单一气体分析仪

气体分析仪器现状与技术比较1、气体分析技术介绍 (1)人工采样法 传统的分析方法如化学分析法、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法较多采用人工采样法。人工采样法的特点是采用人工取样的方式，抽取某一时点的样气进行分析。它的缺点是显而易见的：必须对气体进行人工取样，在实验室进行分析，其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响；只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能；分析费时费力，响应速度慢，效率低，难以实时地反映工况信息。 (2)连续采样法 连续采样法主要有红外线式、紫外线式和热导式三种测量方法。连续采样法的特点是采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成，采样探头将被测气体从烟道或管道中引出并进行预处理后，连续送入仪器的气体室中，分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。上述三种测量方法的系统集成方式、适应性和性价比有很大的区别。 应用最广泛的红外线式气体分析仪基于非色散红外吸收光谱（NDIR）的原理，其测量方法是基于气体对红外线进行选择性吸收的原理，当被测气体通过测量管道时吸收红外光源发出的特定频率光（与被测气体成分有关）使光强衰减，测出光强的衰减程度即确定了被测气体的浓度。 紫外线式气体分析仪是基于被测气体对紫外光选择性的辐射吸收原理，可以测量SO2、NOx、HCl、NH3等气体，但在同等性能、功能情况下仪器价格较高。 热导式气体分析仪的工作原理是利用各种气体不同的热导系数，即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体以恒定的流速流入分析仪器时，热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体的浓度变化而变化，运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号，通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化，使其成为测量值。热导式气体分析器的应用范围很广，如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中的O2、O2中的H2和N2中的H2等等；它的测量范围也很宽，在0%~100%围内均可测量。热导式分析仪器是一种结构简单、性能稳定、价廉、技术上较为成熟的仪器。但是热导式分析仪器对气体的压力波动、流量波动十分敏感，介质中水汽、颗粒等杂质对测量影响较大，所以必须安装复杂的采样预处理系统。 (3)现场在线测量法 现场在线测量法中以半导体激光吸收光谱技术（DLAS）最为先进和最具有代表性。DLAS技术的特点是无需采样预处理系统，分析仪器直接安装在测量现场，通过一束穿过被测气体的激光光束来实现现场在线气体分析。DLAS技术可实现多种气体如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自动检测，适用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等各种领域。 虽然DLAS技术与其他吸收光谱气体分析技术都利用吸收光谱技术来实现气体分析，但由于DLAS技术采用了独特的“单线光谱”技术和调制光谱技术，可不受背景气体交叉干扰和粉尘、视窗污染的干扰，并可自动修正气体温度、压力等气体参数变化的影响，因此可以将分析仪器直接安装在测量现场，实现其他光谱吸收技术无法或很难实现的现场在线连续气体测量。 DLAS技术的优势在于能适应高温、高水分、高粉尘、强腐蚀性和高流速的被测气体环境，无需采样预处理系统，测量精度高，响应速度快。随着半导体激光气体分析技术的逐步成熟，相关光电元器件成本的显著下降，其性价比优势更为突出。在发达国家，半导体激光气体测量技术已逐步取代传统气体检测技术，在气体在线监测领域得到了日益广泛的应用。

气体分析仪广泛应用于汽车尾气检测；石油化工生产过程中气体成份在线分析和监测； 冶金工业中，高炉、转炉、焦炉工业炉窑等气体分析和监测 ；科学实验、环境保护、医疗卫生等行业气体分析和监测；生物医药、食品发酵、污水处理、垃圾填埋等过程气体测量；仓储、温室、室内等场所气体检测；烟道气在线连续检测(CEMS)等。对经济发展和社会进步具有重要用途。传统气体分析仪器奥氏气体分析仪，常用于CO2、O2、CO、H2、烃类等的含量测定。奥氏气体分析仪工作原理是：是利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分：用40％的氢氧化钠吸收试样中的二氧化碳；用焦没食子酸钾溶液吸收试样中的氧气；用氨性氯化亚铜溶液来吸收试样中的一氧化碳。然后根据吸收前后试样体积的变化来计算各组分的含量。CH4和H2用爆炸燃烧法测定，剩余气体为N2。奥氏气体分析仪的优点是结构简单、价格便宜、维修容易。奥氏气体分析仪缺点是：虽一次购置成本低但长期运行成本高，除去分析人员的成本，仅每年买试剂和玻璃器皿至少要1万多元，而且必须对气体进行人工取样，在实验室进行分析，其中分析人员的操作技能和“态度”对分析的精确度有很大影响。奥氏气体分析仪只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能，分析费时，操作烦琐，响应速度慢，效率低，难以实时地分析生产工况。由于奥氏气体分析仪的的以上缺点，难以适应生产发展的需要，例如在化工、石油化工的生产过程中,为了控制化学反应和确保安全生产,一般都需要在线分析,并要求它连续、准确、经济、耐用。随着科学技术和全球经济的迅猛发展,工业废气的排放成为大气污染的一大杀手。因此,工业废气连续监控系统(CEMS)的开发应用亦成为趋势。所以奥氏气体分析仪逐渐被全自动分析仪器替代，例如红外线气体分析仪。红外线分析仪常用来连续测定各种混合气体中的CO、CO2、CH4 、SO2、NOX和CH等的含量，是在线分析仪中非常重要的一类仪器。 红外线分析仪工作原理是：当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律，即某些气体对红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变化取决于被测气体的浓度。 相对于奥氏气体分析仪，红外线气体分析仪的优点是精度和灵敏度高、测量范围宽、响应速度快、良好的选择性、稳定性和可靠性好、可实现多组分气体同时测量、能够连续分析和自动控制。缺点是不能分析对称结构无极性双原子分子及单原子分子气体。这一点可配合电化学检测器使用克服。 在国内红外线气体分析仪里，GASBOARD红外气体分析仪采用国际上最新的非分光红外吸收光谱法（NDIR）技术，如电调制红外光源、进口高灵敏度滤光传感一体化红外传感器、高精度前置放大电路、可拆卸式镀膜气室等，并结合嵌入式的硬件和软件技术，可实现不同浓度、不同气体（SO2、NOX、CO2、CO、CH等）的高精度连续检测。是一类优良的红外气体分析仪 随着国民经济的飞速发展和加入WTO，对生产工艺和过程控制的要求越来越高，对生态环境的保护也越来越重视，红外在线成分分析仪作为必要的配套设备已成为企业全面质量管理的一个重要发展趋势，也是取代传统的化学式手动实验室分析仪——奥氏气体分析仪的必然趋势。[color=red]【由于该附件或图片违规，已被版主删除】[/color]

气体分析仪器现状与发展趋势一、气体分析技术介绍(1) 人工采样法传统的分析方法如化学分析法、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法较多采用人工采样法。人工采样法的特点是采用人工取样的方式，抽取某一时点的样气进行分析。它的缺点是显而易见的：必须对气体进行人工取样，在实验室进行分析，其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响；只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能；分析费时费力，响应速度慢，效率低，难以实时地反映工况信息。 (2) 连续采样法连续采样法主要有红外线式、紫外线式和热导式三种测量方法。连续采样法的特点是采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成，采样探头将被测气体从烟道或管道中引出并进行预处理后，连续送入仪器的气体室中，分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。上述三种测量方法的系统集成方式、适应性和性价比有很大的区别。应用最广泛的红外线式气体分析仪基于非色散红外吸收光谱（NDIR）的原理，其测量方法是基于气体对红外线进行选择性吸收的原理，当被测气体通过测量管道时吸收红外光源发出的特定频率光（与被测气体成分有关）使光强衰减，测出光强的衰减程度即确定了被测气体的浓度。紫外线式气体分析仪是基于被测气体对紫外光选择性的辐射吸收原理，可以测量SO2、NOx、HCl、NH3等气体，但在同等性能、功能情况下仪器价格较高。热导式气体分析仪的工作原理是利用各种气体不同的热导系数，即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体以恒定的流速流入分析仪器时，热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体的浓度变化而变化，运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号，通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化，使其成为测量值。热导式气体分析器的应用范围很广，如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中的O2、O2中的H2和N2中的H2等等；它的测量范围也很宽，在0%~100%围内均可测量。热导式分析仪器是一种结构简单、性能稳定、价廉、技术上较为成熟的仪器。但是热导式分析仪器对气体的压力波动、流量波动十分敏感，介质中水汽、颗粒等杂质对测量影响较大，所以必须安装复杂的采样预处理系统。(3) 现场在线测量法现场在线测量法中以半导体激光吸收光谱技术（DLAS）最为先进和最具有代表性。DLAS技术的特点是无需采样预处理系统，分析仪器直接安装在测量现场，通过一束穿过被测气体的激光光束来实现现场在线气体分析。DLAS技术可实现多种气体如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自动检测，适用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等各种领域。虽然DLAS技术与其他吸收光谱气体分析技术都利用吸收光谱技术来实现气体分析，但由于DLAS技术采用了独特的“单线光谱”技术和调制光谱技术，可不受背景气体交叉干扰和粉尘、视窗污染的干扰，并可自动修正气体温度、压力等气体参数变化的影响，因此可以将分析仪器直接安装在测量现场，实现其他光谱吸收技术无法或很难实现的现场在线连续气体测量。DLAS技术的优势在于能适应高温、高水分、高粉尘、强腐蚀性和高流速的被测气体环境，无需采样预处理系统，测量精度高，响应速度快。随着半导体激光气体分析技术的逐步成熟，相关光电元器件成本的显著下降，其性价比优势更为突出。在发达国家，半导体激光气体测量技术已逐步取代传统气体检测技术，在气体在线监测领域得到了日益广泛的应用。二、DLAS技术简介聚光科技研发生产的LGA-2000系列激光现场在线气体分析仪是基于DLAS技术开发的现场在线气体分析仪器。DLAS（Diode Laser Absorption Spectroscopy）是半导体激光吸收光谱技术的简称。该技术是利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度的一种技术。具体来说，半导体激光器发射出的特定波长的激光束穿过被测气体时，被测气体对激光束进行吸收导致激光强度产生衰减，激光强度的衰减与被测气体含量成正比，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。九十年代后，半导体激光器和光纤元件发展迅速，性能大大提高，价格大幅下降，室温工作、长寿命（100，000小时）、单模特性和较宽波长范围的半导体激光器被大量地生产出来并投入市场，一些高灵敏度的光谱技术如frequency modulation spectroscopy、cavity ringdown spectroscopy等也逐渐成熟，DLAS技术开始被较多地应用于科学和工程研究，发达国家的一些仪器公司也开始将DLAS技术应用于气体监测。由于DLAS技术较传统光谱检测技术具有显著的技术优势而得到了迅速推广。Focused Photonics,Inc.(FPI)是DLAS技术的主要开发厂商之一，FPI自主开发了拥有完全知识产权的全系列的激光气体分析产品，并广泛应用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等领域。FPI通过聚光科技（杭州）有限公司将该技术引入中国，结合中国各行业的实际需求，开发了LGA-2000系列激光现场在线气体分析仪、LGA-3000系列激光采样在线气体分析仪，并且在钢铁、焦化、石化、电力、环保、航天等行业取得了良好的应用。三、DLAS技术的特点DLAS技术的特点主要表现为：1.恶劣环境适应能力强，无需采样预处理系统，实现现场在线连续测量激光在线气体分析仪采用DLAS技术独有的“单线光谱”原理，使用非接触式激光测量方法，测量仪器与被测量气体环境隔离,其分析测量不受测量环境中背景气体、粉尘以及环境温度和压力的影响，具有高温、高粉尘、高水份、高腐蚀性、高流速等恶劣测量环境的良好适应性，避免了传统气体分析系统必需的复杂的采样预处理系统，从而实现了现场在线连续测量。2.克服了背景气体、水分和粉尘的吸收干扰，测量精度大大提高DLAS独特的“单线光谱”技术、频率扫描技术、谱线展宽自动修正技术克服了背景气体、水分和粉尘的吸收干扰，修正了温度和压力等气体参数变化对气体浓度测量的影响，而且系统直接对现场气体进行测量，气体信息不失真。相对于传统的气体测量技术，这些独特的测量技术和现场测量方法大大提高了测量的精度。3.响应速度快，实现工业过程实时在线管理DLAS技术进行气体分析不需采样预处理系统，节省了样气预处理的时间和样气在管道内的传输时间。系统可以达到毫秒级的响应速度，几乎是实时地反映过程气体浓度及其他参数变化状况，完全可以满足工业过程实时在线管理的需要。4.可同时检测多种气体参数，能测量分析多种气体，应用面广，仪器发展潜力大采用DLAS技术可同时在线测量气体的浓度、温度和流速等，并可实现多种气体如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自动检测，可广泛应用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等领域。较以往采用多种检测技术并进行系统集成而言，采用DLAS技术可大大简化仪器的结构，进而实现气体分析仪器的微型化、网络化（远距离数据无线传输）、智能化和自动化。5.光纤传输特性使系统的应用更加灵活，性价比更高DLAS技术采用的激光光源与常规光纤有良好的兼容性，所以可以将半导体激光器放置在中央处理单元内，把光纤输出的激光通过树形光纤分路耦合器同时耦合到多根光纤，不同的光纤把激光传递到几个不同的测量位置，对这几个不同位置的气体同时进行测量，从而实现分布式的在线气体监测分析。采用光纤后测量系统的抗电磁干扰能力、适应恶劣环境和防爆环境的能力非常强；整套测量系统的成本大大降低；与传统的气体分析系统相比，配置更加灵活，性价比也更高。