统、卫生监督及疾控中心研制的小型测量仪器。
该仪器能快速、准确地对环境中一氧化碳、二氧化碳浓度进行检测。
仪器的CO部分技术指标与GXH—3010A型便携式红外线气体分析器相同，CO2部分技术指标与GXH—3011E型便携式红外线气体分析器相同，并且可以选购小瓶标气进行标定。
仪器带有数字接口，可以根据需要选购专用微型打印机或专用数据处理软件（注：软件能在计算机上显示双路曲线，最大、最小、当前、平均值等并能保存、计算和打印）。
将几种相关参数的的仪器合在一起是当前分析仪器发展的一种趋势。
特别是在疾病控制领域，由于公共场所CO与CO2浓度是呈相关性的，所以同时测量出两种气体的浓度并直观看出其相互关系至关重要。
虽然德国、日本、美国等厂家也有便携式多参数分析仪器，但CO部分均为电化学传感器，寿命短选择性差，有些仪器CO2部分是用热导式，不符合疾病控制部门的要求。
而我公司生产的GXH—3010/3011AE型便携式红外气体分析器CO与CO2部分全部是红外传感器，而且CO能达到0.1×10-6的分辨率，这在世界上是独一无二的。
红外分析仪构成、原理
1红外分析仪构成1.1红外线气体分析仪红外线气体分析仪是基于红外检测原理，属于光学分析仪器中的一种。
它是利用不同气体对不同波长的红外线具有特殊的吸收能力来实现气体的组分检测的。
红外线式气体检测主要利用了气体对红外线的波长有选择的可吸收型和热效应两个特点。
红外线气体分析器是一种吸收式的、不分光型的气休分析器。
所谓吸收式即利用气体对电磁波的吸收特性。
不分光型也称为非色散型，即光源发射出连续光谱的射线，全部投射到被分析的气样上去。
利用气体的特征吸收波长及其积分特性进行定性和定量的分析，大部分的有机和无机气体在红外波段内都有其特征吸收峰。
有的气体还有两个或多个特证吸收峰。
具有对称结构的、无极性的双原子分子气体，如O2、H2等，以及单原子分子气体，例如Ar等，在红外线彼段内没有特征吸收峰。
因此红外线气体分析仪对这种双原子和单原子分子气体不能进行分析测量，每一台红外线气体分析器只能分析一种气体，例如一台CO2红外线气体分析器，它可以从一个多组分的混合气体中分析出CO2的体积百分比浓度，如果背景气体中的某一组分在红外线波段内有与CO2的特征吸收峰重迭的部分。
那么我们称这种背景气体为干扰组分，因此在气样进人红外线气体分析仪之前要把这种干拢组分去除掉。
水蒸汽在2.6-10µm这个很宽的波段范圈内有吸收的特性。
因此水蒸汽对红外线气体分析器来讲是一种重要的干扰组分，在分析之前都要对样气进行干燥处理，去除水分，这样才能保证测量的准确性。
红外线气体分析器的工作原理：用人工方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱的辐射源，让这个连续光谱通过固定厚度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同。
继而转换成的热量也不相同，在一个特制的红外检测器中再将热量转换成温度或压力，测量这个温度或压力就可以准确地测量出被分析气体的浓度，从朗伯特一比耳定律来看，I=I o e-kcl，就是要使红外线气体分析器辐射源的发射能量连续地通过一定厚度的被分析气样，也就是说使I o、K、L确定下来。
红外气体检测分析原理
红外气体检测分析原理红外气体检测原理与气体分析仪红外线气体分析仪，是利用红外线进行气体分析。
它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同．剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电号。
这样，就可间接测量出待分析组分浓度。
１．比尔定律红外线气体分析仪是根据比尔定律制成的。
假定被测气体为一个无限薄的平面．强度为k的红外线垂直穿透它，则能量衰减的量为：I=I0e-KCL(比尔定律)式中：I--被介质吸收的辐射强度；I0--红外线通过介质前的辐射强度；K--待分析组分对辐射波段的吸收系数；C--待分析组分的气体浓度；L--气室长度(赦测气体层的厚度)对于一台制造好了的红外线气体分析仪，其测量组分已定，即待分析组分对辐射波段的吸收系数k一定；红外光源已定，即红外线通过介质前的辐射强度I0一定；气室长度L一定。
从比尔定律可以看出：通过测量辐射能量的衰减I，就可确定待分析组分的浓度C了。
２．分析检测原理红外线气体分析仪由两个独立的光源分别产生两束红外线，该射线束分别经过调制器，成为5Hz的射线。
根据实际需要，射线可通过一滤光镜减少背景气体中其它吸收红外线的气体组分的干扰。
红外线穿过两个气室，一个是充满连续流动的待测气体的测量室，另一个是充满不吸收背景气体的参考室。
工作时，测量室内待测气体浓度变化时，吸收的红外光量相应变化，而参考光束(参考室光束)的光量不变。
来自两个腔室的光量差通过探测器，使探测器产生压力差，成为电容探测器的电号。
该号经号调理电路放大后，送至主控制器的显示器和crt显示器。
输出号的大小与被测成分的浓度成正比。
我们所用的检测器是薄膜微音器。
接收室内充以样气中的待测组分，两个接收室中间用一个薄的金属膜隔开，在两测压力不同时膜片可以变形产生位移，膜片的一侧放一个固定的圆盘型电极。
可动膜片与固定电极构成了一个电容变进器的两极。
整个结构保持严格的密封，两接收气室内的气体为动片薄膜隔开，但在结构上安置一个大小为百分之几毫米的小孔，以使两边的气体静态平衡。
红外线气体分析仪的工作原理
红外线气体分析仪的工作原理在现阶段红外线气体分析仪在化工生产中使用已经十分广泛，组分控制的能力直接关系到化工生产的低能耗及高品质产品的关键因素。
如何确保红外线分析仪在生产中做到稳定、迅速、反映工艺数据是目前仪表维护人员需要提高的重要技术。
本文主要对红外分析仪的工作原理进行了剖析。
红外线气体分析仪是利用红外线进行气体分析。
它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同.剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号。
这样，就可间接测量出待分析组分的浓度。
1.比尔定律红外线气体分析仪是根据比尔定律制成的。
假定被测气体为一个无限薄的平面.强度为k的红外线垂直穿透它，则能量衰减的量为：I=I0e-KCL(比尔定律) 式中：I--被介质吸收的辐射强度;I0--红外线通过介质前的辐射强度;K--待分析组分对辐射波段的吸收系数;C--待分析组分的气体浓度;L--气室长度(赦测气体层的厚度)对于一台制造好了的红外线气体分析仪，其测量组分已定，即待分析组分对辐射波段的吸收系数k一定;红外光源已定，即红外线通过介质前的辐射强度I0一定;气室长度L一定。
从比尔定律可以看出：通过测量辐射能量的衰减I，就可确定待分析组分的浓度C了。
2.分析检测原理红外线气体分析仪由两个独立的光源分别产生两束红外线该射线束分别经过调制器，成为5Hz的射线。
根据实际需要，射线可通过一滤光镜减少背景气体中其它吸收红外线的气体组分的干扰。
红外线通过两个气室，一个是充以不断流过的被测气体的测量室，另一个是充以无吸收性质的背景气体的参比室。
工作时，当测量室内被测气体浓度变化时，吸收的红外线光量发生相应的变化，而基准光束(参比室光束)的光量不发生变化。
从二室出来的光量差通过检测器，使检测器产生压力差，并变成电容检测器的电信号。
此信号经信号调节电路放大处理后，送往显示器以及总控的CRT显示。
该输出信号的大小与被渊组分浓度成比例。
红外线气体分析仪监测系统的应用及抗干扰措施
的采样式红外分析仪快20s 。
在传感器件与测量方法上的改进较少，而红外线气体分析仪智能化发展较为迅猛，使得仪器具备自动标定与补偿、自动识别图谱、实效预测和自动进行故障诊断等功能。
中国石化公司针对如何提高红外线气体分析仪的线性稳定性、重复性以及消除其零点漂移性进行了研究，结果表明调节气室长度，对该分析仪器量程进行改造，即将仪器原有0～100µL/L 的量程改为常量测量，与改造前相比，该仪器的稳定性、重复性以及零点均有所改善，因而该举措是行之有效的[4]。
2 红外线气体分析监测系统的应用长沙瑞控公司设计的JNYQ-I-44EX 隔爆型红外线气体分析仪，可实现单组份、双组份气体检测，且可以同时分析三种气体浓度，即两路红外测量和一路氧气测量。
该系统采用智能化数字处理技术实现气体浓度的分析，双气路与双通道的结构设计，有效提高了仪器的稳定性。
并且采用大气压力补偿，可降低环境大气压力变化对仪器测量的影响，电流环输出和开关量输出相互隔离，消除了外界各种干扰对仪器测量的影响，可用于工业流程和科学实验室中在线分析CO 、CO 2、CH 4、SO 2和NO 等气体浓度监测，具有自动化程度高、功能强、操作简便、灵敏度高、稳定性好、数字通信等特点[5-7]。
James 将非分散红外气体分析仪应用于微电子气相沉积过程中，金属烷基酰胺前驱体的测量。
利用非色散红外分析仪可测量气相沉积过程中金属前驱体戊基(二甲基胺)的分压，通过建立二甲基胺吸光度的函数，校准非色散红外分析仪的光学响应密度，并在流动试验中除去的物质质量之间的差异与流量，如重力测量和光学测定，在以上条件下可以检测到二甲基胺[8]。
植物表面附着的微藻与生物膜系统可以降低生物质回收的成本，是解决CO 2问题的一种具有潜力的方法[5]。
通过红外气体分析监测系统能够精确测量藻类生物膜上的CO 2固定能力，优化单细胞微藻的光合作用。
通过考虑样品气体与参比气体之间水蒸气浓度的差异，对气体分析仪进行了校正。
红外气体分析测试技术
红外光谱技术
检测烟气的方法主要有化学法、电化学法、气相 色谱法等，这些方法普遍存在着价格贵、普适性差 等问题，且测量精度还较低。经典的烟气成分分析 方法都有一定的局限性。用红外吸收法测定烟气中 成分浓度的方法就弥补了这些缺点，红外吸收法测 定气体浓度具有测量范围宽、灵敏度高、准确性高 、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点。
简单的双原子分子只有一种键，那就是伸缩。更复杂 的分子可能会有许多键，并且振动可能会共轭出现，导致 某种特征频率的红外吸收可以和化学组联系起来
红外光谱又称分子振动转动光谱。当样品收到频率 连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射， 产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应 于这些吸收区域的透射光或反射光强度减弱。记录红外光 的百分透射或反射比与波数或波长关系的曲线，就得到红 外光谱，红外光谱法不仅能够进行定性和定量分析，并且 从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构
靠,适用的气体种类较多,是一种基本的分析仪表。但
直接测量气体的导热系数比较困难，所以实际上常把
气体导热系数的变化转换为电阻的变化，再用电桥来
测定。
JRD-1010型热导式氢分析器
烟气分析测试技术
优点：热导式分析仪器是一种结构简单、性能稳定、价廉 、技术上较为成熟。适用的气体种类较多，是一种基本的分 析仪表
烟气分析测试技术
• 由于被分析气体的千差万别和分析原理的多 种多样，气体分析仪的种类繁多。常用的有：
1.热导式气体分析仪
红外线分析仪的工作原理
红外线分析仪的工作原理参考资料：中国环保网（/news/details12018.htm ）红外线分析仪简介气体工业名词术语。
大多数气体分子的振动和转动光谱都在红外波段。
当入射红外辐射的频率与分子的振动转动特征频率相同时，红外辐射就会被气体分子所吸收，引起辐射强度的衰减。
利用这种气体分子对红外辐射吸收的原理而制成的红外气体分析仪，具有测量精度高，速度快以及能连续测定等特点，在钢铁，石油化工，化肥，机械等工业部门，红外气体分析仪是生产流程控制的重要监测手段；在环境污染成分检测和医学生理研究等方面也都有许多成功的应用。
红外线分析仪的工作原理基于某些气体对红外线的选择性吸收。
红外线分析仪常用的红外线波长为2~12µm。
简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度。
本项目中采用的是ABBAO2000系列仪表，配以URAR26红外模块。
朗伯—比尔定律——其物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。
这就是红外线气体分析仪的测量依据。
红外线便携式分析仪器，是基于某些气体对红外线的选择性吸收原理而制成的，该原理的便携式分析仪器是目前在国内市场上是最为精确，数字显示、操作简单，低返修率的一款仪器。
已经受到国内外众多用户的普遍欢迎。
红外线分析仪的用途卫生防疫部门、环境检测站等部门，对宾馆、商店、影剧院、舞厅、医院、车厢、船舱等公共场合的各种气体浓度的测定。
也可用于实验室分析。
根据用户的不同需求，该原理仪器主要用于测量CO2、CO，CH4、SO2等气体浓度。
红外线分析仪的技术参数1.测量范围：CO2最低：0-50ppm,最高：0-100% CO 最低：0-50ppm,最高：0-100%（其他用户需求自定）2.零点漂移：≤±2%F.S/4h 量程漂移：≤±2%F.S/4h3.线性度：≤±2%F.S4.重复性：≤±1%5.预热时间：15min红外线气体分析仪一般由气路和电路两部分组成，它的气路和电路的联系部件也是核心部分是发送器，发送器是红外分析仪的“心脏”部分，它将被测组分浓度的变化转为某种电参数的变化，并通过相应的电路转换成电压或电流输出。
红外线气体分析仪器特点
红外线气体分析仪器特点
红外线气体分析仪器是基于被测介质对红外光有选择性吸收而建立的一种分析方法，属于分子吸收光谱分析法。
使红外线通过装在一低昂长度的容器内的被测气体，然后通过测定通过气体的红外线辐射轻度来测量被测气体浓度。
红外线气体分析仪器除了单原子气体（如He、Ne、Ar、Kr、xe等）和双原子气体的同核、分子（如N2、O2、H2、C12等）不能分析外，其他具有偶极矩的气体分子都可以分析。
红外线气体分析仪器特点：
（1）灵敏度高，它能够分析的气体的上限浓度为100％，下限可达到ppm级的浓度，甚至可达到ppb级
（2）精度高，一船通用型红外线气体分析器都可达到二级精度，有一些专用特制的还可以达到一级精度
（3）有良好的选择性，红外线气体分析器只对待测组分的浓度变化有反应，而干扰组分不管其浓度如何变化都对分析精度的影响不到而且操作简单维护方便（4）能连续分析并自动控制，它是属于连续进样、连续分析和连续显示的工业自动化仪表，能够长期连续不断地监视或控制工业流程中任何瞬间气体浓度的变化
1。
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进行定性分析、鉴定其中含有哪一种物质组分的理想 仪器，而且还可以进行定量分析，确定各种组分在混 合物中的百分含量。
朗伯特-比耳定律 光的吸收定律
单色平行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律
I I 0e
kcl
式中：I ——透射红外辐射的强度
被测气体的浓度不要太高。
若浓度太高，红外线中某一波长的能量在检测气室窗口镜片附近 就会全部被吸收，而不能深入到检测气室的下层，此时局部温度 虽然相对高些，但窗口向四周的对流换热和检测气室壁的传导换 热损失会加大，检测器的灵敏度就会下降。 检测气室的密封极为重要 检测气室动片和定片之间必须保持很高的绝缘性，因此对封入的 气体要进行深度的干燥。 检测器使用一段时间后，灵敏度会下降，可经过重新充气，方可 继续使用。
光强度为I0 的单色平行光通过均匀介质后，剩余光强
度的大小随着介质浓度c和光程l按指数规律衰减。
吸收系数k的大小取决于介质的特性，不同介质有不同
的k值，而一种介质的k值又会随着光的波长值而变化。 因此，对于不同的介质或不同波长的光，吸收的光强 也是不同的。
贝尔定律关系曲线
I
0 C 贝尔定律确定的I——C关系曲线
理气体介质、煤炭及焦炭生产过程等工业生产过程中。 测定水中微量油分，医学中肺功能的测定，并可在水果、 粮食的储藏和保管等农业生产中应用。 End the 8.4
红外线气体分析仪的工作原理
用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内
的连续光谱辐射源，让这个光谱通过固定长度的含有被测 气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓 度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换 成的热量也不同。
在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成温度或压力，
（3）检测器
1－窗口的光学玻璃， 2－壳体， 3－薄膜，其下部带有 电容传感器的动片， 4－电容传感器的定片 5－绝缘体 6－支架 7和8 －两个气室 9－后盖 10－密封垫圈
检测器工作工程
检测器两气室所充的气体就是需要测量的气体，一般用中性 气体氮气（N2）或氩气（Ar）与被测气体制成一定浓度的 混合气体充入检测室中。
（3）检测器
（1）光源和调制器
光源的任务：产生具有一定调制频率（2~12HZ）、两束能
量相等且稳定的平行红外光束
1-反光镜；2-光源；3-切光片；4-同步电机
（2）气室和滤光器
气室包括测量气室、参比气室和滤光气室。结构圆筒形，除测量
气室有气样进出口之外，参比气室和过滤气室都是密封的，所有 气室内壁非常光洁，要求不吸收红外线，不能吸附气体，对气体 不起任何化学作用。测量气室长度与浓度成反比。 滤光气室封入一定浓度的干扰组分，它的长度由封入干扰组分的 浓度决定，有的分析仪不采用滤光气室，而用滤光片将干扰组分 特征吸收波长全部滤去，这种结构较简单。 气室两端用透光材料密封，它既保证气室的密封性，又具有良好 的透光性，并且因各种透光材料允许透过光波长的不同，又起到 了滤光作用，常用的透光材料有蓝宝石（Al2O3）、氟化度。
5.4.2 红外线气体分析仪结构
工业红外线气体分析仪主要用于测量混合气体中某 种组分的浓度，它的种类很多。 从物理特性上可分：分光式及非分光式； 从测量方法上可分：直读式和补偿式； 从光学结构上可分：单光束及双光束。 非分光直读式双光束红外线分析仪优点： 灵敏度高、响应速度快、结构简单，并且可以测量 微量和常量等，在生产中广泛应用。
三组分红外气体分析仪
5.4.3 红外线分析仪的应用
优点：选择性好，灵敏度高，测量范围广，精度较 高，常量为1~2.5级，低浓度（ppm）为2~5级，响 应速度快。 能吸收红外线的CO、CO2、CH4、SO2等气体、液 体都可以进行分析。 应用：
大气检测、大气污染、燃烧过程、石油及化工过程、热处
双光束直读式红外线气体分析仪
1. 双光束直读式红外线气体分析仪测量过程 2．双光束直读式红外线气体分析仪基本部件结构 （1）光源和调制器 （2）气室和滤光器 （3）检测器 3. 具有双层检测气室和光耦合器红外线气体分析仪 测量原理
1.气体分析仪测量过程
2．分析仪基本部件结构
（1）光源和调制器 （2）气室和滤光器
5.4 红外线气体分析仪
5.4.1 测量原理 5.4.2 红外线气体分析仪结构
5.4.3 红外线分析仪的应用
5.4.1 测量原理
根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具 有一定的吸收带，吸收带的强弱及所在的波长的 范围右分子本身的结构决定。只有当物质分子本 身固有的特定的震动和转动频率与红外光谱中某 一段波段的频率相一致时，分子才能吸收这一波 段的红外辐射能，将吸收到的红外辐射能转变成 分子震动动能和转动动能，使分子从较低的能级 跃迁到较高的能级。
I0——入射红外辐射的强度
K——是待测组分对波的红外辐射的吸收系数
C——待测组分的摩尔百分浓度 I——红外辐射穿透过的待测组分的长度
由上式可知，当红外辐射穿过待测组分的长度L和入
射红外辐射的强度I0一定时，由于K对某一种特定的待 测组分是常数，故透过的辐射强度I仅仅是待测组分摩 尔百分浓度C的单值函数。
实际上，每一种化合物的分子并不是对红外光谱内所
有波长的辐射或是任意的一种波长的辐射都具有吸收 能力，而是有选择性的吸收某一个或某一组特定波段 内的辐射。这个所谓的波段就是分子的特征吸收带。 气体分子的特征吸收带主要分布在1~25微米波长范围 内的红外区。特征吸收带对某一种分子是确定的，标 准的，如同“物质指纹”。通过对特征吸收带及其吸 收光谱的分析，可以鉴定识别分子的类型。