Газовый датчик оптического типа

Оптические инфракрасные датчики (ОИД) — это высокотехнологичные устройства, предназначенные для измерения концентрации газов в воздухе. Принцип работы NDIR-датчиков газа заключается в том, что молекулы газа поглощают инфракрасное излучение, что в свою очередь приводит к изменению интенсивности света, проходящего через газовую среду. Благодаря этому, оптические инфракрасные датчики газов способны определять наличие различных газов, включая углекислый газ, метан, оксид азота, а также другие опасные газы, такие как сернистый ангидрид, хлор, фосген, аммиак и многие другие.

Оптические инфракрасные датчики газов имеют высокую чувствительность и точность измерений, быстрое время отклика. Они не требуют калибровки и обслуживания, что делает их удобными и экономичными в использовании. Однако, следует учитывать, что они не могут измерять газы, не поглощающие инфракрасное излучение, такие как водород и гелий.

Оптический тип. Принцип работы NDIR-датчика газа

При соприкосновении молекул газа с инфракрасным излучением, происходит поглощение излучения газом в определенном диапазоне длин волн, что приводит к вибрации молекул газа. NDIR (Non-Dispersive Infrared — нерассеивающие инфракрасные) датчики газа обнаруживают уменьшение передаваемого инфракрасного света, которое пропорционально концентрации газа. Эта пропускная способность, отношение переданных энергий излучения к падающей энергии, зависит от концентрации целевого газа.

Рисунок 1

NDIR-датчик газа состоит из инфракрасного источника, детектора, оптического фильтра, газовой ячейки и электроники для обработки сигналов. Одиночный датчик газа на основе двух длин волн имеет два детектора и два оптических фильтра различных длин волн, которые располагаются перед каждым детектором. Инфракрасный свет, поглощаемый целевым газом, проходит через активный фильтр с определенной полосой пропускания для обнаружения целевого газа. Инфракрасный свет, не взаимодействующий с целевым газом, проходит через опорный фильтр. Разница между интенсивностью передаваемого света в этих двух полосах пропускания преобразуется в концентрацию газа. Двойной датчик на двух длинах волн постоянную точность измерений в течение продолжительного периода эксплуатации, поскольку эффекты старения светового источника или газовой ячейки автоматически компенсируются выходными сигналами на опорной длине волны. Принцип работы Средняя инфракрасная радиация через образец газа вызывает резонанс молекул газа на их естественной частоте с инфракрасным светом в спектральном диапазоне, где энергетический уровень инфракрасного света эквивалентен естественной частоте молекул газа, что приводит к поглощению инфракрасного света молекулами газа в форме молекулярной вибрации. Связь между инфракрасной пропускной способностью и концентрацией газа выражена законом Ламберта-Бера:

Здесь (T) — это пропускная способность, (I) — интенсивность света, прошедшего через образец газа и оптический фильтр, (I0) — начальная интенсивность света, испускаемая источником, ε — молярный коэффициент затухания, (c) — концентрация газа, а (d) — длина пути света. Так как (ε) целевого газа и длина прохождения света (d) фиксированы в NDIR-датчике, концентрация газа может быть измерена путем измерения пропускания в спектральном диапазоне поглощенной энергии (длине волны) целевого газа. Начальная интенсивность света, испускаемая источником (I0), устанавливается калибровкой с помощью нулевого газа, который не поглощает инфракрасный свет. Начальное значение молярного коэффициента поглощения ε устанавливается калибровкой с использованием калибровочного газа известной концентрации.

Особенности Поглощение инфракрасного света происходит на ЭД мощности ИК-излучения (т.е. длине волны), специфической для целевого газа, что означает высокую селективность для определенного газа. Это наиболее отличительная особенность NDIR-датчиков газа. Еще одна особенность состоит в том, что воздействие на высокую концентрацию целевого газа в течение продолжительного времени в принципе не приведет к необратимому изменению чувствительности.