NDIR红外气体传感器的基本概述

一、NDIR红外气体传感器的基本概述

1.简介

NDIR红外气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。其主要由红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学传感器，主要用于测化合物，例如：CH4、CO2、N2O、CO、SO2、NH3、乙醇、苯等，并包含绝大多数有机物。

2.原理

由于各种物质分子内部结构的不同，就决定了它们对不同波长光线的选择吸收，即物质只能吸收一定波长的光。物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯—比尔(Lambert2Beer)吸收定律。下图为NDIR红外气体分析原理图：以CO2分析为例，红外光源发射出1～20μm的红外光，通过一定长度的气室吸后，经过一个4.26μm波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26μm波长红外光的强度，以此表示CO2气体的浓度。

3.分类

1）根据红外探测器的通道数，可以划分为单通道NDIR气体传感器和双通道NDIR气体传感器。单通道就是在红外探测器内部集成了一个敏感元件以及窄带滤波镜片；双通道就是在单通道的基础上，集成了一个参考通道。我公司红外传感器产品皆为双通道类型，长期稳定性更好，受环境温度影响小。

2）根据探测气体种类，可以划分为单一气体和复合气体传感器。目前市场上绝大部分NDIR 气体传感器都是针对单一气体组分进行测量的，技术比较成熟，应用也比较广泛。

4.应用

红外线气体分析器主要应用领域：

1)石油、化工、发电厂、冶金焦碳等工业过程控制；

2)大气及污染源排放监测等环保领域；

3)饭店、大型会议中心等公共场所的空气监测；

4)农业、医疗卫生和科研等领域；

例如：（1）合成氨流程的醇化塔进（出）口，用红外气体分析器分析CO和CO2；（2）甲醇生产流程的脱碳工段，用红外气体分析器分析CO和CO2；（3）环保排放监测，用红外气体分析器分析SO2和NOx。

5.应用注意事项

1)供电电压超过规定工作电压将导致传感器永久性损坏；

2)电压低于规定工作电压传感器将不能正常工作。

3)长期处于高温、潮湿环境；

4)处于强电磁场环境；

5)电磁场对传感器输出紊乱信号的影响

6)高温环境对气体探测器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题

7)粉尘、潮湿环境。此环境对气体探测器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的气体探测器

8)潮湿、酸性对气体探测器造成弹性体受损或产生短路等影响

6.发展趋势

红外气体传感器及仪器适用于监测各种易燃易爆、二氧化碳气体，具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点。这些优点将导致电化学、红外原理的气体检测仪器占领更广泛的行业高端市场，并在未来逐步成为市场主流。

7.NDIR的技术路线分为两条：

1)向低分辩率、长波长、多气种方向发展，主要市场是分析仪表。

2)向小体积，低成本方向发展，主要市场是室内空气质量IAQ检测，气种包含CO2和碳氢HC类气体，全球销量约几百万只。

二、电化学传感器的基本概述

8.简介

电化学气体传感器属于化学类传感器中的一种，其类型主要有三种：伽伐尼电池式传感器、定电位电解式气体传感器及燃料电池型气体传感器。电化学传感器具有响应速度快、功耗低、线性好、可以定量检测等特点，广泛受到市场的青睐。其敏感体主要是由贵金属催化剂材料制成的，其中应用最为广泛常见的催化剂是铂、金、钌、碳等，通过将膜电极及电解液灌封而成。

9.原理

电化学传感器，顾名思义，是通过发生化学反应对外输出电流信号。气体在电极上发生电化学反应并释放电荷形成电流，产生的电流大小与气体浓度成正比并遵循法拉第定律，通过测定电流的大小即可判定气体的浓度。

10.分类（以我公司传感器为基础）

按照实际用途，我司将电化学气体传感器分为三类：

(1）民用型

此类型传感器主要是用于安防、家报领域，严格准确的检测家庭中有毒气体的实时浓度，为日常人身安全提供了可靠的保障。其代表型传感器为一氧化碳传感器（ME2-CO、ME2-CH2O）。从外形图上看，传感器仅有两个电极，即工作电极和对电极，结构较为简单，使用方便，检测浓度可达到PPm级别，准确度较高。

(2）工业品传感器

此类型传感器主要用于工矿类，畜牧业等行业，用来检测作业中产生的毒

气浓度。比如硫化氢、氨气、氯气等。近年来对于致癌物质的苯等有机物，人们格外的关注，对于有机物的检测有很好的效果，检测浓度可达到PPm级别，准确度高。观察其外形，可以看到，工业品传感器与民用传感器明显的区别就在于其电极的数量。工业用传感器电极有三个，较民用传感器多出一个参比电

极，其提高了检测的准确度以及稳定性。右下图传感器表观看有四个电极，但是实际有效电极也为三个，与三电极体系原理一样。

（3）大气监测传感器

此类型传感器是用于大气监测领域。由于当下经济发展迅速，空气质量也受到不同程度的影响，个别地区空气已经受到严重污染。因此随着国家和人们对于空气质量的看重，大气监测亟需进行。

11.应用中注意事项

电化学传感器对于应用过程有一定的要求，客户使用时应注意以下几点：

①管脚禁止折断和弯曲；

②使用前老化时间不少于48小时；

③传感器避免接触有机溶剂（包括硅橡胶及其它胶粘剂）、涂料、药剂、燃料油类及高浓度气体；

④所有电化学传感器不可用树脂材料完全封装，也不可浸没在无氧环境中，否则会损害传感器的性能；

⑤所有电化学传感器不可长时间应用于含有腐蚀性气体的环境中，腐蚀性气体可以损害传感器；

⑥气体零点测定时，须在洁净的大气中进行；