Οι αναλυτές αερίων υπερύθρων προσδιορίζουν τη συγκέντρωση του αερίου μετρώντας την απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας σε χαρακτηριστικά μήκη κύματος. Η λειτουργία τους βασίζεται στον νόμο Lambert–Beer, ο οποίος σχετίζει την οπτική απορρόφηση με τη συγκέντρωση του αερίου και το οπτικό μήκος διαδρομής. Στα πρακτικά όργανα, ωστόσο, το μετρούμενο σήμα επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία του δείγματος, την πίεση του δείγματος, την οπτική σταθερότητα και την κατάσταση λειτουργίας του ανιχνευτή.
Η θερμοκρασία και η πίεση είναι μεταξύ των πιο σημαντικών περιβαλλοντικών και διεργασιακών μεταβλητών που επηρεάζουν την ακρίβεια, την επαναληψιμότητα και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα των μετρήσεων αερίων υπερύθρων.
Η σχέση μεταξύ της προσπίπτουσας και της διερχόμενης έντασης υπερύθρων μπορεί να εκφραστεί σε απλοποιημένη μορφή ως:
Αυτή η σχέση προϋποθέτει ότι οι σχετικές συνθήκες μέτρησης παραμένουν ελεγχόμενες. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία ή την πίεση μπορεί να μεταβάλουν την πυκνότητα των μορίων του αερίου, τα χαρακτηριστικά απορρόφησης, τις συνθήκες της οπτικής διαδρομής και την απόκριση των εξαρτημάτων που είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα μπορεί να εμφανιστούν ως μετατόπιση μηδενικής τιμής, μετατόπιση εύρους, αυξημένος θόρυβος ή μειωμένη επαναληψιμότητα.
Η μεταβολή της θερμοκρασίας μπορεί να επηρεάσει την ανάλυση αερίων υπερύθρων τόσο μέσω του αερίου δείγματος όσο και μέσω του υλικού του αναλυτή.
Οι απότομες αλλαγές θερμοκρασίας είναι γενικά πιο δύσκολο να διορθωθούν από τις αργές, σταθερές αλλαγές, επειδή το κύτταρο αερίου, τα ηλεκτρονικά, η πηγή φωτός και ο ανιχνευτής ενδέχεται να μην φτάσουν σε θερμική ισορροπία με τον ίδιο ρυθμό. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει προσωρινή μετατόπιση ακόμη και όταν είναι διαθέσιμη η αντιστάθμιση θερμοκρασίας.
Η απορρόφηση υπερύθρων εξαρτάται από τον αριθμό των απορροφητικών μορίων αερίου εντός της οπτικής διαδρομής. Για το λόγο αυτό, η πίεση του κυττάρου δείγματος έχει άμεση επίδραση στο μετρούμενο σήμα. Η ατμοσφαιρική πίεση γίνεται επίσης σχετική όταν το σύστημα δείγματος ή ο θάλαμος μέτρησης παρακολουθεί την ατμοσφαιρική πίεση.
| Παράγοντας Επίδρασης | Κύριος Μηχανισμός | Τυπική Επίδραση Μέτρησης | Κοινή Μέθοδος Ελέγχου |
|---|---|---|---|
| Θερμοκρασία δείγματος | Αλλάζει την πυκνότητα του αερίου και τα χαρακτηριστικά απορρόφησης υπερύθρων | Μετατόπιση εύρους ή μεροληψία συγκέντρωσης | Μέτρηση θερμοκρασίας και αυτόματη αντιστάθμιση |
| Θερμοκρασία αναλυτή | Επηρεάζει την πηγή φωτός, τον ανιχνευτή, τα φίλτρα, τα ηλεκτρονικά και την οπτική ευθυγράμμιση | Μετατόπιση μηδενικής τιμής, ασταθής γραμμή βάσης και μειωμένη επαναληψιμότητα | Θερμικός έλεγχος του κυττάρου αερίου και των εξαρτημάτων ανίχνευσης |
| Χαμηλή θερμοκρασία δείγματος | Προκαλεί υγρασία ή συμπυκνώσιμες ενώσεις να υγροποιηθούν | Μόλυνση παραθύρων, εξασθένηση σήματος και περιορισμός ροής | Διατηρήστε τη διαδρομή του δείγματος πάνω από το σχετικό σημείο συμπύκνωσης |
| Υψηλή πίεση κυττάρου δείγματος | Αυξάνει την πυκνότητα των μορίων | Η απορρόφηση αυξάνεται· η ένδειξη μπορεί να είναι ψευδώς υψηλή | Ρύθμιση και αντιστάθμιση πίεσης |
| Χαμηλή πίεση κυττάρου δείγματος | Μειώνει την πυκνότητα των μορίων | Η απορρόφηση μειώνεται· η ένδειξη μπορεί να είναι ψευδώς χαμηλή | Ρύθμιση και αντιστάθμιση πίεσης |
| Γρήγορη διακύμανση πίεσης | Αλλάζει την πυκνότητα των μορίων και διαταράσσει τη ροή του θαλάμου | Θορυβώδεις, ασταθείς ή προσωρινά ανακριβείς ενδείξεις | Σταθεροποίηση πίεσης και ροής |
Τα βιομηχανικά συστήματα ανάλυσης αερίων υπερύθρων συνδυάζουν συνήθως σταθεροποίηση υλικού, προετοιμασία δείγματος και αντιστάθμιση λογισμικού. Η κατάλληλη διαμόρφωση εξαρτάται από τη σύνθεση του αερίου, τις συνθήκες διεργασίας και τον σχεδιασμό του αναλυτή.
Γιατί ένας αναλυτής αερίων υπερύθρων παρουσιάζει μετατόπιση όταν αλλάζει η θερμοκρασία περιβάλλοντος;
Η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει την απόκριση απορρόφησης αερίου, την οπτική διαδρομή, την έξοδο της πηγής υπερύθρων, τη γραμμή βάσης του ανιχνευτή, τα φίλτρα και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Η συνδυασμένη επίδραση μπορεί να εμφανιστεί ως μετατόπιση μηδενικής τιμής, μετατόπιση εύρους ή μειωμένη επαναληψιμότητα.
Η ατμοσφαιρική πίεση είναι πάντα ίση με την πίεση εντός του κυττάρου αερίου;
Όχι. Η πίεση του κυττάρου εξαρτάται από το σύστημα δείγματος, τη σύνδεση διεργασίας, την αντίσταση ροής, τη διάταξη εξαγωγής και τα εξαρτήματα ελέγχου πίεσης. Η διόρθωση μέτρησης πρέπει να βασίζεται στην πίεση που αντιπροσωπεύει τις πραγματικές συνθήκες του κυττάρου αερίου.
Μπορεί η αντιστάθμιση λογισμικού να εξαλείψει πλήρως τα σφάλματα θερμοκρασίας και πίεσης;
Η αντιστάθμιση μπορεί να μειώσει σημαντικά τα προβλέψιμα σφάλματα, αλλά δεν μπορεί απαραίτητα να διορθώσει σοβαρές μεταβατικές καταστάσεις, συμπύκνωση, μολυσμένα οπτικά, ασταθή ροή ή συνθήκες λειτουργίας εκτός του εύρους διόρθωσης του αναλυτή. Η σταθερή προετοιμασία δείγματος παραμένει απαραίτητη.
Γιατί η συμπύκνωση είναι ιδιαίτερα επιβλαβής για τη μέτρηση υπερύθρων;
Η συμπύκνωση μπορεί να καλύψει τα οπτικά παράθυρα, να απορροφήσει ή να διασκορπίσει την υπέρυθρη ακτινοβολία, να αλλάξει τη σύνθεση του δείγματος και να περιορίσει τη ροή. Αυτές οι επιδράσεις δεν μπορούν να διορθωθούν αξιόπιστα μόνο με έναν τυπικό αλγόριθμο θερμοκρασίας ή πίεσης.
Η θερμοκρασία και η πίεση επηρεάζουν άμεσα τη διαδικασία απορρόφησης αερίου και τη σταθερότητα λειτουργίας των αναλυτών αερίων υπερύθρων. Οι αλλαγές θερμοκρασίας μπορούν να μεταβάλουν την μοριακή απορρόφηση, την πυκνότητα του αερίου, τις συνθήκες της οπτικής διαδρομής και την απόκριση των εξαρτημάτων, ενώ οι αλλαγές πίεσης επηρεάζουν τον αριθμό των απορροφητικών μορίων στον θάλαμο μέτρησης. Οι γρήγορες διακυμάνσεις μπορεί επίσης να αυξήσουν τον θόρυβο και να υπερβούν την ικανότητα των συμβατικών μεθόδων αντιστάθμισης.
Η σταθερή θερμοκρασία θαλάμου, η αποτελεσματική αντιστάθμιση θερμοκρασίας και πίεσης, η ελεγχόμενη πίεση και ροή δείγματος, και η σωστή πρόληψη συμπύκνωσης είναι επομένως απαραίτητα για τη διατήρηση ακριβών και επαναλήψιμων μετρήσεων αερίων υπερύθρων σε βιομηχανικές εφαρμογές.
