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          詳細分析一下紅外氣體傳感器的工作原理

          2020-05-27

            紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性,利用氣體濃度與吸收強度關系鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。
           
            下面就讓我們一起來了解一下紅外氣體傳感器的原理是什么吧
           
            分子中的電子總是處在某一種運動狀態中,每一種狀態都具有一定的能量,屬于一定的能級。 電子由于受到光、熱、電的激發,從一個能級轉移到另一個能級,稱為躍遷。
           
            當這些電子吸收了外來輻射的能量,就從一個能量較低的能級躍遷到另一個能量較高的能級。由于分子內部運動所牽涉到的能級變化比較復雜,分子吸收光譜也就比較復雜。在分子內部除了電子運動狀態之外,還有核間的相對運動,即核的振動和分子繞重心的轉動。
           
            而振動能和轉動能,按量子力學計算是不連續的,即具有量子化的性質。
           
            所以,一個分子吸收了外來輻射之后,它的能量變化△E為其振動能變化△Ev、轉動能變化△Er以及電子運動能量變化△Ee的總和。
           
            物質對不同波長的光線具有不同的吸收能力,物質也只能選擇性地吸收那些能量相當于該分子振動能變化△Ev 、轉動能變化△Er以及電子運動能量變化△Ee總和的輻射。
           
            由于各種物質分子內部結構的不同,分子的能級也千差萬別,各種能級之間的間隔也互不相同,這樣就 決定了它們對不同波長光線的選擇吸收。
           
            如果改變通過某一吸收物質的入射光的波長,并記錄該物質在每一波長處的吸光度(A),然后以波長為橫坐標,以吸光度為縱坐標作圖,得到的譜圖稱為該物質的吸收光譜或吸收曲線。
           
            某物質的吸收光譜反映了它在不同的光譜區域內吸收能力的分布情況,可以從波形、波峰的強度和位置及其數目,研究物質的內部結構。
           
            分子的振動能量比轉動能量大,當發生振動能級躍遷時,不可避免地伴隨有轉動能級的躍遷,所以無法測量純粹的振動光譜,而只能得到 分子的振動-轉動光譜,這種光譜稱為紅外吸收光譜。
           
            紅外吸收光譜是一種分子吸收光譜。當樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時,分子吸收某些頻率的輻射,并由其振動或轉動運動引起偶極矩的凈變化,產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷,使相應于這些吸收區域的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數或波長關系曲線,就得到紅外光譜。
           
            當紅外線波長與被測氣體吸收譜線相吻合時,紅外能量被吸收。紅外光線穿過被測氣體后的光強衰減滿足朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律。氣體濃度越大,對光的衰減也越大。
           
            因此,可通過測量氣體對紅外光線的衰減來測量氣體濃度。為了保證讀數呈線性關系,當待測組分濃度大時,分析器的測量氣室較短,短的為0.3mm;當濃度低時,測量氣室較長,長的為>200mm。經吸收后剩余的光能用紅外檢測器檢測。

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