Çeşitli Kızılötesi Gaz Analizörleri ve Özellikleri

HORIBA şu anda farklı uygulamalar için optimize edilmiş bir dizi kızılötesi gaz analizörü pazarlamaktadır. NDIR kullanan sekiz farklı analizör yöntemi vardır ve bunlar çalışma prensiplerine göre sınıflandırılmıştır (2021 itibariyle). Kızılötesi gaz analizörleri, NDIR özelliğinin bir parçası olan modülasyon bölümünün mekanizmasına göre iki ana kategoride sınıflandırılmaktadır. Her bir yöntem aşağıdaki tablolarda özetlenmiştir (Tablo 3 ve 4). Bu bölümde tipik yöntemlerin (yöntem 1, 2, 4, 6 ve 7) özellikleri, yapısı ve çalışma prensibi açıklanmaktadır.

<Optik Aralıklı Modülasyon Yöntemi>

Tablo 3: NDIR (Optik aralıklı modülasyon yöntemi) kullanan HORIBA 'nın Kızılötesi Gaz Analiz Yöntemlerinin Listesi

<Çapraz Modülasyon Yöntemi>

Tablo 4: NDIR (Çapraz modülasyon yöntemi) kullanan HORIBA 'nın Kızılötesi Gaz Analiz Yöntemlerinin Listesi

<Optik Aralıklı Modülasyon Yöntemi>

Modülasyon Mekanizması için Kıyıcı (döner tip) Kullanma Yöntemi (1-10 Hz)

Yöntem 1: Çift ışın yöntemi (kondansatörlü mikrofon ile)

Şekil 11: Çift ışınlı (kondenser mikrofonlu) analizörün yapısı ve çalışma prensibi

Özellikler, yapı ve çalışma prensibi (Şekil 11)

Bu, önceki kızılötesi gaz analizörlerinde açıklanan yöntemdir (Kızılötesi gaz analizörünün yapısı ve çalışma prensibi).
Hızlı tepki ve yüksek hassasiyete sahiptir.

Çift kızılötesi ışık kaynağı kullanan yöntemlerin hassasiyet sırası genel olarak şu şekildedir;

Çapraz modülasyon yöntemi (çift ışınlı) ... Yöntem 6
Çift ışın yöntemi (kondenser mikrofon ile)... Yöntem 1
Çift ışın yöntemi (akış sensörlü) ... Yöntem 2

Yöntem 2: Çift Işın Yöntemi (akış sensörü ile)

Şekil 12: Çift ışınlı (akış sensörlü) bir analizörün yapısı ve çalışma prensibi

Özellikler, yapı ve çalışma prensibi (Şekil 12)

Özellikler

Işık toplama için bir blok ve bir akış sensörünün bir kombinasyonu, kızılötesi analizör için dış etki azaltma (özellikle titreşim), yüksek hassasiyet ve minyatürleştirme sağlar.

Yapı ve Çalışma Prensibi

Bir numune hücresi ve bir referans hücresi tarafından emilen her kızılötesi radyasyon, dönen yarım ay plakasının bir kıyıcısı tarafından ışık toplama bloğunda dönüşümlü olarak toplanır ve toplanan kızılötesi radyasyon, ölçülen bileşen için ana dedektöre girmek üzere bir optik filtre tarafından iletilir. Giren her kızılötesi radyasyon miktarına karşılık gelen dedektörün içindeki ön ve arka bölmelerde kızılötesi soğurma meydana gelir ve bu her bir bölmenin sıcaklığını artırır.

Aynı zamanda, iki oda arasındaki sıcaklık farkından kaynaklanan kapalı gazın akışı üretilir ve akış sensöründen geçer. Akış sensörü tarafından ölçülen akış hızı, gaz konsantrasyonu ile orantılı olduğundan, gaz konsantrasyonu algılama sinyali olarak sinyal işlemeye gönderilir.

Akış sensöründen geçen gazın yönü, kıyıcının hareketi ile senkronize olarak değişir. Ölçülen bileşen için dedektör içindeki spesifik işlemler aşağıdaki gibidir.

Karşılaştırma hücresinden gelen kızılötesi radyasyon girer -> ön bölmeden gelen kapalı gaz arka bölmeye akar -> kıyıcı döner -> numune hücresinden kızılötesi radyasyon girer -> arka bölmeden gelen kapalı gaz ön bölmeye akar -> kıyıcı döner -Karşılaştırma hücresinden gelen > kızılötesi radyasyon girer -> tekrar .......

Bu işlem sırası, bir kondansatörlü mikrofonun diyaframının hareketine karşılık gelir. Kondenser mikrofonu basınç farkını ölçerken, akış sensörü akış hızını ölçer. Ayrıca, enterferans yapan bileşen için kompanzasyon dedektörünün çalışma prensibi, ölçülen bileşen için ana dedektörünkiyle aynıdır.

Yöntem 4: Tek Işın Yöntemi (piroelektrik sensörlü)

Şekil 13: Tek ışınlı (piroelektrik sensörlü) analizörün yapısı ve çalışma prensibi

Özellikler, Yapı ve Çalışma Prensibi (Şekil 13)

Özellikler

Piroelektrik sensör kullanan kızılötesi radyasyon dedektörü, pnömatik dedektör gibi kapalı gaz gerektirmez. Bu nedenle, minyatürleştirme en büyük avantajdır, ancak hassasiyet pnömatik dedektörünkinden daha düşüktür.

Yapı ve Çalışma Prensibi

Bu yöntem, modülasyon mekanizması olarak bir kıyıcı ile numune gazı tarafından emilen kızılötesi radyasyon için dedektörün piroelektrik sensörlerini kullanır. Numune gazında ölçülen her bir bileşeni bir sıcaklık değişimi olarak algılamak için, ölçülen her bileşen için bir dizi optik filtre ve bir piroelektrik sensör kullanılır. Piroelektrik sensörler, ölçülen her bir bileşen tarafından kızılötesi absorpsiyondaki değişiklikleri algılar ve ölçülen her bir bileşenin konsantrasyonu, algılama ve karşılaştırma sinyallerine dayalı olarak hesaplanır.

<Çapraz Modülasyon>

Modülasyon mekanizması için bir solenoid valf kullanarak gaz anahtarlama yöntemi (1 Hz)

Yöntem 6: Çapraz Modülasyon Yöntemi (çift ışınlı)

Şekil 14-1: Çapraz Modülasyon Yönteminin Yapısı (çift ışınlı) Analizörü

Özellikler, yapı ve çalışma prensibi

Özellikler

Akışkan modülasyon yöntemi, çapraz modülasyon yöntemi olarak da adlandırılır. Bu yöntem çok küçük bir kaymaya sahiptir ve uzun vadede kararlı bir çıkış sinyali sağlar. Ayrıca, bu yöntem, algılama sensörünün kondansatör mikrofonunun diyaframını sola ve sağa hareket ettirir, algılanan sinyalin miktarını bir kıyıcı kullanmaya göre iki katına çıkarır ve böylece gürültü bağışıklığını artırır.
Diğer bir özellik ise, bu yöntemin analizörün bakımı için kıyıcının ihtiyaç duyduğu konum ayarını gerektirmemesidir. Bununla birlikte, gaz hücresinde kapalı gaz kullanılmadığı için referans gazın sürekli akması gerekir. Numune gazını ve referans gazını dönüşümlü olarak gaz hücresine akıtmak için bir solenoid valf sistemi de gereklidir.

Yapı ve Çalışma Prensibi (Şekil 14-1 ve 14-2)

Bir kıyıcı kullanan geleneksel modülasyondan farklı olarak, bu yöntem, numune gazını ve referans gazı aynı gaz hücresine dönüşümlü olarak sokmak için düzenli aralıklarla geçiş yapmak için bir solenoid valf ünitesi kullanır, böylece solenoid valf ünitesi modülasyon mekanizmasını gerçekleştirir. Bu yöntem için bir analizör yapısı örneği Şekil 14-1'de gösterilmiştir.

Kıyıcı tarafından yapılan modülasyon, numuneye ve referans hücrelerine sağlanan kızılötesi ışık kaynağı miktarını değiştirirken, çapraz modülasyon yöntemi, numuneye ve referans hücrelerine akan gazı değiştirir. Modülasyon mekanizması dışında, ölçülen bileşenin konsantrasyonunu tespit etmek için gerekli olan ölçülen bileşenin algılama fonksiyonu ve enterferans yapan bileşen için kompanzasyon fonksiyonu, şimdiye kadar açıklanan kızılötesi gaz analizörününkilerle aynıdır, bu nedenle bu bölüm modülasyon mekanizmasının çalışmasına odaklanmaktadır (Şekil 14-2).

Şekil 14-2: Çapraz Modülasyon Yönteminin Modülasyon İşlemi Prensibi

Solenoid valf ünitesi, numune gazının sol gaz hücresine akmasına ve referans gazın aynı anda sağ gaz hücresine akmasına izin verir. Numune gazında ölçülen gaz bileşeni varsa, kondansatör mikrofonunun diyaframı sol tarafa (numune hücresine doğru) genişleyecektir (Şekil 14-2, soldaki şekil).

Daha sonra, solenoid valf ünitesi değiştirilir ve numune gazı sağ gaz hücresine akar ve referans gazı aynı anda sol gaz hücresine akar.

Numune gazında ölçülen gaz bileşeni varsa, kondenser mikrofonunun diyaframı sağ tarafa (numune hücresine doğru) genişleyecektir (Şekil 14-2, sağ şekil).

Bu işlem, kondansatörlü mikrofonun algılama sinyalini modüle etmek için düzenli bir döngüde tekrarlanır. Dedektördeki kondansatör mikrofonun diyaframını sola ve sağa doğru sallayarak, bu yöntem bir kıyıcı kullanmaya göre iki kat daha fazla algılanan sinyal elde eder ve böylece gürültü bağışıklığını artırır. Ek olarak, ölçüm için her bir gaz hücresinden bir numune ve referans gaz akıtma mekanizması, kızılötesi ışık kaynaklarının bozulmasının etkisini ve algılama sinyalleri için gaz hücrelerinin kirlenmesini azaltarak zaman içinde kararlı ölçümün bir sonucunu verir.

Yöntem 7: Çapraz Modülasyon Yöntemi (tek ışınlı)

Şekil 15: Bir çapraz modülasyon (tek ışınlı) analizörün yapısı ve çalışma prensibi

Özellikler, Yapı ve Çalışma Prensibi (Şekil 15)

Çapraz modülasyon yöntemi (tek ışınlı) çapraz modülasyon yönteminin (çift ışınlı) çalışmasını tek bir gaz hücresinde gerçekleştirir. Solenoid valf ünitesinin döngüsel anahtarlaması, bir gaz hücresinin örnek hücre ve referans hücre işlevlerine geçmesine neden olur ve ölçülen bileşenin konsantrasyonu, bu hücre işlevleri tarafından algılanan iki sinyal ile ölçülür.

Bu yöntemde, kondenser mikrofon sadece bir hazneye bağlanır, böylece diyafram bir yandan diğer yana sallanmaz ve sadece bir yöne hareket eder. Anahtar referans hücresine çevrildiğinde, diyafram düz bir duruma döner. Aksi takdirde, çapraz modülasyon yöntemle (çift ışın) aynı özelliklere sahiptir.

ilgili ürünler

Dağılmayan kızılötesi absorpsiyon (NDIR) analizörleri, ölçülen bileşenlerin çeşitli konsantrasyonlarını sürekli olarak ölçebildikleri için çeşitli alanlarda kullanılır. Örneğin, egzoz gazı, proses gazı ve atmosferik koşulların izlenmesi ve yarı iletken üretimindeki işlemlerin gazlarının ölçülmesi ve kontrol edilmesi için kullanılır.

NDIR analizörleri, gaz ölçümüne ek olarak, su ve sıvı analizi, sürekli ölçüm ve katı malzemelerin element analizi için de kullanılır.