一、不同的氣體分析技術比較

　　1、氣體分析技術介紹

　　(1)人工采樣法

　　傳統的(de)分(fen)析(xi)方法(fa)如化學分(fen)析(xi)法(fa)、氣相色譜法(fa)較(jiao)多采用人(ren)工采樣(yang)法(fa)。人(ren)工采樣(yang)法(fa)的(de)特點是采用人(ren)工取樣(yang)的(de)方式，抽(chou)取某一時點的(de)樣(yang)氣進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。它的(de)缺點是顯(xian)而易(yi)見(jian)的(de)：必須對氣體進(jin)行(xing)人(ren)工取樣(yang)，在實驗室進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，其中操作者的(de)操作技(ji)能(neng)對分(fen)析(xi)的(de)精度有很大影(ying)響;只能(neng)單一成份地(di)逐個(ge)進(jin)行(xing)檢測分(fen)析(xi)，不具備(bei)多重(zhong)輸入和(he)信(xin)號處理功能(neng);分(fen)析(xi)費(fei)時費(fei)力，響應速度慢(man)，效率低，難以(yi)實時地(di)反(fan)映工況信(xin)息。

　　(2)連續采(cai)樣法

　　連(lian)續采(cai)樣法(fa)主要有紅外(wai)線式(shi)、紫外(wai)線式(shi)和熱導式(shi)三(san)種測(ce)量(liang)方法(fa)。連(lian)續采(cai)樣法(fa)的(de)(de)特(te)點是采(cai)用(yong)不同(tong)測(ce)量(liang)方法(fa)的(de)(de)氣(qi)體(ti)分(fen)析系(xi)統(tong)都由采(cai)樣預處(chu)理系(xi)統(tong)和分(fen)析儀(yi)表兩部(bu)分(fen)組成(cheng)，采(cai)樣探頭將被測(ce)氣(qi)體(ti)從煙道(dao)或管道(dao)中引出并進行預處(chu)理后，連(lian)續送入儀(yi)器的(de)(de)氣(qi)體(ti)室中，分(fen)析儀(yi)器通過不同(tong)的(de)(de)方法(fa)完成(cheng)氣(qi)體(ti)濃度的(de)(de)測(ce)量(liang)。上述三(san)種測(ce)量(liang)方法(fa)的(de)(de)系(xi)統(tong)集成(cheng)方式(shi)、適應性和性價比有很大的(de)(de)區別。

　　應用(yong)zui廣泛的(de)(de)紅外(wai)線式氣(qi)體(ti)分(fen)析儀基于非(fei)色散紅外(wai)吸(xi)收光譜(NDIR)的(de)(de)原理(li)，其測(ce)(ce)量(liang)方(fang)法是基于氣(qi)體(ti)對紅外(wai)線進行選擇性吸(xi)收的(de)(de)原理(li)，當被(bei)測(ce)(ce)氣(qi)體(ti)通過(guo)測(ce)(ce)量(liang)管(guan)道時(shi)吸(xi)收紅外(wai)光源發出(chu)的(de)(de)特(te)定頻率光(與被(bei)測(ce)(ce)氣(qi)體(ti)成(cheng)分(fen)有(you)關)使光強衰(shuai)減(jian)(jian)，測(ce)(ce)出(chu)光強的(de)(de)衰(shuai)減(jian)(jian)程度即確定了被(bei)測(ce)(ce)氣(qi)體(ti)的(de)(de)濃度。

　　紫(zi)外線式氣體(ti)分析儀(yi)是基于被測氣體(ti)對(dui)紫(zi)外光選擇性的輻射吸收原(yuan)理，可以測量(liang)SO2、NOx、HCl、NH3等(deng)氣體(ti)，但在同等(deng)性能、功能情(qing)況下儀(yi)器價(jia)格較高。

　　熱導式氣體分析儀的(de)(de)(de)工作原理是利用(yong)(yong)各種氣體(ti)不同(tong)的(de)(de)(de)熱(re)導(dao)系數，即具有不同(tong)的(de)(de)(de)熱(re)傳導(dao)速(su)率來進行測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)。當(dang)被(bei)測(ce)(ce)(ce)(ce)氣體(ti)以恒定的(de)(de)(de)流(liu)速(su)流(liu)入分(fen)析(xi)儀(yi)器時，熱(re)導(dao)池內的(de)(de)(de)鉑熱(re)電阻(zu)絲的(de)(de)(de)阻(zu)值會因被(bei)測(ce)(ce)(ce)(ce)氣體(ti)的(de)(de)(de)濃(nong)度變(bian)化(hua)而變(bian)化(hua)，運用(yong)(yong)惠斯頓電橋將(jiang)阻(zu)值信號(hao)轉換成電信號(hao)，通(tong)過電路處理將(jiang)信號(hao)放大、溫度補償、線性化(hua)，使其成為測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)值。熱(re)導(dao)式(shi)氣體(ti)分(fen)析(xi)器的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)范圍(wei)很(hen)廣(guang)，如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)O2、O2中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)H2和N2中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)H2等等;它的(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)范圍(wei)也很(hen)寬(kuan)，在0%~100%圍(wei)內均可測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)。熱(re)導(dao)式(shi)分(fen)析(xi)儀(yi)器是一種結構簡單、性能(neng)穩定、價廉、技術上較為成熟(shu)的(de)(de)(de)儀(yi)器。但是熱(re)導(dao)式(shi)分(fen)析(xi)儀(yi)器對氣體(ti)的(de)(de)(de)壓力波動、流(liu)量(liang)(liang)波動十分(fen)敏感，介(jie)質中(zhong)(zhong)水汽、顆(ke)粒等雜(za)質對測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)影(ying)響(xiang)較大，所以必須(xu)安裝復雜(za)的(de)(de)(de)采樣預(yu)處理系統。

　　(3)現場在線測量法(fa)

　　現(xian)場在(zai)線(xian)測(ce)量法中(zhong)以半(ban)導體(ti)激光吸收(shou)光譜技術(DLAS)*和有代表性。DLAS技術的(de)特點是無需采樣預處理(li)系統，分(fen)析(xi)儀器直接(jie)安裝在(zai)測(ce)量現(xian)場，通過(guo)一束穿(chuan)過(guo)被測(ce)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)激光光束來實現(xian)現(xian)場在(zai)線(xian)氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)析(xi)。DLAS技術可實現(xian)多(duo)種氣(qi)(qi)體(ti)如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的(de)自動檢測(ce)，適用(yong)于鋼鐵、冶(ye)金(jin)、石化(hua)(hua)、環保(bao)、生(sheng)化(hua)(hua)、航天等各種領域。

　　雖然DLAS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)與其他(ta)吸收(shou)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)氣體(ti)(ti)分(fen)析(xi)(xi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)都利用(yong)吸收(shou)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)來實現氣體(ti)(ti)分(fen)析(xi)(xi)，但由于DLAS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)采用(yong)了*的(de)“單線光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)”技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)調(diao)制光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，可(ke)(ke)不受(shou)背景氣體(ti)(ti)交叉干(gan)擾(rao)和(he)粉(fen)塵、視窗污染的(de)干(gan)擾(rao)，并可(ke)(ke)自動修正氣體(ti)(ti)溫(wen)度、壓力等氣體(ti)(ti)參(can)數(shu)變化的(de)影響，因(yin)此可(ke)(ke)以將分(fen)析(xi)(xi)儀(yi)器直(zhi)接安裝在測量現場，實現其他(ta)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)吸收(shou)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)無法或很難實現的(de)現場在線連續氣體(ti)(ti)測量。

　　DLAS技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)優(you)勢在(zai)于能適應(ying)(ying)高(gao)溫、高(gao)水分、高(gao)粉塵、強腐蝕性和高(gao)流速(su)的(de)被(bei)測(ce)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)環境，無(wu)需采(cai)樣預(yu)處理系統，測(ce)量(liang)精度(du)(du)高(gao)，響應(ying)(ying)速(su)度(du)(du)快。隨(sui)著半導體(ti)(ti)激光(guang)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分析技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)逐步(bu)成(cheng)熟，相關(guan)光(guang)電元器件成(cheng)本(ben)的(de)顯(xian)著下降，其(qi)性價比(bi)優(you)勢更為突出。在(zai)發達國家，半導體(ti)(ti)激光(guang)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)測(ce)量(liang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)已逐步(bu)取代傳統氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)檢測(ce)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，在(zai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)在(zai)線監測(ce)領域得到了(le)日(ri)益廣泛的(de)應(ying)(ying)用。

　　二、　熱導式氣體分析儀DLAS技術簡介

　　島京公司(si)生產的激光現(xian)場在(zai)線氣(qi)(qi)體(ti)分析(xi)儀是基(ji)于DLAS技術開發(fa)的現(xian)場在(zai)線氣(qi)(qi)體(ti)分析(xi)儀器。

　　DLAS(DiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)是半(ban)導體(ti)(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)吸(xi)收光(guang)(guang)(guang)譜技術的(de)(de)(de)(de)簡稱(cheng)。該技術是利用激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)能量(liang)被(bei)(bei)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)分子“選頻”吸(xi)收形成吸(xi)收光(guang)(guang)(guang)譜的(de)(de)(de)(de)原理來(lai)測(ce)(ce)量(liang)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)一種技術。具體(ti)(ti)(ti)來(lai)說，半(ban)導體(ti)(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器發射出的(de)(de)(de)(de)特定波長(chang)的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束穿過被(bei)(bei)測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)時，被(bei)(bei)測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)對激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束進行(xing)吸(xi)收導致激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)產生衰(shuai)減(jian)(jian)，激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)(jian)與被(bei)(bei)測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)成正比(bi)，因此，通過測(ce)(ce)量(liang)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)衰(shuai)減(jian)(jian)信(xin)息就可以(yi)分析獲(huo)得被(bei)(bei)測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)濃度(du)(du)。

　　九十年代后(hou)，半(ban)導體(ti)激(ji)光(guang)器和(he)光(guang)纖(xian)元件(jian)發(fa)展迅(xun)速，性(xing)能大大提高，價格大幅下(xia)降(jiang)，室溫(wen)工作(zuo)、長壽命(ming)(>100，000小時)、單模特性(xing)和(he)較(jiao)寬波長范(fan)圍的(de)半(ban)導體(ti)激(ji)光(guang)器被大量地生產出來并投入市場，一(yi)(yi)些高靈敏度的(de)光(guang)譜技術如(ru)frequencymodulationspectroscopy、cavityringdownspectroscopy等也逐漸成(cheng)熟(shu)，DLAS技術開(kai)始(shi)被較(jiao)多地應(ying)用(yong)(yong)于科學和(he)工程研究，發(fa)達國家的(de)一(yi)(yi)些儀器公司也開(kai)始(shi)將DLAS技術應(ying)用(yong)(yong)于氣體(ti)監測(ce)。由(you)于DLAS技術較(jiao)傳統光(guang)譜檢(jian)測(ce)技術具有顯著(zhu)的(de)技術優勢而得到了迅(xun)速推廣。

　　三、DLAS技術的特點

　　DLAS技術(shu)的特點主要表現為：

　　1.惡劣環境(jing)適應能(neng)力強(qiang)，無(wu)需采樣預處(chu)理(li)系統，實(shi)現(xian)(xian)現(xian)(xian)場在線連續測(ce)量

　　激光在線(xian)(xian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分析儀(yi)采用DLAS技術*的(de)“單線(xian)(xian)光譜”原理(li)，使用非接觸式激光測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)方法(fa)，測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)儀(yi)器與被(bei)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)環境(jing)隔離,其分析測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)不受測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)環境(jing)中背景氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)、粉塵以及環境(jing)溫(wen)度和壓力(li)的(de)影響(xiang)，具有高溫(wen)、高粉塵、高水(shui)份、高腐蝕性、高流速(su)等惡(e)劣測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)環境(jing)的(de)良(liang)好適應性，避免了(le)傳統(tong)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分析系統(tong)必需的(de)復雜的(de)采樣預處理(li)系統(tong)，從而實現了(le)現場在線(xian)(xian)連續測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)。

　　2.克服了背景氣體、水(shui)分和粉(fen)塵(chen)的(de)吸收干擾(rao)，測量精(jing)度大(da)大(da)提高

　　DLAS*的(de)(de)“單線(xian)(xian)光譜(pu)(pu)”技(ji)術(shu)(shu)、頻率掃描技(ji)術(shu)(shu)、譜(pu)(pu)線(xian)(xian)展寬(kuan)自動修正技(ji)術(shu)(shu)克服了背景(jing)氣(qi)(qi)體、水分和(he)(he)粉塵的(de)(de)吸收干擾，修正了溫度(du)和(he)(he)壓力(li)等氣(qi)(qi)體參數變化(hua)對氣(qi)(qi)體濃度(du)測量(liang)(liang)的(de)(de)影響，而(er)且(qie)系統直接(jie)對現場氣(qi)(qi)體進行(xing)測量(liang)(liang)，氣(qi)(qi)體信(xin)息不失真(zhen)。

　　相對(dui)于傳(chuan)統的氣體測量(liang)技術(shu)，這些*的測量(liang)技術(shu)和現場測量(liang)方法(fa)大大提高了(le)測量(liang)的精度。

　　3.響應(ying)速度快，實現工業過程實時在(zai)線管理

　　DLAS技術進(jin)行氣體分析不需采樣預處理系統(tong)(tong)，節(jie)省了樣氣預處理的時(shi)(shi)間和樣氣在(zai)管道內的傳輸時(shi)(shi)間。系統(tong)(tong)可以達到毫秒級的響應速度(du)，幾乎是實時(shi)(shi)地反映過(guo)程氣體濃度(du)及其他參數變化狀(zhuang)況，*可以滿足工業過(guo)程實時(shi)(shi)在(zai)線(xian)管理的需要。

　　4.可(ke)同時檢測(ce)多種氣(qi)體(ti)參數，能測(ce)量(liang)分析多種氣(qi)體(ti)，應用面廣(guang)，儀器發(fa)展潛力大

　　采(cai)用DLAS技術可(ke)同時在線測(ce)量氣(qi)(qi)體的濃度(du)、溫(wen)度(du)和流速等(deng)(deng)，并可(ke)實現(xian)多種氣(qi)(qi)體如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等(deng)(deng)的自(zi)動(dong)檢測(ce)，可(ke)廣泛應用于鋼鐵、冶金、石(shi)化、環保、生(sheng)化、航(hang)天等(deng)(deng)領域。較以往采(cai)用多種檢測(ce)技術并進行系統集成而言(yan)，采(cai)用DLAS技術可(ke)大大簡化儀(yi)器的結構(gou)，進而實現(xian)氣(qi)(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)器的微型化、網絡化(遠(yuan)距離數據無線傳(chuan)輸)、智能化和自(zi)動(dong)化。

　　5.光(guang)纖傳(chuan)輸(shu)特(te)性使系(xi)統的應用更加靈(ling)活，性價(jia)比更高

　　DLAS技術采用的(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)光(guang)源與常規光(guang)纖(xian)有(you)良好的(de)(de)(de)(de)兼容(rong)性，所以可以將(jiang)半導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器放置(zhi)(zhi)在(zai)中央處理(li)單元內，把(ba)光(guang)纖(xian)輸出(chu)的(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)通過樹形光(guang)纖(xian)分(fen)路耦(ou)合(he)器同(tong)時耦(ou)合(he)到多(duo)根(gen)光(guang)纖(xian)，不同(tong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)纖(xian)把(ba)激(ji)光(guang)傳遞到幾個(ge)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量位置(zhi)(zhi)，對(dui)這幾個(ge)不同(tong)位置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)同(tong)時進行測(ce)(ce)量，從而實(shi)現分(fen)布式的(de)(de)(de)(de)在(zai)線(xian)氣(qi)體(ti)監測(ce)(ce)分(fen)析。采用光(guang)纖(xian)后測(ce)(ce)量系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)抗電磁干(gan)擾能力、適應惡劣環境(jing)和防爆環境(jing)的(de)(de)(de)(de)能力非常強;整套測(ce)(ce)量系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)成本大大降低;與傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)分(fen)析系(xi)統(tong)相比，配(pei)置(zhi)(zhi)更(geng)(geng)加靈活，性價比也更(geng)(geng)高。

　　四、DLAS技術與連續采樣法氣體分析技術比較

　　預處理系統不需(xu)(xu)要必(bi)需(xu)(xu)

　　測量(liang)方(fang)法現場、連續、實時測量(liang)采(cai)樣預處理后間斷測量(liang)

　　氣體環境高溫、高粉塵(chen)、高水分、高流速、強腐蝕(shi)等惡劣環境適應能(neng)力強只(zhi)能(neng)測量恒溫、恒壓、恒流、干燥及(ji)無粉塵(chen)的氣體

　　響應速(su)度快(kuai)：取決于(yu)信號分析(xi)速(su)度(光電傳播時(shi)(shi)間(jian)(jian)可忽略(lve))，小于(yu)1秒(miao)慢：取決于(yu)采(cai)樣預處理時(shi)(shi)間(jian)(jian)、樣品(pin)氣傳輸(shu)時(shi)(shi)間(jian)(jian)、儀表響應時(shi)(shi)間(jian)(jian)，超過20秒(miao)

　　準確性(xing)實地測量，氣(qi)(qi)體信(xin)息(xi)不失真(zhen);測量值(zhi)為(wei)氣(qi)(qi)體線平均濃(nong)度;不受背景(jing)氣(qi)(qi)體、粉塵及(ji)氣(qi)(qi)體參(can)數影響溶解吸附泄漏導(dao)致氣(qi)(qi)體信(xin)息(xi)失真(zhen);測量值(zhi)為(wei)探頭位置(zhi)局(ju)部濃(nong)度;背景(jing)氣(qi)(qi)體、粉塵及(ji)氣(qi)(qi)體參(can)數影響測量的準確性(xing)

　　連續性連續測(ce)量(liang)間斷(duan)測(ce)量(liang)：反吹時無法測(ce)量(liang)

　　可靠性無運動器件，可靠性高較多運動部件，可靠性低

　　測量(liang)(liang)參數可同時(shi)測量(liang)(liang)氣(qi)(qi)體濃度(du)、溫度(du)、流速等參數只能測量(liang)(liang)氣(qi)(qi)體濃度(du)

　　介(jie)質(zhi)干(gan)(gan)擾不受(shou)(shou)背景(jing)氣體交(jiao)叉干(gan)(gan)擾;自(zi)動修正粉塵及光(guang)學(xue)視(shi)窗污染干(gan)(gan)擾受(shou)(shou)背景(jing)氣體的交(jiao)叉干(gan)(gan)擾，無法(fa)定量(liang)修正粉塵及光(guang)學(xue)視(shi)窗污染干(gan)(gan)擾

　　標(biao)定(ding)維(wei)(wei)護(hu)(hu)標(biao)定(ding)：3~4次(ci)/年;維(wei)(wei)護(hu)(hu)：3~4次(ci)/年，自動提(ti)示標(biao)定(ding)：一個月2~3次(ci);維(wei)(wei)護(hu)(hu)：經常

　　運(yun)行費(fei)(fei)用(yong)(yong)無需備(bei)品備(bei)件(jian);運(yun)行費(fei)(fei)用(yong)(yong)接(jie)近于零(僅為電費(fei)(fei))需要(yao)較(jiao)多備(bei)品備(bei)件(jian);年(nian)費(fei)(fei)用(yong)(yong)一般為系(xi)統成本的20%左右