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
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.
