Infrarot-Photometrie-Analysator (NDIR)
Funktionsprinzip:
Verschiedene mehratomige Gase (CO, CO₂, CH₄ usw.) absorbieren Infrarotstrahlung nicht über das gesamte Spektrum, sondern nur in bestimmten Bereichen, die als charakteristische Absorptionsbanden bezeichnet werden. Verschiedene Gase weisen unterschiedliche Infrarot-Absorptionswellenlängen auf. Ein Infrarot-Photometer basiert auf der Eigenschaft bestimmter Gase, Infrarotstrahlung bei bestimmten Wellenlängen selektiv zu absorbieren. Wenn Infrarotlicht durch ein Gasgemisch hindurchtritt, absorbiert die gemessene Gaskomponente die Energie der Infrarotstrahlung, und diese Veränderung steht in Zusammenhang mit der Konzentration der gemessenen Gaskomponente, sodass die Konzentration der gemessenen Komponente bestimmt werden kann.
Da asymmetrische mehratomige Molekülgase (z. B. CO₂, NO usw.) Infrarotstrahlung bei bestimmten Wellenlängen selektiv absorbieren, ist die Abnahme der Lichtintensität beim Durchgang von nichtdispersivem Infrarotlicht (NDIR) durch ein Probengas proportional zur Anzahl der Moleküle. Nach dem Absorptionsgesetz von Lambert-Beer lässt sich die Konzentration eines Gases aus der Änderung der Lichtintensität bestimmen. A = lg(1/T) = K*L*c
wobei
A------- Absorption
T------- Durchlassgrad (Transmission): das Verhältnis der Intensität des austretenden Lichts (I) zur Intensität des einfallenden Lichts (I0).
K------- Molarer Absorptionskoeffizient, der von der Art der absorbierenden Substanz und der Wellenlänge λ des einfallenden Lichts abhängt.
c------- Konzentration der absorbierenden Substanz, d. h. die Konzentration des Probengases, in mol/L
L------- Dicke der Absorptionsschicht (Länge der Gaskammer) in cm.
Struktur zur Arbeitserkennung
Ein Infrarot-Photometrie-Analysator nutzt breitbandige Strahlungsquellen (thermische Strahler). Diese Strahlung gelangt unmittelbar in die Messküvette. Dort werden bestimmte Spektralbereiche aus dem Breitbandspektrum der Strahlungsquelle absorbiert. Der Messdetektor, der mindestens zwei separate Kanäle enthält, befindet sich am Ende der Messküvette. Im einfachsten Fall ist dem Messkanal ein Interferenzfilter vor dem Detektor vorgeschaltet. Auch der Referenzdetektor verfügt über ein vor dem Detektor angeordnetes Interferenzfilter, jedoch mit einem spektralen Durchlassbereich (ca. 4 µm), in dem keine Absorption stattfindet. Anschließend misst ein Detektor die spezifische Strahlungsabsorption. Die Auswerteelektronik berechnet anhand der beiden Signale die Gaskonzentration in der Messküvette. Alternativ kann am Ende der Messküvette ein Detektor mit mehreren Messkanälen angeordnet werden, sodass drei Komponenten gleichzeitig erfasst werden können.
Mit einem Infrarot-Gasanalysator lassen sich verschiedene mehratomige Gase analysieren, wie beispielsweise: C₂H₂, C₂H₄, C₂H₅OH, C₃H₆, C₂H₆, C₃H₈, NH₃, CO₂, CO, CH₄, SO₂ usw. Er kann nicht zur Analyse von mehratomigen Gasen, die aus demselben Atom bestehen, sowie von Edelgasen verwendet werden, wie z. B.: N₂, Cl₂, H₂, O₂, He, Ne, Ar usw.
Der Einfluss von Feuchtigkeit auf Infrarotgeräte
Da die Feuchtigkeit in den Abgasemissionen, insbesondere das gasförmige Wasser, die wichtigste Störsubstanz bei der Bestimmung von Schwefeldioxid und Stickoxiden ist, wirkt sich dies unmittelbar auf die Messgenauigkeit des Geräts aus. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass einige der Infrarot-Gasanalysatoren unter Laborbedingungen bei Verwendung einer Standardgas-Kalibrierung zwar die Anforderungen im Feldtest erfüllen, diese Anforderungen jedoch in der Praxis nicht erfüllen können.
Der Einfluss der Testauflösung auf Infrarotgeräte
Mit der Verschärfung der Schadstoffvorschriften wurden zahlreiche Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen eingesetzt, wodurch die tatsächlichen Schadstoffkonzentrationen in den Emissionen immer weiter sinken. Viele Messgeräte verwenden unterschiedliche Algorithmen, um die Stabilität des Nullpunkts zu verbessern und sicherzustellen, dass die Nullpunktschwankungen reduziert werden; und wie bereits erwähnt, wird zur Kompensation der Auswirkungen von Feuchtigkeitseinflüssen auch die Nullpunktkompensation eingesetzt. Dies hat unmittelbar zur Folge, dass das Messgerät bei Messungen mit niedrigen Konzentrationen nahe am Nullpunkt nicht reagiert.
Gemessene Gase und Messbereiche:
vCO: 0~200ppm bis zu 100%(Vol)
vCO2: 0~50ppm bis zu 100%(Vol)
vCnHm: 0~500ppm bis zu 100%(Vol)
vN2O: 0~500ppm bis zu 100%(Vol)