山东新泽仪器生产的S2000型红外线分析仪介绍

一、S2000红外线分析仪用途及应用范围

　　S5000型红外线气体分析器用于连续分析CO、CO2、SO2、CH4、NH3等一种气体在多种气体混合物中的含量。产品应用领域广泛：

u 用于大气及污染源排放等环保监测；

u 用于石油、化工、电站等工业过程控制；

u 用于农业、医疗卫生和科研等领域；

u 实验室各种燃烧试验的气体含量测定；

u 用于公共场所的空气监测；

二、前言

工业过程气应用红外线气体分析仪器基本有以下领域：环境领域、电力领域、化工领域、石化领域、水泥领域、冶金领域等。

现如今由于红外线气体分析仪在各个领域日益显示它的重要性，各工业发达国家都在积极发展这种气体分析仪。红外线气体分析仪的研究是我国国民经济可维持发展和颁发的<大气污染防治法>重要技术之一，并具有可观的经济效益和重要的社会意义。

在深入研究污染源气体在线监测集成设备关键技术的基础上，将传统光学技术以现在检测理论相结合，围绕非分光型红外线气体分析仪从硬件设计和软件设计两个方面发展开了深入的研究。在分析国内外红外气体分析仪现状的基础上，探索了红外分析仪器研究的新方法。

虚拟仪器的出现改变了传统仪器的思想，它充分利用了计算机强大的软硬件资源，把计算机技术和测量技术机密的结合起来。本论文研究的是利用虚拟仪器技术进行机型上位机的软件设计的红外气体分析仪，它通过上位机的结合和下位机的结合，不信具备传统红外气体分析仪的功能还能整体降低仪器的成本。虚拟仪器技术应用提高了和红外分析仪器的数据管理能力，提高仪器测量。

三、红外线分析仪特点

山东新泽仪器有限公司研发部将美国NicoIet公司的红外光谱仪加以改进转化成自己的技术作为系统的，基于经典小二乘法对SO2、NO、NO2、CO2、CO混合气体进行多组分定量分析。此系统检测灵敏度为10-6级，检测响应时间为秒级。

红外线气体分析仪硬件系统设计

鉴于气体浓度测量在恶劣环境工作，为了达到气体浓度的测量，要求设计的数据采集对多处的采集气体进行浓度采集并保存于数据存储器中：测量完毕后，可通过上位机通讯软件将采集的数据通过串行通讯接口载入计算机中，绘制时间-电压、时间-浓度曲线、保存数据，并进行相应的分析。

红外线气体分析仪硬件系统整体的结构主要由检测器、信号放大电路、采样保持器、A/D转换器、单片机、PC机等。功能结构框图如下:

图 --- 功 能 结 构 图

检测器检测出来的弱电线号经放大和采集器采样后，再通过多通道模拟开关送至数据采集系统，由数据采集系统进行A/D转换后，经过RS232接口再送入计算机中。然后送至LDC显示器。如工业要用气体浓度值上下线来连锁PLC，可以用分析仪后面的RS232、RS485或4～20mA模拟信号连接到工业工控机。

三、气体的红外线吸收特征

异核分子结构的气体对中红外波段的红外线，具有选择吸收的特性。利用傅立叶变换红外光谱仪对常见的八种气体的吸收光谱进行了测定。

                                  波长

常见的工业气体在指纹区的红外吸收 光谱

1-CH4   2-CO2   3-CO   4-NO2   5-NO   6-SO2   7-C2H4   8-C2H2

从上图可以看出，其中吸收率处对应的波长称为特征吸收峰值波长，如上图所示。根据吸收谱峰值波长与相对强度来确定物质结构，根据曲线包络面积或波峰高度确定物质浓度。红外线气体分析仪就是根据物质红外线吸收吸收峰值波长<称为特征吸收波长>和该处吸收强度来分析物质的性质和浓度大小。以上图所示中特征吸收波长为中心波长，以等于或小于上图半高宽为带宽，制成的滤光片称为气体特征滤光片。

表--不同气体的特征吸收峰值波长

    事实上，受光学镀膜工艺限制，很难使得气体特征滤光片的透射谱线与该气体吸收谱线重合，而且滤光片中心波长越大，对应半高宽越大。比如SO2滤光片半带宽0.21um，而CO2滤光片半带为0.06um。红外线在大气中传播，由于大气和烟云中存在的水蒸气、臭氧、二氧化碳等物质的分子具有强烈吸收作用而被迅速衰减，衰减强度与波长有关。

四、红外线气体分析仪上位机软件设计

智能红外线气体分析仪是分析气体浓度的数据处理、测试数据以及数据管理以一身。系统采用模块设计方法，将系统功能分成四大模块：通讯接口模块、测试模块、历史记录与管理模块及系统帮助模块。各模块又由相关的子模块组成，参见下图所示：

图 -- 统模块框图

数据处理模块由数据接口单元、PC机、A/D转换卡和一台LCD显示器或打印机组成。接口单元将信号放大，变换成与A/D转换卡相匹配的模拟信号，然后经A/D转换成数字信号，计算机采样信号，并显示在屏幕上，通过红外气体分析仪数据处理软件可进行数据处理，并打印出相应气体浓度信号，列出数据表，还可以进行曲线和数据存储。数据系统由采样单元和分析单位组成，采样单元与数据转换接口配合，通常与仪器联机而取得原始测量数据，并保存数据文件中。分析单元则对数据进行分析处理，包括对曲线的各部分做出必要的标记，然后再把曲线输出到打印机或制作成图片文件。

五、数据处理系统解释框图

                                 红外线原理图

六、展望

    大气环境的监测与治理是人类所关注的热点问题，相关监测设备与技术研究已经渗透到工业生产和人类生活的各个方面。本文简单的阐述了污染源红外线气体在线监测设备，该仪器涉及光学、电子、计算机、网络通讯、信息融合等多学科领域，属于多种高新科技集成的应用研究。由于红外气体分析仪在地震预报、石油勘探、大气物理、矿井安全、高压设备故障诊断、化工过程控制、污染源监测、医疗卫生、冶金安全控制及工艺控制等传统工业，乃至现在所有的新技术革命带头科学如生物科学、微电子学、新型材料等领域均有着越开越广泛的应用，吸引国内外学者和研究机构从不同角度展开广泛的研究。希望经过学者们经过不懈的研究在不久的将来，开出希望之花，来造福人类共同的家园！

七、S2000红外线分析仪主要技术数据

u 量程:小量程为0～50ppm；量程为0～100%（根据需要确定）；

u 重复性：≤1%（分辨率：常量：≤0.01%v/v,微量：1ppm）；

u 稳定性：零点漂移≤±1%F.S/7T；量程漂移≤±1%F.S/7T；

u 线性误差≤±1%F.S；

u 仪器的响应时间：T90≤15s；

u 被测气体的流量：0.5～3L/min；

u 使用环境温度:0～40℃；

u 相对湿度：≤90%；

u 电源:220V±10%；50±0.5Hz150W；

u 测量值输出:0～20mA;0～10mV;4～20mA；1～5V(按用户要求提供，在负载600Ω内不受负载影响，数字式显示。)

u 外形尺寸：450mm×500 mm×220 mm；

u 重量：19.5kg；

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