[实用新型]一种非分光型气体分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种非分光型气体分析仪，属于光电及微机电系统领域。 

背景技术

在生产过程中对财产与人的健康、生命造成危害的因素大体上可以分为物理、化学与生物三方面。其中化学因素的影响危害性最大。而有毒有害气体又是化学因素中最普遍、最常见的部分。根据危害可将有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。有毒气体又根据他们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、窒息性气体和急性中毒的有机气体三大类。对以上有毒有害气体进行实时的、定量的浓度进行分析检测的设备及仪器称之为气体分析仪。 

有毒有害气体分析仪器从原理可以分为三大类： 

1、利用物理化学性质的气体传感器：如半导体、催化燃烧、固体导热、光离子化等。 

2、利用物理性质的气体传感器：如热导、光干涉、光谱吸收等。 

3、利用电化学性质的气体传感器：电流型、电势型等。 

对于常见的可燃气LEL的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠通斯电桥，其中一桥臂上有催化剂，当电桥与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。从以上原理可知，通过该方法检测可燃气，它以催化燃烧为基础，所以它的分辨率较低。因此对于有机气体毒性的检测不能采用该检测方法。 

对于有机挥发性气体毒性的检测，以前一般采用检测管的方法，但由于检测管的种类有限，且精度不高，操作麻烦，所以实际的应用受到影响。目前世界上比较先进的检测方法为光离子化检测方法，它的原理为：通过一紫外灯将目标气体电离，离子通过一传感器收集形成电流，该电流与目标气体的浓度成正比，从而实现对有机挥发性气体的定量检测，由于是离子级别的检测，所以该方法的分辨率高、响应时间快。从原理上可以知道，凡能被电离的有机物就能被仪器进行检测，而不能被电离的物质就不能被检测。由于大多数常见的无机气体的IE都很高，所以不会对检测进行干扰。而大多数的有机气体都能被电离，所以该检测器对有机挥发性气体来说，为宽带检测器，精度高、检测范围宽、响应时间短、易操作等特性决定了该仪器特别适于安全与工业卫生领域的应用。 

对于常见有毒气体的检测，特别是无机毒气，一般采用专用的传感器进行检测。既定性又定量进行检测。该类传感器大多为电化学传感器及基于光谱法的气体传感器，称为光谱气体传感器。 

电化学传感器一般为三电极的形式。其中目标气体在工作电极上发生反应，产生的电流通过对电极构成回路，参比电极为工作电极提供合适的偏值。传感器通过参比电极与工作电极的催化剂实现选择性反应，即定性反应。回路产生的电流与气体的浓度成正比，实现定量反应。电化学传感器性能比较稳定、寿命较长、耗电很小、分辨率较高。它的温度适应性也比较宽。然而，它的缺点是： 

1、测量精度受温度变化的影响比较大，有时很难进行温度补偿处理。 

2、干扰问题：由于一种传感器会对多种气体同时响应，用户无法认定是那种气体引起读数，也就是，用户无法确定那种危险存在，这也是很麻烦的事情。 

3、使用寿命问题：电化学传感器的寿命取决于其中电解液的干涸，将其密 封放在较低温度的环境中可以延长一定的使用寿命。 

光谱气体传感器的基本原理是：物质的红外光谱，是其分子结构的反映，光谱图中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到的。这就是通过比较大量已知化合物的光谱，从中总结出各种基团的吸收规律来。实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C＝C、C≡C、C＝O等，都有自己特定的光谱吸收区域，分子其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。绝大多数有毒有害气体都有其特征吸收峰。 

一般来说，大多数有毒有害气体都有其特征吸收峰。有毒有害气体对其特征谱段光谱能量的吸收在低浓度范围内遵循比尔-朗伯定律： 

P=P₀Exp(-kcl) 

其中P₀为光源所产生的能量，P为光源所产生的能量通过存在有毒有害气体的环境后所剩余的能量，k为有毒有害气体的光谱吸收系数，l为光源距光谱探测器的距离，c为有毒有害气体的浓度。