​Оптические методы определения концентраций газов.

Оптические методы определения концентраций.

Существуют, как минимум, оптических 2 способа определения концентрациц газов: инфракрасный и ультрафиолетовый.


Оба эти способа имеют прямое отношение к оптическим приборам, измеряющим различные концентрации веществ в воздухе.


Имейте ввиду что газы и вещества в воздухе это различные вещи, которые характеризуются разными законами существования, но как правило, методы их определения - одинаковы. Одинаковы что для смеси веществ в воздухе, что для газов.

Инфракрасное оптическое определение газов.

Инфракрасный метод измерения концентрации газа один из удобнейших современных методов.

Он заключён в том, что молекулы газа проходят через ИК ( инфракрасное ) электромагнитное излучение с длинной волны ( 2—10 мкм) а чувствительный датчик улавливает эти изменения между входом и выходом в потоке ИК лучей.

Далее программное обеспечение прибора позволяет вычислить составляющие таких газов как:

  • диоксид азота,
  • оксиды азота,
  • спирты и парафины,
  • фенолы,
  • различные насыщенные углеводороды.


Это и многое другое способно попасть под регистрацию ИК датчиком у оптического газового анализатора.

Чаще всего в более ранних версиях ИК газоанализаторов применялась специальная лампа накаливания и приемник ИК излучения - это более аналоговые приборы.


Определение газа по длине волны
Определение газа по длине волны

Ультрафиолетовое оптическое измерение газов.

Ультрафиолетовый метод измерения концентрации газа основан на принципе фотоионизации.

Он включает в себя фотоэлектрический эффект взаимодействия света и ионизацию газа, что в конечном итоге приводит к появлению тока. Благодаря этому явлению с помощью ультрафиолетового излучения на газы можно определить их концентрацию.


Процесс фотоионизации.

В процессе фотоионизации с помощью ультрафиолетового излучения в оптическом диапазоне измеряемое газообразное вещество подвергается ионизации, что в итоге приводит к возникновению частиц электрического тока. Далее, под воздействием прибора газ начинает терять приобретенные электроны и генерировать положительные ионы, которые в последствии притягиваются к катоду и аноду, подвергая электрический ток воздействию магнитного поля.

Значение возбужденного электрического тока в этой реакции можно считать пропорциональным значению концентрации определяемого газа.

Примечательно, что для процедуры ионизации необходимо наличие фотонов с энергетическими показателями выше тех, которые имеются у измеряемого вещества.

По этой причине приборы в основе с ультрафиолетовым оптическим методом определения применяются главным образом с использованием УФ-ламп на 10.6 эВ и 11.7 эВ. Изготавливаются лампы из фторида магния с наполнением криптона или же из фторида лития с наполнением аргона.

Особенность метода и применение

Среди особенностей данного метода оптического измерения можно выделить точность определения малых доз концентрации газа.

В первую очередь это связано с устройством работы, которое основано на датчике интенсивности ультрафиолетового излучения.

Он позволяет менять ультрафиолетовую область спектра и сосредотачивать ее на крайне малых дозах летучего соединения вещества, например таких, как PPM и PPB.

Также фотоионизация считается одной из самых быстрых мер определения концентрации газа, доступная в диапазоне температур от минус 30 до 50 градусов по Цельсию.


Ультрафиолетовым методом находят:

Среди анализируемых ультрафиолетом соединений встречаются такие, как:

  • алканы;
  • алкены;
  • спирты;
  • арома-углеводороды;
  • альдегиды;
  • кетоны;
  • сероуглероды.


Список включает основные группы соединений, поэтому может быть дополнен.

Благодаря этим особенностям сфера применения ультрафиолетового оптического метода измерения концентрации газа применяется в стационарных и портативных моделях газоанализирующих приборов.

Определение газов по длине волны.

Анализируя длину волны ИК излучения можно подбирать диапазон измеряемых газов, что очень удобно.

Каждому соединению в воздушной среде соответствует своя длинна волны.

Чувствительность датчика на прямую зависит не от мощности лампы а от расстояния между лампой и приемником, то есть от длинны оптического пути.

По этим причинам в ИК газоанализаторах пользуются установкой зеркал.

NDR датчики
NDR датчики

NDIR фотометры.

Самый распространенный вид таких газоанализаторов являются не дисперсионные инфракрасные фотометры.

О работе Инфра-красного датчика цифрового пирометра ( измерителя температуры ) мы рассказывали в свое статье о ИК бесконтактных термометрах.


NDIR это простой спектроскопический сенсор или в оригинале nondispersive infrared sensor.

Далее по тексту обозначим как NDIR фотометры..

Такие устройства снабжены соответствующим NDIR датчиком.


NDIR датчик относится к оптическому виду датчиков, который так же состоит из ИК лампы, специальной камерной трубки и фильтра, подстрающего длину волны ИК излучения.


Так же конечной точкой является детектор ИК излучения, который входит в состав датчика.

NDIR датчик в газовом анализаторе

Ведь перед тем, как излучению попасть на измеряемую газовую составляющую, ИК поток попадает на фильтр, который оставляет именно ту длину волны, которая соответствует измеряемому газу.

А конечный детектор (сенсор ) подаёт результат на простейший микропроцессор, который и обрабатывает всю информацию.

Сенсор имеет ряд свойств.

Одно из которых - это использование золота в напылении сенсора.


В последнее время многие фирмы изготовители прибегают к другим покрытиям, которые дают большую результативность ( чувствительность ) в процессе измерения.

NDIR сенсоры способны различать длинну волны самых обычных газов.

Например:


Диоксид углерода CO2 имеет длинны волн— 4,26 мкм.


Газ пропан C3H8 — 1,68 мкм; 3,3 мкм.



NO или NO² определение концентрации.

Разница в дленне волны между оксидом азотоа и диоксидом азота составляет 5,3 мкм против 6,16 мкм.

Метод оптического определения намного быстрее, чем использование индикаторных трубок на оксид и диоксид азота.

Отсутствие расходных материалов делает оптические газовые анализаторы намного выгоднее чем И.Т.

Но приборы по типу оптического газового анализатора нуждаются в частой поверке, что конечно не удобно. Возможность возникновения ошибки у логического устройства так же больше. По этому а войсках Р.Ф до сих пор пользуются комплектами РХБЗ, куда и входят индикаторные трубки, которые не прихотливы к условиям в которых их используют..