红外分析仪简介课件

1、红外分析仪的原理 仪表部：陈丙力红外分析仪的原理 红外分析仪的原理红外光的能量与分子振荡的能量相当。近红外区光谱：0.78-2.5um。中红外区光谱：2.5-40um。远红外区光谱：40-1000um。在分子中，根据量子力学理论，分子中存在电子能级和分子内原子间的振动和整个分子转动能级。当电子能级和振动-转动能级发生跃迁时，就会产生分子吸收光谱或分子发射光谱，表现为带状光谱。如果分子的能级由基态跃迁至激发态，产生吸收光谱：反之产生发射光谱。红外分析仪的原理红外分析仪的原理电子能级跃迁吸收光谱位于紫外和可见光波段，（200-780）nm.1-20eV分子内原子间的振动能级发生跃迁时吸收光谱位于近

2、红外和中红外波段（780nm-25um）。0.05-1eV.红外吸收光谱也称为分子震动光谱。整个分子转动能级发生跃迁时，吸收光谱位于远红外和微波波段（25-10000）um。0.001-0.05eV红外分析仪的原理电子能级跃迁吸收光谱位于紫外和可见光波段，（电磁波频谱光谱区域波数 (cm-1)电子激发电子跃迁分子跃迁分子转动106105103102104107101X-射线紫外线红外线微波14,2854,000400100近红外中红外远红外Absorbance弱强电磁波频谱光谱区域波数 (cm-1)电子激发电子跃迁分子跃迁红外分析仪的原理分子不同能级间的跃迁，产生不同的分子吸收或发射光谱。振动

3、能级跃迁所产生的电磁波谱处于中红外光谱区。当特定的波长的红外光与分子相遇时，如果光与分子不发生相互作用，则光随即通过该物质，不产生吸收光谱：N2Symmetrical Homonuclear Molecule:dm/dx = 0No IR AbsorptionTransparentl = 2 - 25 m红外分析仪的原理N2Symmetrical Homonucl红外分析仪的原理如果光与分子以特定的方式发生相互作用，则物质吸收该波长的光。产生吸收光谱。这是我们称之为红外活性。HCll = 3.4 m红外分析仪的原理如果光与分子以特定的方式发生相互作用，则物质红外分析仪的原理l = 4.7 mC

4、O红外分析仪的原理l = 4.7 mCO红外分析仪的原理将双原子红外活性分子看作是振动偶极子当光子与样品中的分子相互作用时，会产生两种结果。1，光子的震动频率与分子的振动频率不匹配。2，光子的频率与分子的振动频率相互匹配，此时分子就吸收光子的能量，使偶极子的振幅增大频率不变。红外分析仪的原理将双原子红外活性分子看作是振动偶极子分子振动分子是由原子组成的氢和氧原子水分子分子振动分子是由原子组成的氢和氧原子水分子分子振动: 伸缩振动和弯曲振动对称振动H-O-H不对称H-O-H弯曲振动H-O-H分子振动: 伸缩振动和弯曲振动对称振动不对称H-O-H弯曲振分子振动在通常情况下，分子大多处于基态振动，分

5、子吸收红外光从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收带称为基频吸收带。由基态到第二，第三，第四.激发态的跃迁所产生的吸收带成为第一，第二，第三泛频吸收带。如果从基态同时跃迁到多个第一激发态，所产生的吸收带称为组频吸收带。分子振动在通常情况下，分子大多处于基态振动，分子吸收红外光从几种气体分子的特征吸收波长分子式 吸收峰波长UMCO 2.37 4.65 CO2 2.7 4.26 14.5CH4 3.3 7.65 C2H4 3.45 5.3 7 10.5NH3 10.4NO 5.2SO2 7.3H2O 2.0 2.8 几种气体分子的特征吸收波长分子式 吸收红外分析仪的原理非分光技术其测量是基于在2.58

6、UM中红外光谱区域特殊气体的不同原子的分子健间的谐振吸收。被测量的各种气体依靠特定的吸收健来区分。每一气体有自己的吸收光谱。即（指纹）。以下气体无自己的吸收光谱：单元子分子，如惰性气体。对称气体，如H2,O2,N2。这种气体无法用红外测量。郎伯比尔定律：红外分析仪的原理非分光技术红外分析仪的原理A吸收的光能。I0进入测量池的光能。I1离开测量池的光能。()样品组分的消光系数。样品组分的浓度。L样品池的长度。红外分析仪的原理A吸收的光能。红外分析仪的分类按红外光谱的特性分类：1， 分光型红外分析（色散型）。优点：选择性好，灵敏度较高。缺点：分光后，光束能量小（limas11,multiwave)

7、。2， 非分光型红外分析仪（非色散型）。灵敏度更高，信/噪比高，稳定性好。缺点：吸收峰有重叠。(Uras14,Uras26).按检测器分类：1，薄膜电容检测器。2，微流量检测器。3，半导体检测器。红外分析仪的分类按红外光谱的特性分类：红外分析仪的分类按光学系统分：单光路：Multiwave ,Limas11.双光路：uras14.uras26红外分析仪的分类按光学系统分：红外分析仪的组成调制单元。光源。切光片。切光马达。气室。标定池。检测器。加热器。压力传感器。Power moduleIR Module board. Sensor CPUSyscon board。红外分析仪的组成调制单元。Ur

8、as 14 DiagramEMEMADSensor electronic - boardSystem controllerRS 232PInternal BusSoftware e.g. 1.3.2Detector specificdates EEPROMSensor CPU - boardAD60CSensorTemp.FuseHeater1.3.2.Uras 14 DiagramEMEMADSensor el调制单元调制单元调制单元位置：附于主架上。结构：1接受盘，2一个或两个光源，3切光片，4切光片和切光马达的连接，5电路板（光源电源接头，同步马达接头，光栅。），6 用以密封光源和调制

9、单元的O型圈）。功能：计算机控制同步马达驱动切光片，切光片交替的覆盖测量和参比气室。光线在每一周内交替的通过测量和参比气室各两次 ，红外检测器的信号通过安装在马达驱动轴上的标杆切割光栅来排列。通过把光调制，使测量信号更加稳定。 调制单元位置：附于主架上。调制单元调制单元光 圈位置：光圈和其调节螺钉位于气室和调制单元之间的主架上。结构：主架上通常安装有两个光圈。调节螺钉驱动其水平方向移动。功能：光圈起遮光器的作用。用以调节光路平衡。光 圈位置：光圈和其调节螺钉位于气室和调制单元之间的光 圈光 圈光 源红外光源：按类型分类，单光源（ABB和SIEMENS)和双光源.按发光体分类，陶瓷光源（ABB)

10、，合金丝光源。激光光源（成本高，寿命短）。ABB光源是陶瓷光源，抛物面反射体，寿命长，密封隔爆。为增长寿命，内部填充特殊气体。光 源红外光源：光 源光 源光 源光 源切光片切光片，把光源的光变成断续的光，对红外光进行调制，使检测器信号成为交流信号，便于放大器放大，可以改善检测器的响应时间特性。两个内圈用于透过参比光，两个外圈用于透过测量光。切光片切光片，把光源的光变成断续的光，对红外光进行调制，使检切光片切光片切光马达切光马达切光马达切光马达，频率7.3Hz.频率增高，灵敏度降低，原因：在一个周期内，接收到的辐射能减少，另外，气体的热量及压力传递跟不上辐射能的变化。切光马达切光马达，频率7.3

11、Hz.频率增高，灵敏度降低，原因气 室位置 ：位于带有调制单元的主架和检测器或校验单元之间。结构：铝管,分两种类型。1 化学抛光，2 镀金。铝管中间有隔墙沿纵向把它一分为二。两端用红外窗口密封。一侧为参比侧（充氮气，完全密封）。，一侧为测量侧，参比侧充入氮气。窗口材料（氟化钙）要求有良好的透射性能，不分光，不反射。要有一定的机械强度。不易破裂，不怕潮湿，能经受温度变化。对介质有良好的化学稳定性。气 室位置 ：位于带有调制单元的主架和检测器或校验气 室功能：1理想的光反射，2防腐蚀，3化学抛光气室提供较高的信号稳定性，尤其是用于烟气的测量，4反射特性在调柱平衡时给与纠正。5对于特殊的应用有特殊的

12、气室。如流动参比气室，带虑波器的气室（滤波气室充有干扰气体）。气 室功能：1理想的光反射，2防腐蚀，3化学抛光气气 室清理：拆下气室，对着阳光观察参比和测量侧，比较两侧是否接近，如果污染较严重，需要清洗，一般用，蒸馏水，酒精，丙酮等。症状：偏移量太高。漂移较大。灵敏度降低。气 室清理：拆下气室，对着阳光观察参比和测量侧，比气 室气 室气室气室气室气室气室气室气室气室气室气室滤波气室位置：安装于气室和检测器之间或气室和标定池之间。结构：滤波气室是镀金管，参比和测量由隔板分开，两侧由红外透光窗口分开。两个定位销用于滤波气室的定位。功能：在测量和参比两侧，分别填充干扰气体。其吸收干扰范围的部分红外光

13、。锐减交叉灵敏度。滤波气室位置：安装于气室和检测器之间或气室和标定池之间。滤波气室滤波气室光学滤波器位置：根据测量任务，光学滤波器出于如下位置。1位于气室和红外检测器之间，2位于两个红外检测器之间，3位于标定单元和红外检测器之间。结构：滤光片紧锢在金属圈中。安装位置不同，金属圈也不同。功能：通过安装干扰滤波器，去掉干扰重叠部分的光谱。根据应用，此滤波器只允许一定波长范围的光通过。主要用于SO2,NO,N2O,CnHm.光学滤波器位置：根据测量任务，光学滤波器出于如下位置。1位于光学滤波器光学滤波器标定池标定池标定池位置：是一个可选部件，安装于气室和检测器之间，靠马达来驱动。结构：其有四个气室，

14、三个充氮气，一个充测试气。功能：其用于标定量程，标定时要通零点气，如果一个光路有两个检测器，那么测试气要混合填充。标定池位置：是一个可选部件，安装于气室和检测器之间，靠马达来标定池标定池标定池标定池标定池标定池的测试：目测，在正常测量和零点校验单元的滑块位于低位置。量程校准时把它移到高位置。标定池标定池的测试：目测，在正常测量和零点校验单元的滑块位于检测器位置：位于气室的末端。根据应用，可以安装1-4个检测器，每一光路最多可以安装两个检测器。结构：薄膜电容检测器：又称薄膜微音器，由金属薄膜动极和定极组成电容器，当接收气室的压力受红外辐射能的影响而变化时，推动动片相对于定片移动，把被测组分的变化

15、转化为电容量的变化。ABB检测器有两个气室，内部填充被测气体，气室是串联性的，它有两大优点：零点稳定，抗干扰能力强。预放大器和其在一起，测温元件在预放大器中，用以温度补偿。当有多个检测器时只有第一个检测器的测温元件被使用。有3个跨接线，分别为X1,X3,X10.检测器位置：位于气室的末端。根据应用，可以安装1-4个检测器检测器功能:光线进入检测器被所添充的气体吸收，通过分子碰撞把热能迅速转变为压力。压力的变化转变为电容的变化。通过高阻抗电路放大产生相应的MV信号，150V直流供电，主要的吸收发生在前室，在后室吸收两侧的光，这部分光与干扰组分叠加产生交叉灵敏度，较长的后室厚度吸收大部分的干扰光，

16、其产生的压力正好与前室的相反，能够抵消一定数量的交叉灵敏度。特点：温度变化影响小，选择性好，灵敏度高。缺点：薄膜易受机械震动的影响，调制频率不能提高。检测器功能:光线进入检测器被所添充的气体吸收，通过分子碰撞把检测器ABB检测器是薄膜电容检测器。检测器ABB检测器是薄膜电容检测器。微流量检测器其测量微小气流，其传感元件是两个微型热丝电阻，和另外两个组成会斯通电桥，热丝电阻通电加热到一定温度。当有气体流过时，带走部分热量，使热丝元件冷却，电阻变化，通过电桥转变为电信号。热丝原件有两种，一种是栅状镍丝电阻，建成镍格栅(Siemens 120度)，它是把很细的镍斯编织成栅栏状，这种热丝垂直装配于气路

17、中，为流量从格栅中间通过。另一种是铂丝电阻，在云母片上用超微技术，光刻上很细的铂丝制成，这种铂丝电阻平行装配于气路通道中，为流量从其表面通过。特点：耐震性能好。微流量检测器其测量微小气流，其传感元件是两个微型热丝电阻，和微流量检测器Siemens采用这一技术。三明制的层状设计1mm2 米面积内分布24根热丝最小的交变流量不使用膜式传感器 -微流量检测器Siemens采用这一技术。微流量检测器0,15 mm1mm2气流R1R2R2R4R1R3微流量检测器0,15 mm1mm2气流R1R2R2R4R1R微流量检测器特点:无可动部件 没有可磨损的东西没有麦克风效应将流量线性地转化为电信号微流量检测器

18、特点:温度调节电路板位置：位于红外主架上。结构：本电路板有两个加热电阻，温度传感器（NTC) 焊接到电缆上，一个电缆连接到位于护罩上的附加加热器。热熔短丝被卡子封于主架里。功能：温度调节电路板用于控制光学部件的温度，尤其是气室，优点表现在以下方面：1 把温度的影响减少到最小，2 小量程测量，3减少其他外部原因产生的漂移。温度一般设定为55度，热熔短丝为85度。温度调节电路板位置：位于红外主架上。温度调节电路板测温元件的测试：从Sensor cpu板上的X8 拔下4针插头，测量黄线和绿线，在25度时是10K欧姆。在55度实施3K欧姆。热熔断丝的侧试：测量其电阻为连续值。温度调节电路板测温元件的测

19、试：温度调节电路板温度调节电路板补充加热器罩补充加热器罩热熔断器热熔断器压力传感器位置：根据分析模块的不同配置，压力传感器安装于不同的位置。结构：压力传感器位于一块电路板上，其连接到红外板上。功能：压力传感器测量样品池的压力，一般连接在样器排出口上。用于测量信号的压力修正。作为可选项，压力传感器也可用于外部压力的测量。1 绝压传感器，2 工作范围700-1300mba。3 需要偏差校正。压力传感器位置：根据分析模块的不同配置，压力传感器安装于不同压力传感器压力传感器压力传感器X2连接到模件板。A连接气体的入口，B对大气。压力传感器电源1 电源1 IR模件板位置：位于分析器模块旁边，插在Sens

20、or Cpu板上。结构：板的背面有三个多针连接器，用于电源和信号连接。有两个插座用于连接带状电缆到光学部件。功能：其有如下功能，1 四通道用以连接最多可能4个检测器，2为薄膜电容提供150伏直流电源，3为光路1和光路2供电，4为切光马达供电，5光栅信号，6为标定池马达供电。IR模件板位置：位于分析器模块旁边，插在Sensor CpuIR模件板IR模件板Sensor cpu 板位置：位于分析器模块旁边，插在IR板上。结构：用于信号处理，和IR板通过三个多针连接器连接在一起，还有五个插头用于中央的和外围的功能。功能：其有下列功能。1，用于模块处理和控制的处理器。2，A/D转换器。3，多路器变量。4

21、，内部的样品预处理控制。5，氧传感器信号处理。6，15和24伏直流电源。7，产生复位。8，内部总线控制。Sensor cpu 板位置：位于分析器模块旁边，插在IRSensor cpu 板Sensor cpu 板Sensor cpu 板Sensor cpu 板Syscon board Syscon board Syscon board1EXC 0746924Exchange Syscon2 incl.Compact Flash cardRAMSyscon board1EXC 0746924ExchanSYSCON BOARDEXC 0746728 Exchange Syscon1SYSCON B

22、OARDEXC 0746728 ExchanSYSCON BOARDSYSCON BOARDSyscon boardEXC 0769065 Exchange-kit, incl.1x Syscon21x RAM1x Compact Flash card1x Analog output module1x Digital I/O module2x Connectorsmounted on carrier1x Identification plate1x Installation instructionincl. manuals + softwareCaution! Only available i

23、f Syscon1 willget by return delivery!Syscon boardEXC 0769065 ExchanSYSCON BOARDSYSCON BOARDSYSCON BOARD0769065 Replacement kit, incl.1x Syscon21x RAM1x Compact Flash card1x Analog output module1x Digital I/O module2x Connectorsmounted on carrierSYSCON BOARD0769065 ReplacemenSYSCON BOARD0746924 Sysco

24、n2 incl.Compact Flash card+ RAMSYSCON BOARD0746924 Syscon2 inDIGITAL BOARD990056 Digital module set incl.Digital I/O module,connectorsmall parts for mounting,installation instructionDIGITAL BOARD990056 Digital moANALOG BOARD990055 Analog output module set, incl.Analog output moduleconnectorsmall par

25、ts for mounting,installation instructionANALOG BOARD990055 Analog outpModbus module990054 Modbus module set, incl.Modbus modulesmall parts for mounting,installation instructionModbus module990054 Modbus modProfibus module990057 Profibus module set, incl.Profibus module,small parts for mounting,insta

26、llation instructionProfibus module990057 ProfibusRAM0746929 RAMRAM0746929 RAMCompact Flash card0746930 Compact Flash cardwith basic initialization for AO2000Compact Flash card0746930 Comp连接电缆位置：连接在红外板和光学部件之间。种类：1，五十带状电缆，IR模件板-IR部件。2，四针接头，Sensor cpu 温度控制电路板。3，四针接头，光源电路板-光源。4，24V插头，连接盘-Sensor cpu板。（仅用于外部电源）5，总线连接，连接盘- Sensor cpu板。 （仅用于外部总线）6，20针带状电缆， IR模件板-IR 3，4检测器。7，26针带状电缆， Sensor cpu板-内部启动模块获O2 Sensor。连接电缆位置：连接在红外板和光学部件之间。故障处理状态信息： 过程状态信息，有关测量值和分析仪监测到的过程信息。1超出量程范围（大于+130