Şekil 6, gerçek bir kızılötesi gaz analizörü yapısının bir örneğini göstermektedir. Tablo 1'de listelenen işlevlerle ana parçaların bir kombinasyonundan oluşur.
Şekil 6: Kızılötesi gaz analizörünün yapısı
| 1) Kızılötesi ışık kaynağı | 2.5-25μm'lik orta kızılötesi radyasyonda dalga boyları içeren kızılötesi radyasyon ışığı yayar |
| 2) Doğrayıcı | Kızılötesi ışık kaynağından bir numune hücresine ve bir referans hücresine düzenli bir döngüde sağlanan aralıklı kızılötesi radyasyon (Bir tür modülasyon mekanizması) |
| 3) Örnek hücre, Referans hücresi | Numune hücresi, ölçülen bileşeni içeren numune gazını akıtan bir gaz hücresidir. Referans hücresi, referans gazı akan veya kapalı olan bir gaz hücresidir ve kızılötesi radyasyon için optik bir yol haline gelir. |
| 4) Optik filtre | Ölçülen bileşenin emilen spesifik dalga boyunun yalnızca kızılötesi radyasyonunu ileten çok katmanlı bir membran filtre |
| 5) için ana dedektör Ölçülen bileşen | Ölçülen bileşenin kızılötesi absorpsiyonundaki değişiklikleri algılamak için sensörler içeren algılama mekanizması |
| 6) için kompanzasyon dedektörü Müdahale eden bileşen | Ölçülen bileşen için girişim yapan bileşenin etkisini telafi etmek için girişim yapan bileşenin kızılötesi absorpsiyonundaki değişiklikleri algılamak için sensörler de dahil olmak üzere algılama mekanizması |
| 7) Sinyal işleme | Ölçülen bileşenin konsantrasyonunu hesaplamak için algılanan 5 ve 6 sinyalleri için sinyal işleme |
Fotoğraf 1 : Ana bileşenlerle konfigüre edilmiş bir kızılötesi gaz analizörü örneği
Fotoğraf 1, ana bileşenlerle yapılandırılmış bir kızılötesi gaz analizörü örneğini göstermektedir. HORIBA, çeşitli pazar ihtiyaçlarına hızlı bir şekilde yanıt verebilmek için bir kızılötesi gaz analizörünün temel bileşenlerini kendi bünyesinde üretmektedir: kızılötesi ışık kaynağı, numune hücresi, referans hücresi, optik filtre ve dedektör.
Bu bölüm, gerçek kızılötesi gaz analizörünün çalışma prensiplerini açıklamaktadır. Kızılötesi gaz analizörünün temel yapısı (Şekil 4) bir referans hücresi, bir kıyıcı ve bir pnömatik dedektör (Şekil 5) içerir ve tablo 2'deki üç ana işlevi kullanarak gaz konsantrasyonunu ölçebilir (Şekil 6, Fotoğraf 1).
| 1) Ölçülen bileşenin algılama fonksiyonu | Numune gazında ölçülen bileşene karşılık gelen emilen kızılötesi radyasyonu algılar |
| 2) Modülasyon Fonksiyonu | Ölçüm doğruluğunu artırmak için, kızılötesi ışık kaynağından gelen kızılötesi radyasyon düzenli bir aralıkta kesintilidir ve dedektör sinyali modüle edilmiş bir sinyal olarak verilir. |
| 3) Enterferans Bileşeni için Kompanzasyon Fonksiyonu | Ölçülen bileşen üzerindeki parazit yapan bileşen etkilerini telafi etmek için enterferans yapan bileşenin konsantrasyonuna karşılık gelen kızılötesi absorpsiyonu tespit edin |
Bu bölüm, numune gazının egzoz gazı olduğu ve egzoz gazındaki CO'nun ölçüldüğü durumdaki çalışma prensibini açıklamaktadır.
İki gaz hücresi (numune hücresi ve karşılaştırma hücresi) kullanılır. NDIR ölçüm prensibine dayalı olarak her bir gaz hücresinde üretilen kızılötesi absorpsiyon miktarındaki fark, pnömatik dedektördeki bir kondansatör mikrofon tarafından bir basınç farkı olarak algılanır ve basınç farkını kullanarak numune gazındaki ölçülen bileşenin konsantrasyonunu ölçer. Ölçülen bileşenin konsantrasyonunu ölçmek için kullanılan dedektör, ölçülen bileşen için ana dedektör olarak adlandırılır (Şekil 6).
Örnek Hücre, Referans Hücre ve Kondenser Mikrofonun İşlevleri ve İşlemleri (Şekil 7)
Şekil 7: Analizörün Temel Çalışma Prensibi
Pnömatik dedektörün içinde (Şekil 5), ölçülen bir bileşen olan CO, bir kondansatör mikrofon diyaframı ile ayrılmış her iki bölmede bulunur. Dedektörde bulunan kondansatörlü mikrofonun diyaframı, iki odacık arasındaki basınç farkına bağlı olarak hareket eder, bu diyafram ile oluşturulan bir kondansatörün ve arka plakanın kapasitansının değişmesi ve basınç farkı elektrik sinyali olarak algılanır.
Referans hücresinde, kızılötesi radyasyonu emmeyen N2 gibi inert bir gaz kapatılmıştır. Bu hücrede, kızılötesi radyasyon emilmez ve sadece CO için emici dalga boyunun kızılötesi radyasyonu optik filtreden iletilir ve referans hücresinin altındaki dedektörün sağ odasına girer. Kapalı CO, iletilen kızılötesi radyasyonu emer ve ısı üretir, bu da oda basıncını arttırır ve diyaframı sürekli olarak sabit bir basınçta iter.
Öte yandan, egzoz gazındaki CO konsantrasyonuna bağlı olarak numune hücresinde kızılötesi radyasyon emilir. Numune hücresinde emildikten sonra belirli bir dalga boyunun kızılötesi radyasyonu, CO'nun kızılötesi absorpsiyon dalga boyu için optik filtre tarafından seçici olarak iletilir ve numune hücresinin altındaki dedektörün sol odasına girer ve diyaframı karşılık gelen bir basınçta iterek sol haznede bulunan CO tarafından emilen kızılötesi radyasyon miktarı. Bu sırada, diyafram sol ve sağ bölmeler arasındaki basınç farkıyla hareket eder (hareket etmez veya sol bölmeye hareket etmez. Basınca gelince, sol hazne ≦ sağ hazne). Bu basınç farkı, egzoz gazındaki CO'nun kızılötesi absorpsiyonu olarak bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve verilir, bu da sinyal işleme ünitesi tarafından bir CO gazı konsantrasyon değerine dönüştürülür.
Kondenser mikrofonu, diyafram ile arka plaka arasında, diyaframın sol ve sağ tarafı arasındaki basınç farkına karşılık gelen bir mesafe farkı olduğunda kapasitanstaki değişikliği algılar. Ölçülen bileşen gazının konsantrasyonu çok az değiştiğinde ve diyaframın hareketi küçük ve yavaş olduğunda bile, kızılötesi ışık kaynağından gelen kızılötesi radyasyon, diyaframı düzenli bir aralıkta titreştirmek için düzenli bir aralıkta kesilir ve dakika konsantrasyon değişimi doğru bir şekilde ölçülebilir. Bu işlem dizisine modülasyon denir.
Doğrayıcının İşlevi ve Çalışması
Şekil 8: Helikopter Çalışması ve Kızılötesi Besleme
Spesifik olarak, modülasyon işlemini gerçekleştiren kızılötesi ışık kaynağı altında kıyıcı adı verilen papyon adı verilen ince bir plakayı döndüren bir mekanizmadır (Şekil 8).
Bu ince plakayı döndürerek, numune hücresinin ve referans hücrenin her bir kızılötesi ışık kaynağının kızılötesi radyasyon miktarı periyodik olarak %0'dan %100'e sürekli olarak değişir. Örneğin, kıyıcı her iki hücrenin kızılötesi ışık kaynağıyla tamamen örtüşüyorsa (dönme açısı: 0 derece), her iki hücrede de kızılötesi radyasyon oluşmaz ve kondansatör mikrofon diyaframı şişmez. Tersine, örtüşme olmadığında (dönme açısı: 90 derece), kızılötesi ışık kaynağından gelen %100 kızılötesi radyasyon her iki hücreye de verilir.
Şekil 9: Kızılötesi Gaz Analizörünün Çalışması ve Ölçülen Bileşenin Konsantrasyon Sinyallerinin Tespiti
1) ve 2)'yi birleştirerek, kondansatör mikrofonunun, numune hücresine akan ölçülen bileşenin (egzoz gazındaki CO) konsantrasyonuyla orantılı diferansiyel yanal basıncı algılaması mümkündür (Şekil 9).
Numune gazında bulunan ölçülen bileşen dışındaki gazlar arasında, ölçülen bileşenin kızılötesi absorpsiyon dalga boyu ile örtüşen dalga boylarına sahip bazı gazlar bir arada bulunabilir. Bu gaza enterferans yapan bileşen denir. (Şekil 10 grafiği: ölçülen bileşen ve enterferans yapan bileşen için kızılötesi absorpsiyon dalga boyları ve kızılötesi absorpsiyon miktarları) Enterferans yapan bileşen bir arada bulunduğunda, ölçülen bileşen çıkış sinyali için ana dedektör, enterferans yapan bileşen tarafından emilen kızılötesi radyasyon içerir, bu nedenle bu etki ortadan kaldırılmalıdır. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için, enterferans yapan bileşen için kompanzasyon detektörü, numune gazındaki enterferans yapan bileşenin konsantrasyonuna karşılık gelen kızılötesi absorpsiyonu algılar.
Enterferans yapan bileşen için kompanzasyon dedektörünün işlevi ve çalışması
Şekil 10: Girişim yapan bileşen için kompanzasyon dedektörü ve girişim etkisi için düzeltmeden sonra ölçülen bileşen sinyalinin alınması
Enterferans yapan bileşen için kompanzasyon dedektörü, ölçülen bileşen için ana dedektör ile aynı kızılötesi radyasyon optik yolu ve modülasyonu işlev görecek şekilde yerleştirilmiştir (Şekil 10). Parazit kompanzasyonu için dedektör aynı zamanda ölçülen bileşen için ana dedektör ile aynı tipte bir pnömatik dedektördür (Şekil 5). Ölçülen bileşen ve ölçülen bileşen için ana dedektördeki enterferans yapan bileşen tarafından emilen kalan kızılötesi radyasyon, enterferans yapan bileşen için kompanzasyon detektörüne iletilir. İletilen bu kızılötesi radyasyon, enterferans yapan bileşen için kompanzasyon dedektöründe bulunan parazit düzeltme gazı tarafından emilir ve kondansatör mikrofonu tarafından bir basınç farkı olarak algılanır. Bu, enterferans yapan bileşenin konsantrasyonuna karşılık gelen bir düzeltme sinyalini (B) algılar (Şekil 10 grafik Enterferans yapan bileşenin düzeltilmesi için sinyal). Sinyal işlemede ölçülen bileşen için ana dedektörün çıkış sinyalinden (A) enterferans bileşeni için kompanzasyon dedektörünün çıkış sinyalini (B) çıkararak, parazit düzeltmeli ölçülen bileşenin konsantrasyonu elde edilebilir.
Sayfa İçeriği Tablosu
Sürekli gaz analizörlerinin ölçüm prensiplerinin açıklamalarının bir listesi için buraya tıklayın >
Herhangi bir sorunuz veya isteğiniz mi var? Uzmanlarımızla iletişime geçmek için bu formu kullanın.
