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光学烟气分析仪

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光学烟气分析仪是采用光学原理进行烟气成分分析的仪器,主要包括红外烟气分析仪、紫外烟气分析仪和激光烟气分析仪。


红外烟气分析仪


红外烟气分析仪一般以非分散红外吸收法(NDIR)为核心技术原理


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,通过光强的变化测出气体的浓度


由于分子之间的振动,气体分子在红外波段具有不同的、特定的原子吸收波长,因此能够通过测量特定波长下光学能量的吸收来探测气体浓度。


在气室内部,红外光源发出红外波段的光,光的能量被气室内的气体吸收,被吸收掉的总体能量与气室中所有气体的浓度成对应关系。辐射探测器由于集成了针对被测气体特定波长的红外滤光片,它仅仅对这一特定波长有响应。探测器得到的电信号与被气体吸收掉的光能量成对应关系


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紫外烟气分析仪


紫外烟气分析仪因其独特的优势而广泛应用于与对二氧化硫、氮氧化物等的烟气分析,它采用紫外差分吸收光谱法(DOAS),相对于采用电化学原理制成的烟气分析仪有很好的优势,它不需要冷却器和干燥器,且使用寿命较长。


何为DOAS?DOAS即紫外差分吸收光谱法,是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度。根据郎伯一比耳定理I (K) =I 0(K) exp(2R(K) cL),根据对监测光的吸收程度不同来监测污染因子的浓度。浓度c 的单位用molecule / cm3, 则气体的吸收能力用吸收截面R( 单位: cm2/ molecule) 来表示。考虑到瑞利(Rayleigh) 散射、米氏(Mie) 散射以及大气中其它物质的消光因素, 可以得到修正后的Lambert2Beer定律形式:I (K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(R(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K)。


其技术关键在于将吸收截面Ri(K) 分解为两部分:Ri(K) = Ri0(K) + Ri (K) ,Ri0(K) 表示吸收截面中随波长缓慢变化的/ 宽带0光谱部分( 低频) , Ri(K) 表示吸收截面中随波长快速变化的/ 窄带0 光谱部分( 高频) , 即差分吸收截面。定义I 0(K) 为不包含差分吸收时的光强:I 0(K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(Rio(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K),该式包含光谱强度的慢变化部分, 即消光、大气紊乱、气体的/ 宽带0吸收结构以及系统传输函数等引起的光强变化。


定义Dc (K) 为差分吸收光谱, 可以表示为:Dc (K) = ln Ic0(K)I (K)= L# EiRci(K)#ci(该式中c为上标,表示差分)。其中, I (K) 就是测量得到的采样光谱, Ic0(K) 则可通过提取出I (K) 的慢变化得到。因为差分吸收截面Rci(K) 可由文献或实验室测量的吸收截面Ri (K)计算得到, 光程长L 可通过激光测距等手段获得,所以只要有相应的差分吸收光谱( 足够多的数据点) , 利用Z小二乘, 就可以得到各种吸收气体的浓度ci。


DOAS方法的核心是通过将待测气体的吸收光谱和标准气体的吸收截面进行差分处理,容而得到差分吸收截面和差分光学吸光度。


激光烟气分析仪


激光烟气分析仪用来进行连续工业过程和气体排放测量,适合于恶劣工业环境应用,如钢铁各种燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电和垃圾焚烧等。其原理如下


1.朗伯-比尔定律


因此,TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术,半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述式中,IV,0和IV 分别表示频率V的激光入射时和经过压力P,浓度X和光程L的气体后的光强;S(T)表示气体吸收谱线的强度;线性函数g(v-v0)表征该吸收谱线的形状。通常情况下气体的吸收较小,可用式(4-2)来近似表达气体的吸收。这些关系式表明气体浓度越高,对光的衰减也越大。因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。


2.光谱线的线强


气体分子的吸收总是和分子内部从低能态到高能态的能级跃迁相联系的。线强S(T)反映了跃迁过程中受激吸收、受激辐射和自发辐射之间强度的净效果,是吸收光谱谱线Z基本的属性,由能级间跃迁概率经及处于上下能级的分子数目决定。分子在不同能级之间的分布受温度的影响,因此光谱线的线强也与温度相关。如果知道参考线强S(T0),其他温度下的线强可以由下式求出式中,Q(T)为分子的配分函数;h为普朗克常数;c为光速;k为波尔兹曼常数;En为下能级能量。各种气体的吸收谱线的线强S(T0)可以查阅相关的光谱数据库。

2005-03-22 浏览次数:2060次
本文来源:https://www.yiqi.com/daogou/detail_2820.html
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