氣體分析儀器（qì）現狀與技術比較

1、氣體分析技術介紹

(1)人（rén）工采樣（yàng）法

傳（chuán）統（tǒng）的分析方法如化學分析法、氣（qì）相色譜法較多采（cǎi）用人（rén）工采樣法。人工采樣法的特點是采用人工取樣的方式，抽取某一時點的樣氣進行（háng）分析。它的缺點是顯而（ér）易（yì）見的：必須對氣體（tǐ）進（jìn）行（háng）人工取樣，在實驗室進行分析（xī），其中操作者的操作技能對分析（xī）的精度有很大影響；隻（zhī）能單（dān）一成份地逐個進行檢測分析，不具備多（duō）重輸入和信號處理功能；分析費時費力，響應速度慢，效率低，難以實時地反映工況信息。

(2)連續采樣法

連續采樣法主（zhǔ）要有紅外線（xiàn）式、紫外線式和熱導式三種測（cè）量方法。連續采樣法的特點（diǎn）是采用不同（tóng）測量方法（fǎ）的氣體分析係統都由采樣預處理係統和（hé）分析儀表（biǎo）兩部分組（zǔ）成（chéng），采樣探頭將被測氣體從煙道或（huò）管道中引出並進行預處理後，連續送入儀器（qì）的氣體室中，分析儀器通（tōng）過不同的方法完成氣體濃度的測量。上述三（sān）種測量方法（fǎ）的係統集成方式、適應性（xìng）和性價比有很大的（de）區別（bié）。

應用最廣泛的紅外線式氣體分析儀基於非色散紅外吸收（shōu）光譜（NDIR）的原理，其測量方法（fǎ）是基於氣體對紅外線進行選擇性吸收的原理，當被測（cè）氣（qì）體通過測量管道時吸收紅外光源（yuán）發出的特（tè）定頻率（lǜ）光（與被測氣體成分有關）使光（guāng）強衰減，測出光強的衰減程度即確（què）定了被測氣體的濃度。

紫外線式氣體分析儀是基於被測氣體（tǐ）對紫外光選擇性的輻射（shè）吸收原（yuán）理，可（kě）以測量SO2、NOx、HCl、Np等氣體，但在同等性能（néng）、功能情況下儀器（qì）價格較高。

熱導式氣體分析儀的（de）工作原理是利用各種氣體不同的熱導係數，即具有不（bú）同的（de）熱傳導速率來進行測量（liàng）的。當被測氣體以恒定的流速（sù）流入分析儀器時，熱導池內的鉑熱電阻絲的阻值會因被測氣體的濃度變化而變化，運用惠斯頓電（diàn）橋（qiáo）將阻值信號轉換成電信號（hào），通過電（diàn）路處理將信號放大、溫度補償、線性化，使其成為測量值。熱導式氣體分析器的應用範圍很廣，如p、Cl2、Np、CO2、Ar、He、SO2、p中的O2、O2中的p和（hé）N2中（zhōng）的p等等；它的測量範圍也（yě）很寬，在0%~100%圍內均可測量。熱導（dǎo）式分（fèn）析儀器是一種結構簡單、性能穩定、價廉、技術上（shàng）較為成熟的儀器。但（dàn）是熱導式分析儀器對氣體的壓力波（bō）動、流量波動十分（fèn）敏感，介（jiè）質中水汽、顆粒等雜質（zhì）對測量影響較大，所以（yǐ）必須安裝複雜的采樣（yàng）預處理係統。

(3)現場在線測量法

現場在線測（cè）量法中以半導體激光吸收光譜（pǔ）技術（DLAS）最為先進和最具有代表性。DLAS技術的特點是（shì）無（wú）需采樣預處理係統，分析儀器直接安（ān）裝在測量現場，通過一束（shù）穿過被測氣體的激光光束來實現現場在線氣體分析。DLAS技術可實現多種氣體如CO、CO2、O2、HF、HCl、Cp、Np、p0、pS、HCN、C2p、C2p等的自動檢測，適用於鋼鐵、冶金、石化、環（huán）保（bǎo）、生化、航（háng）天等各種領域。

雖然DLAS技術與其他吸收光譜氣體分析技術都利用吸收（shōu）光譜技術來實現氣體分析，但由於DLAS技術采用了獨特（tè）的“單（dān）線光譜”技術和調製光（guāng）譜技術，可不受背景氣（qì）體交叉幹擾和粉（fěn）塵、視窗汙染（rǎn）的幹擾，並可自動修正（zhèng）氣體溫度、壓力等氣體參數變化的（de）影響，因此可以（yǐ）將分析儀器直接安裝在測量現場，實現其他光譜吸收技術無法或很難實現（xiàn）的現場在線連續（xù）氣體測量。

DLAS技術的優（yōu）勢在（zài）於能適應高溫、高水分、高粉塵、強（qiáng）腐蝕性和高流（liú）速的被（bèi）測氣體（tǐ）環（huán）境（jìng），無需采（cǎi）樣預處理係統，測量精（jīng）度高，響應速度快。隨著半導體激光（guāng）氣體分析技術的（de）逐步成熟，相關光電元器件成本（běn）的顯著下降，其性價比優（yōu）勢更為突出。在發達國家（jiā），半導體激光氣體測量技（jì）術已逐步取代傳統氣體檢測技術，在氣體在線監測領域得到了日益廣泛的應用。

二、DLAS技術簡介

聚光（guāng）科（kē）技研發生產的（de）LGA-2000係列激光現場在線（xiàn）氣（qì）體分析儀是基於DLAS技術開發的現場在線氣體分析儀器。

DLAS（DiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）是半導體激光吸收光譜技術的簡稱。該技（jì）術是利用激光（guāng）能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸（xī）收光譜的原理來測量氣體濃度的一種技術。具體來說，半導體激光器發射出的特定波長的激光束穿過被測氣體時，被測氣體對激（jī）光束進行吸收導致激光強度產生（shēng）衰減，激光強度的衰（shuāi）減與被測（cè）氣體含量成正比，因此，通過測量激光強度衰（shuāi）減信息就可（kě）以分析（xī）獲得被測氣體的濃度。

九（jiǔ）十年代後，半導體激光器和光纖元件發展迅速（sù），性能大大提高，價格大幅下降，室溫工作、長壽命（>100，000小時（shí））、單模特（tè）性和（hé）較寬波長範（fàn）圍的半導體激光器被大量地生產出來並投入市（shì）場，一（yī）些高靈敏度的光譜技術如frequencymodulationspectroscopy、cavityringdownspectroscopy等也逐漸成熟，DLAS技術開始被較多地（dì）應用於科學和工程研究，發達（dá）國（guó）家（jiā）的一些儀器公司也（yě）開始將DLAS技術應用於氣體監測。由於DLAS技術較傳統光譜檢測技（jì）術具有顯著的技術優勢而（ér）得（dé）到了迅速推廣（guǎng）。

FocusedPhotonics,Inc.(FPI)是DLAS技術的主要開發廠商之一，FPI自主開發了擁有完全知識產權的全係列的激光氣體分析產品，並廣泛應用於鋼鐵（tiě）、冶金（jīn）、石化、環保、生化、航天等（děng）領域（yù）。

FPI通過聚光（guāng）科技（杭州）有限公司（sī）將該（gāi）技術引入中國，結合中（zhōng）國各行業的實際需求，開發了LGA-2000係列激光現場在線氣體分析儀、LGA-3000係（xì）列激光采樣在線（xiàn）氣（qì）體分析儀，並且在鋼鐵（tiě）、焦化、石化、電力（lì）、環保（bǎo）、航天等行業取得了（le）良好的應用。

三、DLAS技術的特點

DLAS技術的特點主要表現為：

1.惡劣環境適應能力強，無需采樣（yàng）預處理係統，實現現場在（zài）線連續測量

激（jī）光（guāng）在線氣體分析儀采（cǎi）用DLAS技術獨有的“單線光譜”原理，使用（yòng）非接觸式激光測（cè）量方法，測量儀器與被測量氣體環境隔離,其分析測量不受測量環境中背景（jǐng）氣體、粉塵（chén）以及（jí）環境溫度（dù）和壓力的影響，具（jù）有高溫、高粉塵、高水份、高腐蝕性、高流速等惡（è）劣測量環境的（de）良好適應性，避免了傳統氣體分析係統（tǒng）必需的（de）複雜的采樣預處理（lǐ）係（xì）統，從而實現了現場在線連續測量。

2.克服了背景氣（qì）體、水分和粉塵（chén）的吸收幹擾，測量精度大大提高

DLAS獨特的“單線光譜”技術、頻率掃描（miáo）技術、譜線展（zhǎn）寬自動修正技術克服了背景氣體、水分和粉塵的吸收幹（gàn）擾，修正了溫度和壓力等氣體參數（shù）變化對（duì）氣體濃度測量的（de）影響，而且係統直接對現場氣體進行測量，氣體信（xìn）息不（bú）失真。

相對於傳統的氣（qì）體測量技術，這些獨特的（de）測量技術和現場測量方法（fǎ）大大提高了測量的精度。
3.響應速度快，實現（xiàn）工業過程實時在線管理

DLAS技（jì）術（shù）進行氣體分析不需采樣預處理係統，節省了樣氣預（yù）處理的時間和樣氣在管道內的傳輸時間。係統可以達到毫秒級的響應速度，幾乎是實時地反（fǎn）映過程氣體濃度及其（qí）他參數變化狀況，完全可以（yǐ）滿（mǎn）足（zú）工業過程實時在線（xiàn）管理的需要。

4.可同時檢測（cè）多種氣體參數，能測量分析多種（zhǒng）氣體，應用麵廣，儀器發展（zhǎn）潛力大

采用DLAS技術可同時在線測量氣體的濃度、溫度和流速等，並可實現（xiàn）多種氣體如CO、CO2、O2、HF、HCl、Cp、Np、p0、pS、HCN、C2p、C2p等的自動檢測，可廣泛（fàn）應用於鋼鐵、冶金（jīn）、石化、環保、生化、航天等領域。較以往采用多種檢（jiǎn）測技術並進行係統集（jí）成而言，采（cǎi）用（yòng）DLAS技術可大大（dà）簡化儀器的（de）結構（gòu），進而實現氣體分析儀器的微型化、網絡化（遠距離數據無線傳輸）、智能化和自動化。

5.光纖傳輸特性使係統（tǒng）的應用更加靈活，性價比更高

DLAS技術采用的激光光源與常規光纖有良（liáng）好的兼容性，所以可以將半導體激光器放置（zhì）在中（zhōng）央處理單元內，把光纖輸出（chū）的激光通過樹形光纖分路耦合（hé）器同時耦合到多根（gēn）光纖，不同的光纖把激光傳遞到幾個不同的測量位置，對（duì）這幾（jǐ）個不同位置的氣體同時進行測量，從而實現分布（bù）式（shì）的在線氣體監測分（fèn）析。采用光纖後測量（liàng）係統的抗電磁幹（gàn）擾能力、適應惡劣環境和防爆環境的能力非常強；整套測（cè）量係（xì）統的成本大大降低；與傳統的氣體分析係統相比，配置更加靈活，性（xìng）價比也更高。

四、DLAS技術與連續采樣法氣體分析技術比較

指標DLAS技術連續采樣法氣體分析技術（shù）

預處（chù）理係統不需要必需

測量方法現場、連續、實時測量采（cǎi）樣預處理後間斷測量

氣體環境高溫、高粉（fěn）塵、高水分（fèn）、高流速、強（qiáng）腐蝕等（děng）惡劣環境適應能力強隻能測量恒溫、恒壓、恒流、幹（gàn）燥及無粉（fěn）塵（chén）的氣體

響應速度（dù）快：取（qǔ）決於信號分析速度（光（guāng）電（diàn）傳播時間可忽略（luè）），小於1秒（miǎo）慢：取決於采樣預處理時間、樣品氣傳輸時間（jiān）、儀（yí）表響應時間，超過20秒

準（zhǔn）確性實地測量，氣體信息不失真；測量值為氣體（tǐ）線平均濃度；不受背景氣體、粉（fěn）塵及（jí）氣體參數影響溶解吸附泄漏導致氣體信息（xī）失真；測量值為探頭位置局部濃度；背景氣體、粉塵及氣體參數影響測量的準確性

連續性連續測量間（jiān）斷測量：反吹時無法測量

可靠性無運動器件，可靠性高較多（duō）運動部件，可靠性低（dī）

測量參數可同（tóng）時測量氣體濃度、溫度、流速等參數（shù）隻能測量氣體濃度

介質幹擾不受背景氣體交叉幹擾；自動（dòng）修（xiū）正粉塵（chén）及光學視窗汙染幹擾受背景氣體的交（jiāo）叉幹擾，無法定量（liàng）修正粉塵及光（guāng）學視窗汙（wū）染幹擾

標（biāo）定維護標定：3~4次/年；維護：3~4次/年，自動（dòng）提示標定：一個月2~3次；維護：經（jīng）常

運行費用無需（xū）備品備件；運行費用接近（jìn）於零（líng）（僅為電費）需要較多備品備件；年費用一般為係統（tǒng）成本的（de）20%左右