تحلیلگرهای گاز مادون قرمز غلظت گاز را با اندازه گیری جذب تابش مادون قرمز در طول موج های مشخص تعیین می کنند. عملکرد آنها بر اساس قانون لامبرت-بیر است که جذب نوری را به غلظت گاز و طول مسیر نوری مرتبط می کند. با این حال، در ابزارهای عملی، سیگنال اندازه گیری شده همچنین تحت تأثیر دمای نمونه، فشار نمونه، پایداری نوری و شرایط عملیاتی آشکارساز قرار می گیرد.
دما و فشار از مهمترین متغیرهای محیطی و فرآیندی هستند که بر دقت، تکرارپذیری و پایداری طولانی مدت اندازه گیری های گاز مادون قرمز تأثیر می گذارند.
رابطه بین شدت مادون قرمز ورودی و عبوری را می توان به صورت ساده شده بیان کرد:
این رابطه فرض می کند که شرایط اندازه گیری مربوطه کنترل شده باقی می مانند. تغییرات دما یا فشار ممکن است چگالی مولکولی گاز، خصوصیات جذب، شرایط مسیر نوری و پاسخ اجزای حساس به دما را تغییر دهد. اثرات حاصل می تواند به صورت انحراف صفر، انحراف دامنه، افزایش نویز یا کاهش تکرارپذیری ظاهر شود.
تغییرات دما می تواند از طریق گاز نمونه و سخت افزار تحلیلگر در تجزیه و تحلیل گاز مادون قرمز اختلال ایجاد کند.
تغییرات سریع دما به طور کلی دشوارتر از تغییرات آهسته و پایدار قابل اصلاح هستند زیرا سلول گاز، الکترونیک، منبع نور و آشکارساز ممکن است با سرعت یکسانی به تعادل حرارتی نرسند. این می تواند حتی زمانی که جبران دما در دسترس است، انحراف موقتی ایجاد کند.
جذب مادون قرمز به تعداد مولکول های گاز جذب کننده در مسیر نوری بستگی دارد. به همین دلیل، فشار سلول نمونه تأثیر مستقیمی بر سیگنال اندازه گیری شده دارد. فشار محیط نیز زمانی مرتبط می شود که سیستم نمونه یا محفظه اندازه گیری فشار اتمسفر را دنبال می کند.
| عامل مؤثر | مکانیزم اصلی | اثر اندازه گیری معمول | روش کنترل رایج |
|---|---|---|---|
| دمای نمونه | چگالی گاز و خصوصیات جذب مادون قرمز را تغییر می دهد | انحراف دامنه یا بایاس غلظت | اندازه گیری دما و جبران خودکار |
| دمای تحلیلگر | بر منبع نور، آشکارساز، فیلترها، الکترونیک و هم ترازی نوری تأثیر می گذارد | انحراف صفر، خط پایه ناپایدار و تکرارپذیری کاهش یافته | کنترل حرارتی سلول گاز و اجزای تشخیص |
| دمای پایین نمونه | باعث مایع شدن رطوبت یا ترکیبات قابل میعان می شود | آلودگی پنجره، تضعیف سیگنال و محدودیت جریان | مسیر نمونه را بالاتر از نقطه میعان مربوطه نگه دارید |
| فشار بالای سلول نمونه | چگالی تعداد مولکول ها را افزایش می دهد | جذب افزایش می یابد؛ خوانش ممکن است به طور نادرست بالا باشد | تنظیم و جبران فشار |
| فشار پایین سلول نمونه | چگالی تعداد مولکول ها را کاهش می دهد | جذب کاهش می یابد؛ خوانش ممکن است به طور نادرست پایین باشد | تنظیم و جبران فشار |
| نوسان سریع فشار | چگالی مولکولی را تغییر می دهد و جریان محفظه را مختل می کند | خوانش های پر نویز، نامنظم یا موقتاً نادرست | تثبیت فشار و جریان |
سیستم های تحلیل گاز صنعتی مادون قرمز معمولاً تثبیت سخت افزار، مدیریت نمونه و جبران نرم افزار را ترکیب می کنند. پیکربندی مناسب به ترکیب گاز، شرایط فرآیند و طراحی تحلیلگر بستگی دارد.
چرا تحلیلگر گاز مادون قرمز هنگام تغییر دمای محیط دچار انحراف می شود؟
دما می تواند بر پاسخ جذب گاز، مسیر نوری، خروجی منبع مادون قرمز، خط پایه آشکارساز، فیلترها و اجزای الکترونیکی تأثیر بگذارد. اثر ترکیبی ممکن است به صورت انحراف صفر، انحراف دامنه یا تکرارپذیری کاهش یافته ظاهر شود.
آیا فشار اتمسفر همیشه با فشار داخل سلول گاز برابر است؟
خیر. فشار سلول به سیستم نمونه، اتصال فرآیند، مقاومت جریان، چیدمان اگزوز و اجزای کنترل فشار بستگی دارد. اصلاح اندازه گیری باید بر اساس فشاری باشد که شرایط واقعی سلول گاز را نشان می دهد.
آیا جبران نرم افزاری می تواند خطاهای دما و فشار را به طور کامل حذف کند؟
جبران می تواند خطاهای قابل پیش بینی را به طور قابل توجهی کاهش دهد، اما لزوماً نمی تواند ترانزیت های شدید، میعان، اپتیک آلوده، جریان ناپایدار یا شرایط عملیاتی خارج از محدوده اصلاح تحلیلگر را اصلاح کند. مدیریت نمونه پایدار ضروری باقی می ماند.
چرا میعان به ویژه برای اندازه گیری مادون قرمز مضر است؟
میعان ممکن است پنجره های نوری را بپوشاند، تابش مادون قرمز را جذب یا پراکنده کند، ترکیب نمونه را تغییر دهد و جریان را محدود کند. این اثرات را نمی توان به تنهایی با یک الگوریتم استاندارد دما یا فشار به طور قابل اعتماد اصلاح کرد.
دما و فشار مستقیماً بر فرآیند جذب گاز و پایداری عملیاتی تحلیلگرهای گاز مادون قرمز تأثیر می گذارند. تغییرات دما می تواند جذب مولکولی، چگالی گاز، شرایط مسیر نوری و پاسخ اجزا را تغییر دهد، در حالی که تغییرات فشار بر تعداد مولکول های جذب کننده در محفظه اندازه گیری تأثیر می گذارد. نوسانات سریع همچنین ممکن است نویز را افزایش داده و از قابلیت روش های جبران متعارف فراتر رود.
بنابراین، دمای پایدار محفظه، جبران مؤثر دما و فشار، فشار و جریان نمونه کنترل شده و جلوگیری مناسب از میعان برای حفظ اندازه گیری های دقیق و تکرارپذیر گاز مادون قرمز در کاربردهای صنعتی ضروری است.
