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NDIR:气体浓度计算概述

关键词:NDIR,传感器点击:
1.什么是NDIR传感器?
NDIR传感器使用非分散红外(NDIR)原理来确定气体浓度。每个传感器由红外源,光腔,双通道检测器组成和内部热敏电阻。气体扩散到光学腔中。来自红外源的光线通过通过光学腔,在与撞击探测器之前它与气体相互作用。某些气体吸收特定波长(吸收带)的红外辐射。双通道检测器由一个活动通道和一个参考通道组成。活动频道已安装使用一个滤波器,使得唯一的波长对应于波段的吸收波段目标气体被允许通过。如果目标气体存在于光腔中,则强度通过滤光片并击中活动通道的光线减少。参考频道的探测器配有滤光片,只允许没有光线的波长吸收带通过。撞击参考通道的光强度不是受气体的影响。参考通道的使用允许光线的变化强度得到补偿。使用的探测器对环境高度敏感温度等都要经常监测.

2.如何从传感器获得有用的信号?
为了从NDIR传感器中获取来自探测器的有用信号,红外源通常以1至3Hz的脉冲以50%占空比的方波脉冲进行开关。 使用热电探测器的IRC-A1传感器的建议频率为2 Hz,使用热电堆探测器的IRC-AT传感器的建议频率为3 Hz。 实际频率并不重要,但必须稳定。 使用合适的电路可以从前置放大器产生近似正弦的检波器输出信号。 这些信号的峰 - 峰幅度很重要。 在下面的讨论中,使用有效和参考信号是指幅度。

3.校准传感器
对于传感器校准需要两个参数。 这些是零和SPAN:
零。 这是在没有目标气体时活动信号与参考信号的比率:
其中:
ACT0和REF0是零气中的信号。
ZERO是传感器特定的参数,只要传感器安装(或重新安装)在仪器中就应该确定。
应该打开传感器电源并使其在零点气体中至少预热30分钟。 然后测量有效信号和参考信号并确定零点。 温度也应该被测量和记录。

跨度。 这是撞击在能够被目标气体吸收的检测器的有源元件上的辐射比例。 由于过滤器带宽和吸收光谱中的精细结构,将会有辐射不能被目标气体吸收。 SPAN可以确定如下:

 
其中:
ABSx是校准浓度下的吸光度(见下文)
X:有关每个传感器范围的建议SPAN浓度
b和c是线性化系数。

4.吸光度的测定
吸光度定义为:

其中:
I = ACT / REF
I0 = ACT0 / REF0 = ZERO
因此可以使用以下方法从传感器输出中确定吸光度:

5.气体浓度的测定
气体浓度由下式确定:
气体浓度的测定

其中:
ABS是吸光度
SPAN是吸收辐射的比例(在校准过程中确定(见上文))
b和c是线性化系数
请注意,上述公式假设为正吸光度。 如果吸光度是负的,应该使用下面的等式。 请注意,虽然负吸收意味着负面的气体由于温度影响,可能遇到它们。
负吸收

6.温度补偿
温度对NDIR传感器的影响很复杂,必须注意确保有效的温度补偿。 温度的变化会影响吸光度,SPAN和表观气体浓度。 温度补偿算法的复杂性适用于数据取决于所需的准确度。 下面给出两个简单线性的细节更正。

6.1仅限SPAN补偿
对于满量程值较高的传感器(例如> 10%vol。CO2),通常只需校正即可SPAN,使用以下等式:
其中:
SPANT是在温度T下的SPAN
SPANcal是校准过程中确定的SPAN
βo是SPAN ONLY修正系数
Tcal是校准温度

6.2 ABS和SPAN补偿
为了确保低浓度下的准确性,可能需要校正吸光度和SPAN。 使用以下等式校正吸光度:
 

其中:
ABST是温度校正后的吸光度,T
ABS是未校正的吸光度
α是吸光度校正系数
Tcal是校准温度
SPAN然后如上所述进行校正,但是为了确保不同系数的精确补偿应使用:

哪里:
SPANT是在温度T下的SPAN
SPANcal是校准过程中确定的SPAN
βA是ABS和SPAN校正系数
Tcal是校准温度

7.计算温度校正后的气体浓度
校正ABS和/或SPAN后,可以计算气体浓度。 但是,在为了将温度T下的气体浓度(体积%)与气体浓度相关联(以体积百分比计)在校准温度下,有必要采用理想的气体定律。 这个说明了气体浓度随温度的明显变化(因为NDIR传感器对电池中目标气体的分子数量敏感,而不是体积百分比)温度T下的气体浓度由下式给出:
温度校正气体浓度计算公式



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