红外线气体分析仪的光源包括辐射源及反射镜,光源还分单光源与双光源两种,单光源对电源变化所产生的影响是一样的。因为它只有一个光源,但安装要求很高。双光源安装要求不是很高,但对电源的要求高。对光源有如下技术要求。
辐射的光谱成份要稳定,因为各种气体对红外线的吸收具有选择性,如发射光谱成份不稳定,就意味着待测组分特征吸收波长能量也不稳定。对同一浓度的待测组分,吸收的能量就会不同,这将造成测量误差,为了满足这一要求应选择合适的灯丝材料。在工业化生产中,红外线气体分析仪使用的光源灯丝材料有碳化硅、镍铬丝及钇、锆、钍等金属的氧化物。一般以镍铬丝用得*,因为他的热稳定性好,抗氧化性比较强,同时制作也容易。其次,必须保证激发辐射的条件恒定,因此灯丝的电源应由稳定电源供给,以防止电压波动而造成灯丝电流的波动,从而使灯丝温度发生变化,造成光谱成份和辐射能量的变化。另外,在不至于影响灯丝分子蒸发和使用寿命的情况下,加热功率可以大一点,从而得到较大的辐射能。一般镍铬丝的直径为0.4-0.7mm,加热功率取5-10w。
辐射能量应大部分集中在待测组分特征吸收波段范围内。这样可以增加待测组分吸收能量,提高测量的灵敏度。适当地选择光源灯丝材料和工作温度可以实现这一要求。如镍铬丝在730℃时,其辐射光谱的波长主要集中在3-10μm范围内,能满足大部分气体分析的要求。在实用中,灯丝电流是不能任意改变的。
通过多个气室的红外线要平行于气室的中心轴线,否则,红外线进入气室后将发生多次反射而造成测量误差。
不管用单光源还是双光源,都必须经反射后的红外线能平行于气室的中轴线通过气室,因而,反射镜是理想的抛物面,而灯丝的体积应尽量小,以便接近于点光源。
灯丝的绕法有两种,一种是螺旋形绕法,它的优点是比较近似点光源,但正面发射能量小。另一种是锥形绕法,它的优点是正面发射能量大,但绕制工艺比较复杂。目前使用的以螺旋形绕法为多。为了缩小体积,减少热量损失,绕制的螺距要尽量小,以不至于造成层间短路为限。灯丝的绕制在螺旋形胎具上进行,绕好后还需要整形,然后再通入1.1-1.4倍的工作电流做连续几天的老化处理,再从几何形状和电阻值中进行筛选,选出符合要求的,对称的一对作为同一个仪器的光源。
用金属丝绕制灯丝总是会受到诸多因素的限制,目前已有采用半导体作为光源的。在激光技术得到广泛应用的时代,采用激光作为红外线光源应该是十分理想的,它的原色性好,方向性好,辐射能量也大。加热电源的功率可通过调整灯丝电压进行改变。
关键词:气体分析仪