โครงสร้างและฟังก์ชันส่วนประกอบของเครื่องวิเคราะห์แก๊สอินฟราเรด
รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างโครงสร้างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดจริง ซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักหลายชิ้นพร้อมฟังก์ชันต่างๆ ดังแสดงในตารางที่ 1
รูปที่ 6: โครงสร้างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด
รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างโครงสร้างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดจริง ซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักหลายชิ้นพร้อมฟังก์ชันต่างๆ ดังแสดงในตารางที่ 1
รูปที่ 6: โครงสร้างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด
| 1) แหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรด | ปล่อยแสงรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นในช่วงรังสีอินฟราเรดกลาง 2.5-25μm |
| 2) ชอปเปอร์ | รังสีอินฟราเรดเป็นระยะที่ส่งจากแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดไปยังเซลล์ตัวอย่างและเซลล์อ้างอิงในรอบปกติ (กลไกการมอดูเลตประเภทหนึ่ง) |
| 3) เซลล์ตัวอย่าง เซลล์อ้างอิง | เซลล์ตัวอย่างเป็นเซลล์ก๊าซที่ส่งก๊าซตัวอย่างที่มีส่วนประกอบที่วัดได้ เซลล์อ้างอิงเป็นเซลล์ก๊าซที่ส่งก๊าซอ้างอิงหรือถูกปิดล้อม และเซลล์นี้จะกลายเป็นเส้นทางแสงสำหรับรังสีอินฟราเรด |
| 4) ฟิลเตอร์กรองแสง | ตัวกรองเมมเบรนหลายชั้นที่ส่งเฉพาะรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นเฉพาะที่ดูดซับของส่วนประกอบที่วัดเท่านั้น |
| 5) เครื่องตรวจจับหลักสำหรับ ส่วนประกอบที่วัดได้ | กลไกการตรวจจับรวมถึงเซ็นเซอร์เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการดูดกลืนอินฟราเรดของส่วนประกอบที่วัด |
| 6) เครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับ ส่วนประกอบที่แทรกแซง | กลไกการตรวจจับ รวมถึงเซ็นเซอร์ เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการดูดกลืนอินฟราเรดของส่วนประกอบที่รบกวน เพื่อชดเชยอิทธิพลของส่วนประกอบที่รบกวนสำหรับส่วนประกอบที่วัด |
| 7) การประมวลผลสัญญาณ | การประมวลผลสัญญาณสำหรับสัญญาณที่ตรวจพบ 5 และ 6 เพื่อคำนวณความเข้มข้นของส่วนประกอบที่วัด |
ภาพที่ 1: ตัวอย่างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก
ภาพที่ 1 แสดงตัวอย่างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดที่กำหนดค่าด้วยส่วนประกอบหลัก เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของตลาดอย่างรวดเร็ว HORIBA จึงผลิตส่วนประกอบหลักของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดภายในบริษัท ได้แก่ แหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรด เซลล์ตัวอย่าง เซลล์อ้างอิง ตัวกรองแสง และเครื่องตรวจจับ
ส่วนนี้จะอธิบายหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดจริง โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด (รูปที่ 4) ประกอบด้วยเซลล์อ้างอิง เครื่องสับ และ เครื่องตรวจจับแบบใช้ลม (รูปที่ 5) และสามารถวัดความเข้มข้นของก๊าซได้โดยใช้ฟังก์ชันหลัก 3 ประการในตารางที่ 2 (รูปที่ 6 ภาพที่ 1)
| 1) ฟังก์ชั่นการตรวจจับของส่วนประกอบที่วัด | ตรวจจับรังสีอินฟราเรดที่ดูดซับตามส่วนประกอบที่วัดในก๊าซตัวอย่าง |
| 2) ฟังก์ชั่นการปรับเปลี่ยน | เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัด รังสีอินฟราเรดจากแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดจะไม่สม่ำเสมอเป็นระยะๆ และสัญญาณเครื่องตรวจจับจะถูกส่งออกเป็นสัญญาณที่ปรับเปลี่ยน |
| 3) ฟังก์ชั่นการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวน | ตรวจจับการดูดกลืนอินฟราเรดที่สอดคล้องกับความเข้มข้นขององค์ประกอบที่รบกวนเพื่อชดเชยผลกระทบขององค์ประกอบที่รบกวนต่อองค์ประกอบที่วัด |
หัวข้อนี้จะอธิบายหลักการทำงานในกรณีที่ก๊าซตัวอย่างคือก๊าซไอเสียและวัด CO ในก๊าซไอเสีย
เซลล์ก๊าซสองเซลล์ (เซลล์ตัวอย่างและเซลล์เปรียบเทียบ) ถูกใช้ ความแตกต่างของปริมาณการดูดกลืนอินฟราเรดที่เกิดขึ้นในเซลล์ก๊าซแต่ละเซลล์ตามหลักการวัด NDIR จะถูกตรวจจับเป็นความแตกต่างของความดันโดยไมโครโฟนคอนเดนเซอร์ในเครื่องตรวจจับลม และวัดความเข้มข้นขององค์ประกอบที่วัดได้ในก๊าซตัวอย่างโดยใช้ความแตกต่างของความดัน เครื่องตรวจจับสำหรับวัดความเข้มข้นขององค์ประกอบที่วัดเรียกว่าเครื่องตรวจจับหลักสำหรับองค์ประกอบที่วัด (รูปที่ 6)
ฟังก์ชันและการทำงานของเซลล์ตัวอย่าง เซลล์อ้างอิง และไมโครโฟนคอนเดนเซอร์ (รูปที่ 7)
รูปที่ 7: หลักการทำงานพื้นฐานของเครื่องวิเคราะห์
ภายใน เครื่องตรวจจับลม (รูปที่ 5) CO ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่วัดได้ จะบรรจุอยู่ในห้องทั้งสองห้องที่คั่นด้วยไดอะแฟรมไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร์ ไดอะแฟรมของไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร์ในเครื่องตรวจจับจะเคลื่อนที่เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันระหว่างห้องทั้งสองห้อง ทำให้ความจุของตัวเก็บประจุที่สร้างขึ้นด้วยไดอะแฟรมนี้และแผ่นด้านหลังเปลี่ยนไป และความแตกต่างของแรงดันจะถูกตรวจจับเป็นสัญญาณไฟฟ้า
ในเซลล์อ้างอิง ก๊าซเฉื่อย เช่น N2 ที่ไม่ดูดซับรังสีอินฟราเรดจะถูกห่อหุ้มไว้ ในเซลล์นี้ รังสีอินฟราเรดจะไม่ถูกดูดซับ และมีเพียงรังสีอินฟราเรดที่ดูดซับความยาวคลื่นของ CO เท่านั้นที่ถูกส่งผ่านตัวกรองแสงและเข้าสู่ห้องด้านขวาของเครื่องตรวจจับซึ่งอยู่ใต้เซลล์อ้างอิง CO ที่ห่อหุ้มจะดูดซับรังสีอินฟราเรดที่ส่งผ่านและสร้างความร้อน ซึ่งจะเพิ่มความดันในห้องและดันไดอะแฟรมด้วยความดันคงที่อย่างต่อเนื่อง
ในทางกลับกัน รังสีอินฟราเรดจะถูกดูดซับในเซลล์ตัวอย่างโดยขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ CO ในก๊าซไอเสีย รังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นเฉพาะหลังจากถูกดูดซับในเซลล์ตัวอย่างจะถูกส่งผ่านตัวกรองแสงสำหรับความยาวคลื่นการดูดซับอินฟราเรดของ CO อย่างเลือกสรร และเข้าสู่ห้องด้านซ้ายของเครื่องตรวจจับด้านล่างเซลล์ตัวอย่าง โดยดันไดอะแฟรมที่ความดันที่สอดคล้องกับปริมาณรังสีอินฟราเรดที่ดูดซับโดย CO ที่ปิดอยู่ในห้องด้านซ้าย ในขณะนี้ ไดอะแฟรมจะเคลื่อนที่ตามความแตกต่างของความดันระหว่างห้องด้านซ้ายและด้านขวา (ไม่เคลื่อนที่หรือเคลื่อนที่ไปยังห้องด้านซ้าย สำหรับความดัน ห้องด้านซ้าย ≦ ห้องด้านขวา) ความแตกต่างของความดันนี้จะถูกแปลงและส่งออกเป็นสัญญาณไฟฟ้าเป็นการดูดซับอินฟราเรดของ CO ในก๊าซไอเสีย ซึ่งจะถูกแปลงเป็นค่าความเข้มข้นของก๊าซ CO โดยหน่วยประมวลผลสัญญาณ
ไมโครโฟนคอนเดนเซอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความจุเมื่อระยะห่างระหว่างไดอะแฟรมกับแผ่นหลังแตกต่างกัน ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้จะสัมพันธ์กับความแตกต่างของแรงดันระหว่างด้านซ้ายและด้านขวาของไดอะแฟรม แม้ว่าความเข้มข้นของก๊าซส่วนประกอบที่วัดจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย และการเคลื่อนที่ของไดอะแฟรมมีขนาดเล็กและช้า แต่รังสีอินฟราเรดจากแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดจะถูกขัดจังหวะเป็นระยะๆ เพื่อสั่นไดอะแฟรมเป็นระยะๆ และสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยได้อย่างแม่นยำ ลำดับการทำงานนี้เรียกว่าการมอดูเลต
หน้าที่และการทำงานของเครื่องสับ
รูปที่ 8: การทำงานของเครื่องสับเทียบกับแหล่งจ่ายอินฟราเรด
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นกลไกที่หมุนแผ่นบางๆ ที่คล้ายโบว์ไทที่เรียกว่าชอปเปอร์ภายใต้แหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรด ซึ่งดำเนินการปรับเปลี่ยน (รูปที่ 8)
การหมุนแผ่นบางนี้ทำให้ปริมาณรังสีอินฟราเรดของแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดแต่ละแหล่งของเซลล์ตัวอย่างและเซลล์อ้างอิงเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0% ถึง 100% เป็นระยะๆ ตัวอย่างเช่น หากเครื่องตัดทับซ้อนแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดของเซลล์ทั้งสองเซลล์อย่างสมบูรณ์ (มุมการหมุน: 0 องศา) จะไม่มีการสร้างรังสีอินฟราเรดในเซลล์ทั้งสอง และไดอะแฟรมไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร์จะไม่พองตัว ในทางกลับกัน เมื่อไม่มีการทับซ้อน (มุมการหมุน: 90 องศา) รังสีอินฟราเรด 100% จากแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดจะถูกส่งไปยังเซลล์ทั้งสอง
รูปที่ 9: การทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดและการตรวจจับสัญญาณความเข้มข้นของส่วนประกอบที่วัด
การรวม 1) และ 2) เข้าด้วยกัน ทำให้ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร์สามารถตรวจจับความดันด้านข้างที่แตกต่างกันตามสัดส่วนของความเข้มข้นของส่วนประกอบที่วัดได้ (CO ในก๊าซไอเสีย) ที่ไหลไปยังเซลล์ตัวอย่าง (รูปที่ 9)
ในบรรดาแก๊สอื่นๆ นอกเหนือจากส่วนประกอบที่วัดได้ซึ่งมีอยู่ในแก๊สตัวอย่าง แก๊สบางชนิดที่มีความยาวคลื่นทับซ้อนกับความยาวคลื่นการดูดกลืนอินฟราเรดของส่วนประกอบที่วัดได้อาจมีอยู่ร่วมกัน แก๊สนี้เรียกว่าส่วนประกอบที่รบกวน (กราฟรูปที่ 10: ความยาวคลื่นการดูดกลืนอินฟราเรดและปริมาณการดูดกลืนอินฟราเรดสำหรับส่วนประกอบที่วัดได้และส่วนประกอบที่รบกวน) เมื่อส่วนประกอบที่รบกวนอยู่ร่วมกัน เครื่องตรวจจับหลักสำหรับสัญญาณเอาต์พุตของส่วนประกอบที่วัดได้จะรวมรังสีอินฟราเรดที่ดูดซับโดยส่วนประกอบที่รบกวน ดังนั้นจึงต้องกำจัดผลกระทบนี้ออกไป เพื่อกำจัดผลกระทบนี้ เครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวนจะตรวจจับการดูดกลืนอินฟราเรดที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของส่วนประกอบที่รบกวนในแก๊สตัวอย่าง
ฟังก์ชันและการทำงานของเครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับชิ้นส่วนที่รบกวน
รูปที่ 10: เครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวนและการรับสัญญาณส่วนประกอบที่วัดได้หลังจากการแก้ไขเอฟเฟกต์การรบกวน
เครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวนจะถูกวางไว้ในลักษณะที่เส้นทางแสงอินฟราเรดและ การปรับคลื่นเดียวกันทำหน้าที่ เหมือนกับเครื่องตรวจจับหลักสำหรับส่วนประกอบที่วัด (รูปที่ 10) เครื่องตรวจจับการชดเชยการรบกวนยังเป็น เครื่องตรวจจับลมชนิดเดียวกัน (รูปที่ 5) กับเครื่องตรวจจับหลักสำหรับส่วนประกอบที่วัด รังสีอินฟราเรดที่เหลือที่ดูดซับโดยส่วนประกอบที่วัดและส่วนประกอบที่รบกวนในเครื่องตรวจจับหลักสำหรับส่วนประกอบที่วัดจะถูกส่งไปยังเครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวน รังสีอินฟราเรดที่ส่งผ่านนี้จะถูกดูดซับโดยก๊าซแก้ไขการรบกวนที่บรรจุอยู่ในเครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวน และจะถูกตรวจจับโดยไมโครโฟนคอนเดนเซอร์เป็นความแตกต่างของความดัน ซึ่งจะตรวจจับสัญญาณแก้ไข (B) ที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของส่วนประกอบที่รบกวน (กราฟรูปที่ 10 สัญญาณแก้ไขส่วนประกอบที่รบกวน) การลบสัญญาณเอาต์พุต (B) ของเครื่องตรวจจับการชดเชยสำหรับส่วนประกอบที่รบกวนออกจากสัญญาณเอาต์พุต (A) ของเครื่องตรวจจับหลักสำหรับส่วนประกอบที่วัดในการประมวลผลสัญญาณ จะทำให้ได้ความเข้มข้นของส่วนประกอบที่วัดพร้อมการแก้ไขการรบกวน
สารบัญหน้า
คลิกที่นี่เพื่อดูรายการคำอธิบายหลักการวัดของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบต่อเนื่อง >
คุณมีคำถามหรือคำขอใดๆ หรือไม่? ใช้แบบฟอร์มนี้เพื่อติดต่อผู้เชี่ยวชาญของเรา
