气体分析监测仪

激光痕量气体监测仪的新进展：性能和噪音分析（Recent progress in laser?based trace gas instruments: performance and noise analysis ，J. B. McManus M. S. Zahniser D. D. Nelson J. H. Shorter S. C. Herndon D. Jervis M. Agnese R. McGovern T. I. Yacovitch J. R. Roscioli， Appl. Phys. B (2015) 119:203–218）摘要我们用一些近来的数据回顾了使用中红外量子级联激光器，带间级联激光器和锑化二极管激光器的发展。这种监测仪主要用于高精度和高灵敏度测量大气中的痕量气体。在高性能软件的控制下，利用吸收光谱进行快速扫描，集成和高精度拟合。通过中红外波段，实现了出色的灵敏度。Aerodyne监测仪证明了在自然情况下痕量气体的测量精度达到1012级别，可实时测量CO2，CO，CH4，N2O和H2O的同位素。我们还描述信号处理方法，以识别和降低测量噪音。光谱信息分析的原理是将光谱加载到数组中并利用滤波片，傅立叶分析，多元拟合和成分分析进行处理。我们提供一个仪器噪音分析的实例，噪音是由电子信号与光干涉条纹混合形成。引言随着各种中红外单片固态激光器的问世，使用基于中红外激光仪器，对大气痕量气体的高精度测量已经成为常规，包括量子级联激光器（QCL），带间级联激光器（ICL）和基于锑化物的二极管激光器（TDL）。在3μm附近的波长范围内有缺口，但现在，设计人员有更多选择，在3μm附近的波长区域频率使用混合技术。在本文中，我们回顾Aerodyne Research，Inc.（下称ARI）公司使用中红外激光监测仪测量不同的痕量气体，并达到高灵敏度和/或高精度水平。这些仪器基于快速扫描和精确光谱拟合的直接吸收光谱，在高性能软件的控制下，在中红外波段，利用长光程，在减压情况下，通过热电冷却的激光和探测器实现出色的灵敏度。这里介绍了两种仪器：单激光仪器，光程长度最大为76 米；双激光仪器，光程长度最大为210 米。通过仔细选择波长，我们可以用单激光器同时测量多种气体。根据吸收率来说，仪器噪音在1 s的平均值为?5×106，可以测量1012级别大气中的气体]。这些仪器可以在多种环境中使用，包括实验室，偏远现场和移动平台（如卡车，轮船和飞机）。ARI公司仪器介绍及其性能一般来说，对于高浓度气体，几毫米的测量光程可能就足够了；但对于痕量气体来说，则需要数百米光程。Aerodyne气体监测仪仪器使用中红外快速频率扫描，直接吸收光谱并进行精确光谱拟合。仪器在减压池中利用较长吸收光程的新型红外激光源，对多种气态分子提供灵活而直接的高精度测量。光谱仪的基本配置比较简单：首先是激光源，然后是多反腔，最后是探测器。图1显示了这种装置。多反腔有确定的路径长度，符合标准的激光可以传输到检测器，对样品气体的测量基于比尔-兰伯特定律。在许多情况下，激光扫描气体出现多个吸收峰，从而测量多个不同气体。让两道或更多激光通过吸收室，或者使用单个检测器时分复用，可以测量更多的气体。Aerodyne监测仪尽可能使用反射光学元件，光学系统几乎没有色散。通过选择不同波段激光和激光驱动，选择峰值灵敏度不同的检测器来匹配，测量给定单一气体或一组气体。对于不同的测量目的，选择不同的吸收光程。一般多反腔的光程为7–76 米，一般使用宽带透镜；对于浓度非常低的气体，210米光程的窄带高反射率透镜可以提高灵敏度。仪器的优化在过去的几年中，我们持续对仪器进行了改进，比如使用了新型的电流驱动器，它提供了QCL高顺从电压情况下的低噪音电流。我们还设计了低噪音激光驱动和其他电子设备，降低整个系统的噪音。使得平均1s采样情况下，吸收噪音为?5×106，在均时100 s具有更高的精度，这相当于约5×10-7的最终吸收噪音。很多因素使得噪音超过检测器限度，特别是窄带电子噪音和光学干涉条纹。中红外激光微量气体仪器由Aerodyne Research，Inc.生产的操作软件“ TDLWintel”控制，让每条激光可以设置为时分复用。TDLWintel可控制监测仪的操作并实时处理数据。两种激光电流斜率由TDLWintel定义，然后对检测到的信号采样（16位A / D在?1-1.5 MHz下运行），同步求平均，基于HITRAN参数以及测得的温度和压力的曲线，与计算出的吸收值拟合，可以对多达16种气体混合比实时记录。数据可以以10 Hz采样频率记录，最大有效数据率由泵抽速和吸收池的大小决定。实验过程中一些情况，比如阀门开关或背景消减，也可由TDLWintel软件控制。我们展示了单激光（76米光程）和双激光监测仪（76米或者210米光程）的气体测量噪音结果（平均1s），分别在表1和表2中，测量噪音为以空气中的混合比表示，同时提供了噪音的不确定性。根据不同的吸收路径和测量情况，吸收噪音最佳的结果在1s内约为?5×106。仪器适用在各种环境中，无论是在实验室还是在野外实验中。野外现场包括偏远位置或在移动平台（例如轮船，卡车和飞机）上。我们在最近20年在许多野外现场使用过这些仪器。在过去的几年中，Aerodyne “移动实验室”已配备了多种气相仪器（单激光和双激光监测仪）以及测量颗粒物和较重的有机化合物配套仪器。如测量天然气中的甲烷排放，或者测量两种气体示踪物（例如，亚硝酸盐氧化物和乙炔），移动实验室可以直接开到附近，测量示踪气体以及甲烷。另外，通过测量乙烷（常见天然气的成分），我们可以区分来自天然气设施的甲烷和来自生物来源的甲烷。仪器的噪音分析 了解测量噪音源对于保持仪器性能水平至关重要，通常将重点放在最终的噪音源分析和讨论上，例如探测器噪音，激光噪音或散射噪音。其他噪音源，统称为“技术噪音”，可能来自光学和电子方面，并可能是噪音的主要来源。而在在短时间尺度上的噪音可能是更长的时间范围的漂移。不同的噪音源可能表现出不同的功率谱密度（PSD），例如检测器噪音，而Johnson噪音通常具有平坦的PSD（即白噪音），而激光噪音会表现出闪烁噪音（1 / f PSD）。噪音可能会在频谱中产生随机波动，或者它可能具有窄带频率。另一个复杂因素是信号处理算法对噪音信号的响应。对于Aerodyne，混合比噪音是对噪音信号，以及压力和温度变量中多元拟合的结果。了解和减少噪音的第一步是使用Allan–Werle方差工具分析混合比噪音图（方差作为平均时间的函数）以及功率谱，并将噪音划分类型。Allan-Werle方差工具是一种通用工具，可以评估短时噪音和平均时间极限。按类型划分噪音有助于指示其来源。三种常用噪音包括是暗噪音，轻噪音和成比例噪音。 “暗噪音”（即，在检测器被堵塞的情况下报告的混合比）包括检测器噪音，基本电子（Johnson）噪音以及其他多余的电子噪音。“轻噪音”（正常光照水平但吸收深度很小）包括所有暗噪音加激光噪音（1/f，即闪烁噪音和散射噪音），激光驱动电流噪音（产生幅度波动）和干涉条纹的变化。 “比例噪音”（吸收深度较大时看到的多余噪音）包括激光驱动电流噪音，压力和温度噪音以及峰值位置运动结合调谐率误差。频谱数组处理将频谱分解为许多部分，并显示出较多变量。通常应用于频谱数组的处理工具包括减去偏移量，平均值，拟合度，统计量度，变量[p]，[q]或这两者的傅立叶变换，相关性，和主成分分析。尽管有很多处理的实例，但是很难提出一个通用的分析方法，帮助我们了解所看到的一切。即使我们“解剖”光谱并找到大的干涉条纹，这不一定意味着干涉条纹是多余噪音的来源，比如干涉条纹不动或它们的频率太高而无法影响拟合。为了确定，我们需要确定导致多余的噪音因素，该因素的短期波动应与混合比的波动匹配。我们通过一个噪音分析的例子说明了分析过程。结果表明，多余噪音是由两种波的混合，即光学干涉条纹和电子信号混合导致的，产生的低频成分，明显影响混合比的测定，而任一单一波则对结果几乎没有影响。结论 我们对当前Aerodyne Research，Inc.生产的微量气体激光测量仪器进行了综述。提供了一组气体，以及同位素比的测量结果。仪器在性能上的改进包括降低了电源和激光驱动噪音。另外，制造工序变得更加精简。目前吸收噪音在1s内达到?5×106。然而，为获得最佳性能，仍然需要对噪音做进一步的探索。本文中的实例显示，多余噪音是由两种波的混合，由光学干涉条纹和电子信号混合导致。仪器的相关优势1. 持续对仪器的改进及噪音的分析，测量痕量气体的精度更高，测量气体达到ppt级别，甚至在10Hz的频率仍然保持极高的精度；2. 一次同时测量多种气体，消除了多台仪器测量时气体产生的系统误差并大大提高效率；3. 仪器适用于多种环境，满足实验室测量，野外远程测量和移动测量需求。 欲了解该产品的更多特点，欢迎咨询联系澳作生态仪器有限公司

仪器信息网讯 2010年11月1日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会与北京雄鹰国际展览有限公司联合主办的“第三届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会”在北京国际会议中心隆重召开。来自中石油、中石化、中海油、煤化工、中化集团等下属企业及市政环保等用户及厂商代表400余人参加了本次论坛。仪器信息网作为特约媒体应邀参加了本次会议。　　除大会报告外，会议同期举办了在线分析仪器展览会等活动，并设立A、B两个分会场对在线分析仪器技术分别进行探讨。其中，B分会场由中国化工装备仪表公司乐嘉谦高工、上海舜宇恒平科学仪器有限公司黄晓晶女士联合主持，多位在线分析领域的专家学者、厂商代表就“在线水质分析仪”、“在线气体监测仪”、“在线分析技术的工业应用”等方面作了精彩的报告。在线水质分析仪：　　近年来，面对日益严重的水资源短缺、水环境污染等问题，以及全球对节能降耗、环境保护的日益重视，在线水质分析仪及其应用技术得到了飞速发展，尤其是针对目标对象的快速、灵敏、稳定、低成本、少（免）维护，以及多参数在线检测技术等新方法逐渐成为研究热点与发展重点。美国哈希公司程立先生　　程立先生在题为《在线水质分析仪器应用技术的发展》谈到：监测型和过程型在线水质分析仪器具有不同的技术特点和应用要求，对应的应用技术也有着不同发展方向。同时，具有自学习功能和专家型的在线水质分析仪器系统及应用技术开始得到市场的重视。另外，程立先生还重点分析了美国哈希“蓝色卫士”多维矢量水质监测与预警系统、WTOSTM污水厂运行优化系统两款产品的优点。上海海争电子科技有限公司贾福禄先生　　贾福禄先生在题为《多参数在线水质分析仪的设计》概述了多参数在线水质检测仪的测量原理，新器件的使用。贾福禄先生说到：多参数在线水质分析仪选用成品的变送器作为检测部分，采用原装进口的传感器，可测四个参数：余氯、二氧化氯、臭氧和次氯酸，结果显示此仪器性能稳定，零点漂移很小，斜率变化也不大，适合需要长期稳定工作的环境。广州市怡文环境科技股份有限公司王珂征先生　　王珂征先生在题为《电化学生物传感器在水质安全监测中的应用》表示：电化学生物传感器对饮用水安全监测上有深远的意义和应用价值。近十年来，对于电化学生物传感器的性能和检测方法的优化研究也越来越多，电化学生物传感器的性能和种类也得到了很大的发展。另外，王珂征先生还主要介绍电化学生物传感器的原理、类型及在水质监测领域的应用。天津大学精密仪器与光电子工程赵友权先生　　赵友权先生在题为《基于光谱法的紫外吸收COD的监测系统》说到：目前化学需氧量(COD)的监测方法存在需要化学试剂，测定时间长，操作复杂等问题。而基于紫外可见光谱测定COD的检测系统可以通过计算水样紫外吸光度从而测定水中的COD浓度。仪器具备无线数据通讯功能，无需工作人员值守，无需任何试剂，自动清洗，可满足实时在线原位的绿色检测与监测的要求。　　在线气体监测仪：　　进入21世纪以来，随着工业技术的不断发展、人口膨胀以及机动车数量的急剧增长，大气环境污染日益严重。其中，大气细颗粒物是形成大气污染的重要污染物之一，在许多城市已成为首要的污染物。同时，工业废气的污染也越来越引起环保人士的重视，烟气排放监测技术随之迅速发展。戴安中国有限公司刘肖先生　　刘肖先生在题为《大气/气溶胶中阴阳离子在线监测技术》首先介绍到：URG公司是一家专门制作大气采样装置的专业性公司，其与美国EPA大气监测机构具有非常好的合作关系。美国戴安公司将该仪器结合离子色谱技术，使之成功应用于大气环境监测。URG公司与美国戴安公司的合作达10年之久。随后，刘肖先生从URG-9000D整套设备的技术细节上为大家进行了详细介绍。　　在线分析技术的工业应用： 中国石油化工股份有限公司广州分公司符青灵先生报告题目：在线分析仪表在国产催化重整装置的应用　　符青灵先生在报告中主要介绍了广州石化100 万吨/年催化重整联合装置是首套采用国产超低压连续重整工艺成套技术的装置，配置了色谱分析仪、氢烃分析仪等14 套在线分析仪表。催化重整装置是炼油企业非常重要的二次加工装置， 对首套使用国产技术的装置使用的在线分析仪表配置与应用情况进行总结很有意义。聚光科技(杭州)股份有限公司王森先生报告题目：合成氨、甲醇装置在线分析仪器配置和应用技术　　王森先生首先陈述了自己在新建大型合成氨、甲醇装置采用的在线分析技术研发应用的感想与建议，随后，针对近期新建大型合成氨、甲醇装置采用的在线分析技术，王森先生详细讨论了这些装置工艺操作和控制对在线分析的要求，在线分析仪器的配置方案和选型要点，取样、样品处理系统的设计及在线分析应用技术。

作为仪器仪表的一个重要分支，气体检测仪器仪表(也称“气体探测器”)应用领域广泛，覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、航天航空及日常生活等各方面。通常，工业过程气体监控分析仪器划归分析仪器领域，常见的气体检测仪器仪表通常小型化、便携或固定式、独立工作或联成网络，广泛适用于石油、化工、冶金、采矿、制药、半导体加工、喷涂包装等工业现场和家庭、商场、液化气站、煤气站、加油站等民用/商用需防火防爆、预防中毒、空气污染的场所，以及农业温室气体检测、沼气分析和沼气安全监控和环保应急事故、恐怖袭击、危险品储运等方面。　　近年来，随着中国经济的高速发展，仪器仪表产业也得到了快速发展，自2004年产销首次突破千亿元大关，行业发展进入了快车道，2006年行业总产值突破两千亿元 2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元，增长率高达28.5% 据仪器仪表行业协会统计，08年上半年仪器仪表行业总产值实现 1755.9亿元，同比增长23.8%，其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。　　科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件，市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力，这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。　　从技术发展的角度看，根据使用传感器原理的不同，常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域，新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。　　未来一段时间，使用半导体和催化原理的气体检测仪器仪表依靠着价格优势仍会占据部分低端市场。电化学传感器及检测仪器，在精度要求高的低浓度毒性气体、有机蒸汽、酒精气体、氧气监测领域综合优势突出。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。据不完全预测统计，未来几年国内每年各行业使用红外原理气体检测仪器仪表的需求量将达到170万台(套)，市场容量约为68亿元 使用电化学原理的气体检测仪器仪表的需求量将达400万台(套)，市场容量约为56亿元，前景广阔、增长迅速。　　当前我国经济正处于高速增长期，国家对安全及环保的高度重视、相关政策和法规陆续出台，极大地刺激了气体仪器仪表行业市场容量的迅速扩大。　　1)燃气行业　　我国已建成了包括西气东输、陕京二线、忠武线、涩宁兰线以及冀宁联络线等在内的天然气输气干线。十一五期间，还要逐步完善全国油气管线网络，适时建设第二条西气东输管道及陆路进口油气管道。另外，中国还计划2010年使天然气在能源消费组合中的比重提高一倍，以减少对煤炭的依赖。据国家发改委公布的计划显示，2005年天然气在中国能源消费总量中所占比重为2.8%，2010年天然气在中国能源消费总量中所占比重应达到5.3%的目标水平。因此国家加大了对气田的开采和探寻力度，随之而来的是越来越多的国内气田投入生产。根据国家发改委网站公布的《能源发展“十一五”规划》，2010年天然气产量的目标将达920亿立方米，较07年产量增加逾50%。大量的天然气田开发和管道建设必将大大增加对天然气气体检测设备的需求，高性能的红外气体检测仪器仪表得到了难得的发展机遇。在气体的开采、处理、输送、使用环节，可燃气体检测仪器的需求将达到数十万台。　　2)石油石化　　从我国产业发展看，“十一五”期间，我国石油、化工业将遵照基地化、大型化、一体化的方向，优化发展基础化工原料，积极发展精细化工，淘汰高污染化工企业。据了解国家将在资源丰富和市场需求旺盛的地区建设若干个千万吨级炼油企业和百万吨级乙烯的炼化一体化基地，形成环渤海湾、环杭州湾、珠江三角洲等具有国际竞争力的炼化企业群。首批将建设四个国家级石油储备基地：宁波镇海、浙江舟山、山东青岛和辽宁大连 ，四个石油储备基地的总容量将达到1600万立方米。3年内，还将逐步形成20个左右的千万吨级原油加工基地。　　在2008中国将会先期开始建设三大炼油工程，即：中国石油广西大炼油，总投资超百亿元，年加工原油1000万吨 中国石化青岛大炼油，总投资约125亿元，年炼油能力1000万吨 中国海油惠州大炼油 基建投资约人民币193亿元，年加工能力为1200万吨。国家还将采取园区化模式发展乙烯工业。近期即将上马七大乙烯工程， 2010年乙烯产能预计达到583万吨。这些近期开建或者规划的大型石油石化项目会大量使用相关的气体检测仪器仪表，尤其是高性能的、更具优势的红外光学类气体检测仪器。　　国内石油石化产品需求保持稳步增长的同时，对石油石化产品的质量、品种等也将提出更多和更高的要求。组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧，并且含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害， 在石油加工中需尽量除去。这就使生产加工过程中一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等毒性气体和苯、醛、酮等有机蒸气大量产生，对生产安全、环境保护造成威胁。目前普遍采用气体检测分析的方法予以控制，在石油生产中对可燃气体的泄漏检测、对氢、氧等环境气体的监控也需要使用气体检测仪表。据估计平均每万吨成品油生产去需用气体检测仪器仪表约 40台(套)，其中可燃气体20台(套)，以目前成品油2.2亿吨的年产量计算，气体检测仪器仪表年需求量约在88万台(套)左右，其中可燃气体检测仪器约44万台(套)、毒性气体检测仪器约22万台(套)、其它有机蒸汽及气体分析设备等22万台(套)。而各类油气站，对可燃气体、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等毒性气体和苯、醛、酮等有机蒸气检测的气体检测器需求量也很大，主要用于安全防护，防止中毒与爆炸事故，平均每各油气站需用气体检测仪器仪表约 7.2台(套)。2007年国内加油站总数量已超过10万座，则此方面对可燃气体检测仪器仪表年需求量约在72万台(套)左右。综合以上数据按每套气体检测仪器仪表按2500元计算分析目前在整个石油石化行业气体检测仪器仪表的市场容量约为40亿左右。　　3) 化工　　随着石油资源的日益紧张，煤化工作为我国中长期能源发展战略的重点，必将在今后的长期发展中占据重要的地位。我国规划投资逾1万亿元大力发展煤化工产业，计划在全国打造七大煤化工产业区，分别是黄河中下游、蒙东、黑东、苏鲁豫皖、中原、云贵和新疆。与此同时化工企业向煤化工转型已成趋势，相继有双环科技、泸天化、云天化、柳化股份、湖北宜化纷纷涉足煤炭企业，向煤化工转移做准备。　　在工业路线中无论是炼焦工业、煤气化-合成氨、煤基甲醇、煤制合成油、煤化工联产都对气体报警产品有广泛的需求，尤其是对二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、氯气、氨气等气体传感器需求量非常大，初步计算,平均每万吨焦炭生产需用气体传感器约 22台(套)，其中可燃气体10台(套)、毒性气体12台(套) 以目前焦炭2.6亿吨的年产量计算，需用可燃气体检测仪器26万台(套)，毒性气体检测仪器超过31.2万台(套)，合计年需求量约在57.2万台(套)左右，按每套气体检测仪器仪表2000元计算，目前在整个煤化工行业气体检测仪器仪表的市场容量将达11.44亿元。　　精细化工、生物化工、专用化工、农用化工等大型化学制造工业园区对气体检测器也有广泛需求。在最新颁布的《危险化学品建设项目安全设施目录》明确规定须安装“压力、温度、液位、流量、组份等报警设施，可燃气体、有毒有害气体、氧气等检测和报警设施。 ”目前我国已在建的化工园区达60多家。依托长江水系的长江经济带和长江三角洲地区，形成了四川西部化工城、苏州工业园、上海化学工业区等化工园 依托珠江水系的珠江经济带和泛珠江三角洲地区，形成了茂名、惠州、珠海等化学工业园区。仅上述化学工业园区内，进驻的化工企业总计就超过7300家，生产领域覆盖了基础化学原料及合成材料、化学原料及化学制品制造、农药、专用化学品和橡胶制品等门类，对气体检测产品的需求是全方位的，几乎涵盖了所有气体种类，其中以有机蒸汽、可燃其它、含硫含氮毒气检测产品最多。随着国家安检总局对化工、危化品加工安全要求的不断严格，化工、危化品加工领域气体检测仪器仪表的用量也逐年增加，现在年市场容量约30万台(套)，其中可燃气体约22.7万台(套)，有机蒸汽和毒性气体约7.3万台(套)。按每套产品2000元计算将有6亿元以上的市场规模。　　4)冶金行业　　冶金行业对气体检测使用最多最广泛的主要集中在钢铁和铝生产方面。我国是全球第一大钢铁生产国。2006-2010年期间，我国钢铁产能将增长2.4亿吨，基本与“十五”期间增长的 2.6亿吨产能相当，企业产能规模增长迅速。2007年国内百万吨级产能规模的企业122家，千万吨级的企业有十三家，分别是鞍本集团、宝钢、新唐钢、武钢、马钢、沙钢、首钢、济钢、莱钢、华菱集团、包钢、太钢、安阳钢铁，其中鞍本集团产能2800万吨，宝钢集团达到2750万吨(不包括八一500万吨)，新唐钢2600万吨，武钢1800万吨(不包括柳钢600万吨)。　　按目前国内企业在建项目和兼并重组趋势，到2010 年，2000万吨以上规模企业将达到6家，其中鞍本集团和宝钢集团产能都将超过4000万吨，新唐钢集团规模将超过3000万吨，而首钢集团、山东钢铁集团、武钢集团规模也将在2500万吨以上。同时，未来还将有新的千万吨级企业出现。总之，2010年前我国钢铁工业仍处在规模扩张时期，而到2010年以后，我国钢铁工业发展方向将由数量级扩张向质量级提升方向发展。钢铁企业的快速发展和扩张，特别是新建钢铁生产项目对气体检测产品存在巨大的需求。　　除了钢铁以外，铝业行业的不断发展导致相关企业对气体传感器的需求也不断增加。目前，我国已经形成了山东淄博、河南郑州、山西河津、河南中州、贵州贵阳、广西平果六大氧化铝基地，最近又批准了广西华银和晋北两个氧化铝基地，加上拟批准的两个氧化铝项目，全国最终将形成十大氧化铝基地。　　在钢铁、炼铝行业广泛应用的是一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氮氧化物等气体传感器，主要是监测燃料燃烧状况，提高燃料利用率，节能降耗 监测废气状况，降低污染 同时也检测工业场所气体泄漏，保障生产安全、预防职业病。百万吨级产能规模的企业，平均每年需用气体检测仪器仪表约1100台(套)，千万吨级钢铁企业年需求量约为4000台。 若以百万吨规模钢铁企业116家，千万吨级企业10家计算，冶金行业中仅钢铁企业毒性气体检测仪器年需求量就在16万台(套)以上。加上铝冶炼等冶金行业，由此推之，冶金行业年需求量应在26万台(套)以上。　　综合以上数据按每套气体检测仪器仪表按2000元计算分析目前在整个冶金行业气体检测仪器仪表的市场容量约为5.2亿左右。　　5)煤炭行业　　支撑我国经济快速发展的能源产业重点之一的煤炭产业，对各种瓦斯传感器装备数量更为庞大。我国是世界最大煤矿安全仪器装备国，也是重要的煤矿安全仪器生产国之一。目前我国重点煤矿各种瓦斯传感器装备数量以百万计，但是安全问题仍然严峻，伤亡人数和财产损失空前巨大。因此国家对煤矿安全要求也愈加重视。根据国家发改委公布的《煤炭工业“十一五”发展规划》，2006年全国煤炭产量初步统计为23.25亿吨，其中国有重点煤矿11.25亿吨、地方国有煤矿 3.08亿吨、乡镇煤矿8.92亿吨。在煤矿行业中，年产百万吨的矿井的安全监控系统最少需要安装瓦斯传感器20个，且每年有30%的更换率。由此计算每年气体传感器的总需求量为116万个，有18亿元以上的市场规模。其中30%可能需要使用红外测量原理的气体检测设备，这不仅提高了煤矿瓦斯检测水平，而且对气体检测行业的升级也是一个极大的拉动。　　6)环保保护　　随着国家环保控制力度的不断加大，环保领域气体检测仪器仪表的用量也逐年增加，在锅炉烟气检测、大气质量检测等方面应用越来越多，环保领域气体传感器的用量逐年增加。环保领域主要使用的是毒性气体传感器，主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体。应用最多的是定电位电解式电化学气体传感器，对CO、H2S、 NH3、SO2、NOX、Cl2及其它化合物蒸气，如HCl、HCN等有毒气体的检测。其具体应用包括锅炉烟气检测、大气质量检测等方面应用，随着环境保护要求的提高，其需求量将迅速增加。在锅炉烟气检测方面，我国运行中的锅炉约有15000台，每台锅炉至少有两个烟道，烟气分析传感器至少需配备两台，仅此一项需求就在3万台以上。环境气体监测涉及的方面更为广泛，从环境大气监测到工业气体排放检查，都要使用气体传感器与分析检测仪器仪表。根据《环境空气质量检测规范》的规定，国家环境空气质量评价点的设置数量应按每25-30km2建成区面积设1个监测站，并且不少于8个点。由此计算环保检测领域每年的气体检测器需求大于10万台。年市场容量约10万台(套)。按每套产品5000元计算将有5亿元以上的市场规模。　　7)航空航天、现代军事、防化反恐等需求量　　我国航天事业发展迅猛，现代化强大海军的建设，潜艇与水面舰只，甚至航母都在发展计划之列 所有这些领域，都涉及串舱等密闭、半密闭空间毒性、爆炸性气体检测技术。国际局势的动荡，恐怖活动和生化战争时有可能发生，对于各种杀伤性毒气的监测在警用安全防护、防化反恐方面的需求也日益迫切。这些高精尖技术领域的气体传检测方面应用需要大量的气体检测仪器仪表，估计每年总需求量超过3万台(套)，主要为毒性气体检测需求，会形成3亿元以上的市场规模。　　8)室内空气质量控制　　随着安全健康意识的增强，人们越来越迫切地对地下商城、地下车库、商务大厦、轨道交通等空间内的空气质量或中央空调自动换气进行控制。该领域主要是对二氧化碳气体浓度进行检测。由于二氧化碳气体化学性质极为稳定，一般的化学检测方法无法对它进行测量，但红外气体传感器却能很方便的对二氧化碳进行检测。　　在农业大棚或孵化室中，动植物生长过程与二氧化碳气体浓度密切相关。二氧化碳气体浓度的多少直接影响着该农产品的产值，并且不同植物、动物生长过程中对二氧化碳浓度需求各不同，所以在种植、养殖过程中对二氧化碳定期的检测是必要的。该领域二氧化碳气体的检测，红外方法是最好的选择。　　来自国家蔬菜工程技术研究中心的数据表明，我国设施园艺总面积已占世界的80%，其中设施蔬菜面积近3000万亩。大棚总数量近2000万个，其中我国大型连栋温室制造已形成产业，数量达150万个。大型连栋温室对气体检测的要求主要集中在检测二氧化碳气体。　　据测算，上述领域先进的红外气体检测器需求量将达到30万台。按每台2000元计算可形成6亿元的产业规模。　　9)其它用户需求　　在制药、食品、农村沼气测量、市政管网、污水处理、城市管网、通讯电力、半导体制造等领域，气体检测仪器也有广泛的市场空间。　　制冷、食品行业需要检测氨气的浓度，市政方面用于自来水处理和下水道污水处理的氯气、硫化氢气体需要检测，医疗卫生需要检测氧气。相关传感器的总计需求量每年约在10万台(套)以上。加上其它行业特殊气体检测(如半导体、电力等)，综合来看，该领域毒性气体检测仪器仪表具有较大的市场规模。　　地下城市管网是每个城市建设的重大项目之一，也是人们和谐生活的基础设施保障。在我国，地下管道、通讯电力管网常因沼气、燃气含量过高，引发爆炸事件，导致人员伤害、设施损毁。要实现安定和谐的城市生活，城市地下管网安全问题必须彻底解决。目前，我国只有少数城市由国外进口红外气体检测仪对城市地下管网进行检测。通常一个地级城市的市政管网(燃气、电信、电力)仅维护竖井会达到数百个，中心城市更是达到数千之多，均迫切需要成本适中、工作可靠的危险气体监测装置。可见地下水管道、市政管线维护领域是推广红外气体传感器的重要市场，前景广阔，可望达到数十万台套。　　随着国家经济发展和能源短缺，迫使我国不得不从新能源和可再生能源上解决我国能源紧张的矛盾。2007年5月农业部颁布了《农业生物质能产业发展规划》，明确指出了沼气、生物液体燃料、秸秆能源是“十一五”期间的生物质能的重点发展对象。计划到2015年，农村户用沼气总数达到6000万户左右，年生产沼气233亿立方米左右，并逐步推进沼气产业化发展。到2015年，建成规模化养殖场、养殖小区沼气工程8000处，年产沼气6.7亿立方米。” 而在《全国农村沼气服务体系建设方案》中明确要求各级政府重点支持配备各种服务设备，包括沼气检测设备(甲烷检测仪)。按照“以项目村为依托建立乡村沼气服务网点，每个网点具备为 300-500个沼气农户服务的能力”的要求计算，2015年，农村6000万沼气用户需建成服务网点12-20万个，配用沼气检测仪器数量也达12万台以上，主要以红外气体检测仪器为主。　　10)国家“十一五” 规划中还明确提出要振兴我国装备制造业，积极发展大型石油化工、煤化工设备、百万吨级大型乙烯、大型PTA装置　　大力发展汽车、火车、船舶、飞机等运输设备和海洋石油工程装备、大型矿石和原油运输船、集装箱船、液化天然气船、高附加值船舶及配套设备。这些大型装备在制造和使用过程中大都需要对可能产生的易燃易爆、有毒有害气体进行监控检测。通常这些大型成套设备对红外气体检测仪器具有更迫切的需求，相关市场容量可达数万台套。　　11)道路交通安全检测领域　　来自公安部交管局的最新信息显示：截至2008年6月底，我国汽车保有量达6122万辆，且增速迅猛，给道路交通安全执法带来压力，导致道路交通事故发生率居高不下。在所有导致死亡的交通事故原因中，酒后驾驶排在超速行驶，不按规定让行和违法占道行驶之后居第四位，占事故发生总量的10%~15%。酒后交通事故导致的死亡人数平均每年以惊人的的速度上升。　　判断一个人是否酒后驾驶，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员的呼气中的酒精含量。该方法也是发达国家警察系统主要采用的检测方式。根据2008年12月20日，公安部发布了修订后的《道路交通安全违法行为处理程序规定》中明确提到，调整抽血检验程序，提高执法效率。规定对经呼吸测试达到或者超过醉酒临界值，当事人对测试结果有异议的才进行抽血检验，从而减少了执法环节，提高了执法效率，也为呼出气体酒精含量的检测有效性提供了法律依据。当前，采用电化学传感器的呼出气体酒精含量检测器是能够满足法规要求而又经济的唯一解决方案。　　目前，全国各交警队正在普及推广呼出气体酒精含量检测器，使用量增长迅速。近5年来，机动车和驾驶员的数量每年分别以10%、15%以上的速度递增，交警的执法力度不断增加.2007年全国交警总人数在20万人以上，而相关报道表明，目前警用酒精检测仪装备配备率低于10%，国家计划在未来3年内在主要交警队普及呼出气体酒精含量检测器配备，以配备率达到60%计算，未来3年电化学呼出气体酒精含量检测器需求量也有 10万台以上。　　12)民用燃气泄漏及一氧化碳检测　　随着我国大气田的不断发现和西气东输工程的投入使用，燃气使用普及率大幅度提高。家庭燃气安全事故时有发生，燃气的安全使用却来越被重视，安装可燃气体报警器已成为多个城市的强制性要求。全国约9000万天然气及液化石油气用户，如果十分之一使用可燃气体报警器，总量即达900万台，按每台100元计算，则有9亿元的市场容量。　　家庭、商业场所使用非电能烹饪、取暖，均可能不完全燃烧产生一氧化碳气体。一氧化碳是无色无味的气体，不易觉察，极易产生危险。全球范围历年因一氧化碳中毒事件造成大量人员伤亡。因此各国政府对民用一氧化碳检测极为重视。如：在2006年我国卫生部，中宣部、教育部、公安部、民政部、建设部、信息产业部、国家环境保护总局、中国气象局、国务院新闻办公室就联合制定了《非职业性一氧化碳中毒事件应急预案》 同年12月建设部联合十部委向各地下发了《关于加强非职业性一氧化碳中毒防范工作的通知》，要求，各地区、各有关部门要认真做好非职业性一氧化碳中毒防范工作。2007年教育部也根据自身教育系统内的特点下发了《教育部关于做好2007年秋冬季中小学幼儿园安全工作的预警通知》，要求有条件的学校要在学生宿舍安装一氧化碳报警装置。　　另一个需要安装气体报警器的是使用燃气热水器特别是直排式燃气热水器的场所。由于燃气热水器使用不当或质量缺陷导致发生不完全燃烧，造成一氧化碳中毒现象时有发生。国家统计局中国行业企业信息发布中心发布的《2006年消费品市场重点调查报告》显示，仅2006年我国共生产燃气热水器即达到836.96万台。截止2006年底，我国颁发燃气热水器生产许可证企业153家，燃气热水器社会拥有量已在3,000万台以上，其中 50%以上是直排式。为了安全，国家技术监督局已发布强制性标准(GB6932-94)，要求燃气热水器必须有防止不安全燃烧的保护装置，要求上述热水器 5年内安装完一氧化碳报警(控制)器，仅此每年就需要600万台。　　从另一个角度看，我国家庭或公共场合使用燃气能源烹饪、取暖、洗浴非常普及并快速发展，全国超过13亿人口，按3亿个家庭计算，如果有百分之一的家庭使用也有300万的市场容量，加上公共场合的使用每年也有不小于350万的市场容量。　　欧美等发达国家，由于冬季取暖大量使用壁挂炉，各国对一氧化碳检测也都极为重视。目前美国、英国和加拿大一些国家立法规定新建房屋和现有住宅必须安装一氧化碳报警器。目前，国外一氧化碳报警器已进入超市大量销售，年用量超百万台。　　综合以上市场信息，可以预见，各种气体检测仪表伴随我国经济的快速发展也将迎来高速增长的时期。相对于近几年仪器仪表行业20%以上的市场增长速度。气体检测仪器仪表行业的速度更是达到惊人的30%。据测算，未来5年，上述领域对家庭商业应用的气体检测仪器需求量可达1000万台以上 工业可燃气体检测仪器的需求超过500万台，其中红外气体检测仪器的需求量将达到170万台(套)、市场容量约为68亿元 测量毒性气体的电化学仪器仪表需求量将达到 400万台(套)、市场容量约为56亿元，市场前景广阔,增长迅速。　　广阔的市场需求极大的刺激了国内气体检测仪器仪表生产企业的创新和成长。国内民用气体检测器总产量从2000年的190万台增加到2008年310万台，工业用气体检测器总产量从2000年的17 万台增长至 2008年的96万台。据统计目前国内气体检测仪器仪表企业已有三百余家，其中年营业额超过2000万的气体检测仪器仪表企业不足二十家，相对实力较强的有河南汉威电子股份有限公司、济南长清计算机有限公司、北京科力恒有限公司、深圳特安电子有限公司、成都安可信电子有限公司等企业。　　从以上数据看。国内气体检测仪表行业由于发展时间较短，民用、商用气体检测仪器技术门槛较低，法规要求不严，市场主要为国内企业占有，众多小规模企业瓜分了超过半数的市场份额。工业领域应用的气体检测仪器，高端市场主要为进口产品占据，大量低端市场份额由国内众多小规模企业占据。这些小企业通常自主创新能力较差，产品质量也不过硬，面临被规模较大企业洗牌的风险。　　气体检测仪器仪表中，由于独立式气体检测仪器仪表的技术和资金门槛相对较低，生产此种气体检测仪器仪表的企业最多，很多企业只生产此类气体检测仪器仪表。目前该领域国内规模较大的厂家有河南汉威电子股份有限公司、深圳市豪恩实业有限公司等。河南汉威电子股份有限公司在技术和质量控制方面较为领先，外贸出口较多，特别是汉威电子在高端民用检测器市场具有相对优势，2008年国内市场占有率达到15%。　　工业用气体检测仪器仪表由于技术和资金门槛较高，生产企业相对较少，一般实力和规模都相对较强。国内较为知名的企业是：河南汉威电子股份有限公司、北京科力恒有限公司、深圳特安电子有限公司、成都安可信电子有限公司、哈尔滨东方报警设备有限公司等几家公司。其中北京科力恒是一家美资公司，其在点型气体检测器方面技术领先，主要销往冶金领域。深圳特安电子有限公司公司较早从事气体检测行业，产品在业界具有较好的口碑，主要销售行业是石油、石化领域。河南汉威电子股份有限公司产品线完善、性价比高，销售领域涵盖石油、化工和冶金、采矿、燃气、交通安全等领域，在工业便携及其他检测器市场占有率分别约达到11%及9.8%。济南长清计算机有限公司在燃气领域具有较好的业绩。进口产品品牌众多，占据了大量高端市场，有着较高的市场占有率和良好的质量口碑，但普遍价格昂贵。　　目前国内气体检测仪器仪表企业另一个突出的特点是产品线相对较短，应用领域有限，大多局限在工业安全、民用燃气安全领域，少数企业涉足环境保护、暖通空调、医疗和健康、农村能源沼气、温室暖房等某一领域，河南汉威依托自身的传感器技术、产业优势，在上述众多领域布局了系列产品，在道路交通安全用呼出气体酒精含量检测器、农村能源沼气领域，2008年产品市场占有率分别达到35%、55%。而暖通空调、医疗和健康、温室暖房领域的气体检测仪器几乎是进口产品一统天下。　　气体检测仪器仪表行业的广阔前景、快速发展及较高利润水平，也吸引了相关工业仪器仪表巨头的高度关注。部分工业仪器仪表巨头迅速调整方向介入气体检测仪器仪表行业，市场竞争越来越激烈。可以预见国内一些小型的气体检测仪器仪表企业面临洗牌的危险，而规模相对较大的企业也需要加强研发和技术创新，扩大生产规模，提高市场占有率，并迅速建立核心气体传感器研发和生产能力，以便尽快做大作强，才有足够实力与跨国巨头竞争。　　总之，作为朝阳行业的气体检测仪器仪表行业，具有广阔的市场潜力和发展空间，机遇和挑战并存，伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。