HORIBA comercializa actualmente una gama de analizadores de gases infrarrojos optimizados para diferentes aplicaciones. Existen ocho métodos diferentes de analizadores que utilizan NDIR, clasificados de acuerdo con su principio de funcionamiento (a fecha de 2021). Los analizadores de gases infrarrojos se clasifican en dos categorías principales según el mecanismo de la sección de modulación, que forma parte de la característica de NDIR. Cada método se resume en las tablas siguientes (Tablas 3 y 4). Esta sección describe las características, la estructura y el principio de funcionamiento de los métodos típicos (método 1, 2, 4, 6 y 7).
Tabla 3: Lista de métodos del analizador de gases infrarrojos de HORIBA que utilizan NDIR (método de modulación de intermitencia óptica)
Tabla 4: Lista de métodos del analizador de gases infrarrojos de HORIBA que utilizan NDIR (método de modulación cruzada)
Figura 11: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de doble haz (con micrófono de condensador)
Este es el método descrito en los analizadores de gases infrarrojos anteriores (Estructura y principio de funcionamiento del analizador de gases infrarrojos).
Presenta una respuesta rápida y alta sensibilidad.
El orden de sensibilidad de los métodos que utilizan fuente de luz infrarroja dual es generalmente el siguiente:
Figura 12: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de doble haz (sensor de flujo)
Características
Una combinación de un bloque para la recolección de luz y un sensor de flujo logra una reducción de la influencia externa (especialmente la vibración), una alta sensibilidad y miniaturización para el analizador de infrarrojos.
Estructura y principio de funcionamiento
Cada radiación infrarroja absorbida por una celda de muestra y una celda de referencia se recoge alternativamente en el bloque de recogida de luz mediante un cortador de la placa de media luna giratoria, y la radiación infrarroja recogida se transmite mediante un filtro óptico para entrar en el detector principal para el componente medido. La absorción infrarroja se produce en las cámaras delantera y trasera dentro del detector correspondiente a cada cantidad de radiación infrarroja introducida, y esto aumenta la temperatura de cada cámara.
Al mismo tiempo, se genera el flujo del gas encerrado causado por la diferencia de temperatura entre las dos cámaras y pasa a través del sensor de flujo. Dado que el caudal medido por el sensor de flujo es proporcional a la concentración de gas, se envía al procesamiento de señales como señal de detección de concentración de gas.
La dirección del gas que pasa a través del sensor de flujo cambia en sincronía con el movimiento del cortador. Las operaciones específicas dentro del detector para el componente medido son las siguientes.
La radiación infrarroja de la celda de comparación ingresa -> el gas encerrado de la cámara frontal fluye hacia la cámara trasera -> el picador gira -> la radiación infrarroja de la celda de muestra ingresa -> el gas encerrado de la cámara trasera fluye hacia la cámara frontal -> el picador gira -> la radiación infrarroja de la celda de comparación ingresa -> repetir .......
Esta secuencia de operaciones corresponde al movimiento del diafragma de un micrófono de condensador. El micrófono de condensador mide la diferencia de presión, mientras que el sensor de caudal mide el caudal. Además, el principio de funcionamiento del detector de compensación del componente interferente es el mismo que el del detector principal del componente medido.
Figura 13: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de haz único (con sensor piroeléctrico)
Características
El detector de radiación infrarroja que utiliza un sensor piroeléctrico no requiere un gas encerrado como el detector neumático. Por lo tanto, la miniaturización es la mayor ventaja, pero la sensibilidad es menor que la del detector neumático.
Estructura y principio de funcionamiento
Este método utiliza sensores piroeléctricos del detector para la radiación infrarroja absorbida por el gas de muestra con un chopper como mecanismo de modulación. Para detectar cada componente medido en el gas de muestra como un cambio de temperatura, se utiliza un conjunto de filtros ópticos y un sensor piroeléctrico para cada componente medido. Los sensores piroeléctricos detectan cambios en la absorción infrarroja por cada componente medido, y la concentración de cada componente medido se calcula en función de las señales de detección y comparación.
Figura 14-1: Estructura de un analizador de método de modulación cruzada (con haz doble)
Características
El método de modulación de fluidos también se denomina método de modulación cruzada. Este método tiene una deriva muy pequeña y proporciona una señal de salida estable a largo plazo. Además, este método obtiene el diafragma del micrófono de condensador del sensor de detección que se mueve hacia la izquierda y hacia la derecha, duplicando la cantidad de la señal detectada que utilizando un chopper, mejorando así la inmunidad al ruido.
Otra característica es que este método no requiere el ajuste de posición que necesita el chopper para el mantenimiento del analizador. Sin embargo, el gas de referencia debe fluir constantemente porque no se utiliza gas cerrado en la celda de gas. También se requiere un sistema de válvula solenoide para hacer fluir el gas de muestra y el gas de referencia a la celda de gas alternativamente.
Estructura y principio de funcionamiento (Figura 14-1 y 14-2)
A diferencia de la modulación convencional que utiliza un chopper, este método utiliza una unidad de válvula solenoide para cambiar a intervalos regulares e introducir alternativamente el gas de muestra y el gas de referencia en la misma celda de gas, de modo que la unidad de válvula solenoide realiza el mecanismo de modulación. En la Figura 14-1 se muestra un ejemplo de una estructura de analizador para este método.
Mientras que la modulación por el chopper cambia la cantidad de fuente de luz infrarroja suministrada a las celdas de muestra y de referencia, el método modulación cruzada cambia el gas que fluye hacia las celdas de muestra y de referencia. A excepción del mecanismo de modulación, la función de detección del componente medido y la función de compensación del componente interferente, que son necesarias para detectar la concentración del componente medido, son las mismas que las del analizador de gas infrarrojo descrito hasta ahora, por lo que esta sección se centra en el funcionamiento del mecanismo de modulación (Figura 14-2).
Figura 14-2: Principio de funcionamiento de modulación del método de modulación cruzada
La unidad de válvula solenoide permite que el gas de muestra fluya hacia la celda de gas izquierda y el gas de referencia hacia la celda de gas derecha simultáneamente. Si hay un componente de gas medido en el gas de muestra, el diafragma del micrófono de condensador se expandirá hacia el lado izquierdo (hacia la celda de muestra) (Figura 14-2, figura izquierda).
A continuación, se conmuta la unidad de válvula solenoide y el gas de muestra fluye hacia la celda de gas derecha y el gas de referencia fluye hacia la celda de gas izquierda simultáneamente.
Si hay un componente de gas medido en el gas de muestra, el diafragma del micrófono de condensador se expandirá hacia el lado derecho (hacia la celda de muestra) (Figura 14-2, figura derecha).
Esta operación se repite en un ciclo regular para modular la señal de detección del micrófono de condensador. Al oscilar el diafragma del micrófono de condensador en el detector hacia los lados izquierdo y derecho, este método obtiene el doble de cantidad de señal detectada que utilizando un chopper, mejorando así la inmunidad al ruido. Además, un mecanismo de flujo de una muestra y un gas de referencia a través de cada celda de gas para la medición permite obtener un resultado de medición estable en el tiempo al reducir la influencia de la degradación de las fuentes de luz infrarroja y la contaminación de las celdas de gas para las señales de detección.
Figura 15: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador modulación cruzada (haz único)
El método de modulación cruzada (haz único) realiza la operación del método modulación cruzada (haz doble) en una celda de gas. La conmutación cíclica de la unidad de válvula solenoide hace que una celda de gas cambie a las funciones de celda de muestra y celda de referencia, y la concentración del componente medido se mide mediante las dos señales detectadas por estas funciones de celda.
En este método, el micrófono de condensador se conecta a una sola cámara, por lo que el diafragma no oscila de un lado a otro y se mueve solo en una dirección. Cuando se gira el interruptor de la celda de referencia, el diafragma vuelve a una condición plana. Por lo demás, tiene las mismas características que el método modulación cruzada (haz doble).
Los analizadores de absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) se utilizan en diversos campos porque pueden medir de forma continua una variedad de concentraciones de los componentes medidos. Por ejemplo, se utilizan para controlar los gases de escape, los gases de proceso y las condiciones atmosféricas, y para medir y controlar los gases de los procesos de fabricación de semiconductores.
Además de la medición de gases, los analizadores NDIR también se utilizan para el análisis de agua y líquidos, la medición continua y el análisis elemental de materiales sólidos.
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