红外线CO2气体分析器在粮食储藏工程中的应用
2002/10/18 00:00
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方案摘要:
红外线气体分析器能分析被测气体是基于异原子分
子在近红外区有选择性吸收的特点。最早可以追溯
到1938年德国科学家卢福特,他发明的气动式红外
线检测器一直延用到现在,被称做卢福特检测器。
异原子分子的原子间存在振动,所以当连续的红外
能量照射到被测分子上时,被测分子会吸收相同波
长的能量而使该波长的红外线衰减,所以红外线分
析器是由异原子分子间不同的振动波长来定性的,
非常准确。而同原子分子或单原子分子不吸收红外
线能量,也就是说以空气为背景的被测气体,空气
中的N2或O2等对被测气体不产生干扰误差。对被测
气体的定量是基于比尔定律,即I=I0e-KCL。式中
I0是原始能量,K是气体吸收常数,L为介质(被测
气体)厚度,C为被测气体浓度。所以当L(即气室
长度)被确定后,I只与C有关,即I=f(C)。通常称
C与L的乘积为光学深度。当光学深度等于1时,将
比尔定律用泰勒级数展开忽略高次项后,I与C的关
系可以近似为线性。具体到气调库所使用的红外线
CO2分析器,一个很重要的问题就是要解决如何保
证0-100%量程内的线性度。因为当被测气体浓度很
高(接近饱和)时,要想保证光学深度接近1,就
必须减小L,小到工件的加工几乎是不可能的,即
使加工出来,也由于气室非常窄小而产生强大的阻
力,而且极轻微的污染就会改变气室长度而影响重
现性。GXH-3010D型CO2分析器作到了在不牺牲仪
器可靠性及稳定性的前提下保证仪器的线性度,主
要是采用了国际上先进的气体滤波技术。在国外,
红外线气体分析器采用气体滤波技术已经有几十年
历史了。我们可以查到20年前英国科学家的气体滤
波相关专利。华云研究所的数名技术人员曾在1987
年远赴美国大西比公司引进了先进的气体滤波相关
(G、F、C)技术。大西比公司的相关红外至今在
我国环保领域仍占主流地位。华云研究所研制的GX
H-3011系列相关CO分析仪自92年投放市场至今,
在卫生防疫部门仍占90%以上的市场份额。
仪器的长期稳定性也是一个重要指标,CO2气调库
的特殊性不允许经常到现场去调整仪器的零点,所
以至少要保证仪器一周的零点漂移不大于百分之
二,因此仪器必须整机恒温,并做到外界温度变化
几十度时仪器光学部件的温度变化不大于±2℃。
通过在绵阳库的运行,不断总结完善,使整个系统
的性能达到了令人满意的效果,并得出对CO2分析
器的要求是:①必须用响应时间快的主动式红外线
CO2分析器;②取样系统的大流量抽气泵与仪器内
置小流量抽气泵配合使用;③CO2分析器要具有良
好的线性度,重复性和长期稳定性(即必须用在线
式并整机恒温控制的仪器);④CO2分析器要有恒
流输出及电源、泵开关控制接口以便于计算机远程
控制。
仪器系统方框图见图二
图二:红外线CO2分析器系统方框图
4.结论和展望
通过绵阳气调示范库的建设成功,证明了该项技术
在我国的实施应用是可行的,示范库中采用的GXH-
3010D型(流程式)主动式不分光红外线CO2分析仪
极好地解决了气调仓中CO2浓度的自动监测问题,
对示范的成功起到了关键作用。
随着我国经济的迅速发展和人们物质文化生活水平
的日益提高,对粮油食品的卫生、质量要求越来越
高,对生态环境保护也越来越重视;我国即将加入
WTO,粮食参与全球化市场贸易竞争也迫在眉睫,
优质、新鲜、无污染、无公害的绿色产品将是未来
粮食市场发展的必然趋势。而“绿色粮库”的概念
也必将被广大人们所接受。中央储备粮绵阳直属库
建成的CO2气调库只是一个示范,气调储粮这一国
际先进技术还正在我国处在推广阶段,今年在国家
2001年200亿斤国家粮库建设中,经过专家多次论
证和国家粮食局领导审批,通过了扩大5个CO2气调
试点库建设的项目。我们认为绵阳库的示范的成功
必将在全国范围内获得推广,并为我国带来积极的
社会效应和巨大的经济效益。
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