氣體分析儀器現狀與技術比較

1、氣體（tǐ）分析技術介紹

(1)人工采樣法

傳統的分析方法如化學分析法、氣相色譜法較（jiào）多采用人工采樣法。人工采樣法的（de）特點是采用人工取樣的方式，抽取（qǔ）某一時點的樣氣進行分析。它的（de）缺點是顯（xiǎn）而易見的：必須對氣體進行人工取樣，在實驗室進行分析，其中操作者的操作技（jì）能對分析（xī）的精度有很（hěn）大影響；隻能單一成份地逐個進行檢測分析，不具備多重輸入和信號處理功能；分析費時費（fèi）力，響應速度慢，效（xiào）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）要有紅外線式、紫外線式和熱導式三種測量方法。連續采樣法的（de）特點是采用不同測量方法的氣體（tǐ）分析係統都（dōu）由采（cǎi）樣預處理係統和分析儀表兩部分組成（chéng），采樣探頭將被測氣（qì）體從煙（yān）道或管道中引出並進行（háng）預處理後，連續送（sòng）入儀器的氣體室中，分析儀器通過不同（tóng）的方法完成氣體濃（nóng）度的測量。上述三種測量方法的係統集成方式、適應性和性價比有（yǒu）很大的區別。

應用最廣泛的紅外線（xiàn）式氣體分析儀基於非色散紅外吸收光（guāng）譜（NDIR）的原理，其測量方法是基於氣體對紅外線進行選擇性吸收的原理，當被測氣體通過測量管道時吸收紅外光源發出的特定頻率光（與被測氣（qì）體成（chéng）分有關（guān））使光強衰減，測出光強的衰減程度即確定了被測氣體的（de）濃度。

紫外線式氣體分析儀是基（jī）於被測氣體對紫外光選擇性的輻（fú）射（shè）吸收原理，可以測量SO2、NOx、HCl、Np等氣體，但在同等性能、功能情況下儀器價格較高。

熱導式氣體分析儀的（de）工作原理是利用各種氣（qì）體不（bú）同的熱導係數，即具有不同的（de）熱傳導速率來進行測量的。當被測氣體以恒（héng）定（dìng）的流速流入分析儀器時，熱導池內的鉑熱電阻絲的阻值會因被測氣體的（de）濃度變化而變化，運用惠斯頓電橋將阻值信號轉換成電信號，通過電路處理將信號放大、溫度補償、線性（xìng）化，使其成為測量值。熱導（dǎo）式（shì）氣體分析器的應用（yòng）範圍很（hěn）廣，如（rú）p、Cl2、Np、CO2、Ar、He、SO2、p中的O2、O2中的（de）p和N2中的p等等；它的（de）測量範圍也很寬，在（zài）0%~100%圍內均可測量。熱導式分析儀器是一（yī）種結構簡單、性（xìng）能穩定、價廉（lián）、技術上較為成熟的（de）儀（yí）器。但（dàn）是熱導式分析儀器對氣體的壓力波動、流量波動十分敏感，介質中水（shuǐ）汽（qì）、顆粒等雜質對測量影響較大，所以必（bì）須安裝複（fù）雜的采樣預（yù）處理（lǐ）係統。

(3)現場在線測量法（fǎ）

現場在線測量法中以半導體激光吸收光譜技術（DLAS）最為先（xiān）進和最具有代表性。DLAS技術的特點是無需采樣（yàng）預處理係統，分析儀器直（zhí）接安裝在測量（liàng）現場，通過（guò）一束穿過被測氣體的激光光束來實現現場在線氣（qì）體分析。DLAS技術（shù）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（jīn）、石化、環保、生化、航天等各種領域。

雖然DLAS技術（shù）與其（qí）他吸收光譜氣體分析技（jì）術都利用吸收光譜技術來實（shí）現氣體分析，但由於DLAS技術采（cǎi）用了獨特（tè）的“單線光譜”技術和調製光譜技術，可不受背景氣體交叉幹擾和粉塵、視窗汙染的幹擾，並可自動修正氣體溫度、壓力等氣體參數變化的（de）影響（xiǎng），因此可以將分析（xī）儀器直接安裝在測量現場，實現其他（tā）光譜吸收技術無法或很難實現的現場在線連續氣體測量。

DLAS技術的優勢在於能適應高溫、高水分、高粉（fěn）塵（chén）、強腐蝕性和高流（liú）速的被測氣體環境，無需采（cǎi）樣預處理係統（tǒng），測量精度高，響應速度快。隨著半導體激光氣體分析技術的逐步成熟，相關光電元器件成本的顯著下降，其性價比優（yōu）勢更為突出。在發達國家，半導體激光氣體測量技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（fàn）的應（yīng）用。

二、DLAS技（jì）術簡介（jiè）

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

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

九十年代後，半導體激光器和光纖元件發展迅速，性能大大提高，價格大幅下降，室溫（wēn）工（gōng）作、長壽命（>100，000小時）、單（dān）模特性和較（jiào）寬波長範圍的半導體激光器被大量（liàng）地生產出來並投入市場，一些高（gāo）靈敏度的光譜技術如frequencymodulationspectroscopy、cavityringdownspectroscopy等也逐漸（jiàn）成熟（shú），DLAS技術開始被較多地應用於科學和（hé）工程研（yán）究，發達國家的一些儀器公司也（yě）開始將（jiāng）DLAS技術應（yīng）用（yòng）於氣體監測。由於DLAS技術較（jiào）傳（chuán）統光譜檢測技術具有（yǒu）顯（xiǎn）著的技術優勢而得到了迅速推廣。

FocusedPhotonics,Inc.(FPI)是DLAS技術（shù）的主要開發廠商之一，FPI自主開發了擁有完全知（zhī）識產權（quán）的全係列的激光氣體分析產品，並廣泛應用於鋼鐵、冶金、石化、環保（bǎo）、生化、航天（tiān）等領域。

FPI通過聚光科技（jì）（杭州）有限公司（sī）將該技術引入中國，結合中國各行業的實際需求，開（kāi）發了LGA-2000係列激光現場在線氣體分析儀、LGA-3000係（xì）列激光采樣在線氣體分析儀（yí），並且在鋼鐵、焦化、石化、電力、環保、航天等行業取得了良好的應用（yòng）。

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，無需采樣預處理係統，實（shí）現現場在線連（lián）續測量

激光在線氣體分（fèn）析儀（yí）采用DLAS技術獨有的“單線光譜”原（yuán）理，使用非接觸式激光（guāng）測量方法（fǎ），測量儀器與被測量氣體環境（jìng）隔離,其分析測量不受測量環境中背（bèi）景氣體、粉塵以及（jí）環境溫度和壓力的影響，具有高溫、高粉塵、高水份、高腐蝕性、高流速等惡劣測量環（huán）境（jìng）的良（liáng）好適應性，避免了傳統氣體分（fèn）析係統必需的複雜的采樣預（yù）處理係統（tǒng），從而（ér）實現了現場在線連續測量。

2.克服了背景氣體、水（shuǐ）分和（hé）粉塵的吸收幹擾，測（cè）量精度大大提高

DLAS獨特的“單線光譜”技（jì）術、頻率掃描技術、譜線（xiàn）展寬自動修正技術克服了背景氣體、水分和粉塵的吸（xī）收幹擾，修正了溫度和壓力等氣體參數變化對氣體濃度測量（liàng）的影響，而（ér）且係統直接對（duì）現場（chǎng）氣體（tǐ）進行測量，氣體信息不失真。

相對於傳統（tǒng）的氣體測量技術，這些獨特的測量技術（shù）和現場測量方法大大提高了測量的精度。
3.響（xiǎng）應速度快，實現工業過程實時在線管理

DLAS技術進行氣體分析不需采樣預處理（lǐ）係統，節省了樣氣預處理的時間和樣氣在（zài）管道內的傳輸時間。係統可以達到毫秒級（jí）的（de）響應速度，幾乎是（shì）實時地反映過程氣體濃度及其他參數變化狀況，完全可以滿足工業過程實時在線管理的需要。

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

采用DLAS技術可同時在線測量氣體的濃度、溫度和（hé）流速等，並（bìng）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，可（kě）廣泛應用於鋼鐵、冶金、石化、環（huán）保、生化、航天等領域。較以往采用多種檢測技術並進行係統集成而言，采用DLAS技術可大大簡化儀器的（de）結構，進而實現氣體（tǐ）分析儀器的微型化、網絡化（遠距（jù）離數據無線傳輸（shū））、智能化和自（zì）動（dòng）化。

5.光纖傳輸特性使（shǐ）係統的應用更加靈活，性價比更高（gāo）

DLAS技術采用的（de）激光光源與常規光纖有良好的兼容性，所以可以將半導體激光器放置在中央處理單元內，把（bǎ）光纖輸出的激光通（tōng）過樹形光纖分路耦合（hé）器同時耦合到多根光纖，不同的（de）光纖把激光傳遞到幾個不同的（de）測量位置，對（duì）這幾個不同位置的氣體同時進行測量，從而實現分布式（shì）的在線氣體監（jiān）測分析。采用光纖（xiān）後測量係統的抗電磁幹擾能力、適應惡（è）劣（liè）環（huán）境和防爆環境的能（néng）力非常強；整套（tào）測量係統的成本（běn）大大降（jiàng）低；與傳統的氣體分析係統（tǒng）相比，配置更加靈活，性價比也更高。

四、DLAS技術與連續采樣法（fǎ）氣體分（fèn）析技術比較

指標DLAS技術（shù）連續采樣法氣體分析技術

預處理係統不需（xū）要必需

測量（liàng）方法（fǎ）現場、連續、實時（shí）測量采樣預處（chù）理後間斷測量

氣（qì）體環境高（gāo）溫、高粉（fěn）塵（chén）、高水分、高流速、強腐蝕等惡劣環境適應能力強隻能測量恒溫、恒壓、恒流、幹燥及無粉塵的氣體

響應速（sù）度快：取決於信號分析速（sù）度（光電傳播時間可忽略），小於1秒慢：取決於采樣預處（chù）理時間（jiān）、樣品氣傳（chuán）輸時間、儀表響應時間，超過20秒

準確（què）性實地測量，氣體信息不失（shī）真；測量值為氣體線平均濃度；不受背景氣體、粉塵及氣體參數（shù）影響溶解吸附泄漏導致氣體信息失真；測量值為探頭位置局部濃（nóng）度；背景氣體、粉塵及氣體（tǐ）參數（shù）影響測量的準確（què）性

連續性連續測量間斷測量：反吹時無法測（cè）量

可靠性（xìng）無運動器件，可靠性高較多運動部件，可（kě）靠性低

測量參數可同時測（cè）量氣體（tǐ）濃度、溫度、流速等參數隻能（néng）測量氣體濃度

介質幹擾不（bú）受背景氣體交叉幹擾；自動修正粉塵及光學視窗汙染幹擾受背（bèi）景氣體的交叉幹擾，無法（fǎ）定量修正粉塵及光學視窗汙染幹擾

標定維護標定：3~4次/年；維護（hù）：3~4次/年，自動提示標定：一個月（yuè）2~3次；維護：經常

運行費（fèi）用無需備品備件；運行費用接近（jìn）於零（僅（jǐn）為電費）需要較多備品備件；年費用一般為（wéi）係統成本的20%左右