红外线属于不可见光，位于可见光与微波之间，波长范围约为0.78–1000微米。因为其位于红光边界之外而得名。红外线可分为三段：近红外0.75–1.50μm，中红外1.50–6.0μm，远红外6.0–1000μm。

相关术语：

- 波长：在光的传播中，相邻两同相点之间的距离。

- 波数：单位长度内包含的红外波的个数，用于描述辐射特性。

- 频率：单位时间内振动的周数。

- 光子能量E，单位为焦耳（J），描述光子携带的能量。

- 特征吸收波长：在近、中红外区，分子吸收的能量通常促使分子振动跃迁而非电子跃迁，因此得到分子振动光谱。若某波长的能量恰好等于某分子的振动能量差，则该波长成为该分子的特征吸收波长。

二、红外线气体分析仪的基本原理

基于气体对红外线的选择性吸收来工作。常用工作波段为2–12μm。思路是让待测气体通过一定长度与体积的气室，在一端入射红外光，另一端测量透过光的强度。吸收程度与气体浓度成正比，通过相应计算即可得出被测气体的浓度。兰伯特-比尔定律指出，当光线垂直通过均匀、无散射的吸光物质时，吸光度与浓度及光层厚度成正比，这是红外气体分析仪的核心理论依据。

三、红外线气体分析仪的特点

1) 能测量多种气体：不仅限于惰性单原子气体和对称结构的无极性双原子分子（如O2、H2、N2），还能测量CO、CO2、NO等无机气体，以及CH4、C2H4等烃类和有机物。

2) 测量范围宽：上限可达100%，下限可到ppm级，经过精细化处理还可进行痕量分析（低于百万分之一）。

3) 灵敏度高：对微小浓度变化具有良好响应。

4) 精度高：通常在±2%全量程，部分设备可达±1%全量程，稳定性较好。

5) 响应迅速：典型响应时间在10秒以内。

6) 选择性好：对多组分混合气体中的目标组分具有较高选择性，其他组分浓度变化对待分析组分的测量影响较小。

四、测量原理示意（以气化红外分析仪为例）

装置通常包含测量室与参比室，通过光学切换实现两路光路的对比。在测量室引入被测气体后，特定波长的光被该气体吸收，透射到检测器的光强随之下降；参比室的光强保持在相对恒定水平，因此测量室与参比室之间的光通量差与被测气体的浓度成比例。该差值经放大并转换为电信号，由微流量传感器将气体流动信息转化为输出信号。微流量传感器通常由两块经加热到约120°C的镍格栅及补偿电阻组成惠斯通电桥，气流导致镍格栅电阻发生变化，产生的偏移量经放大后得到浓度值。

五、红外分析仪基本结构及主要部件

红外线气体分析仪通常由气路与电路两大部分组成，核心部件是发送器，将被测组分浓度变化转化为电参数的变化并输出。主要部件包括光源、载波器、滤光元件、检测器等。发送器由光学系统与检测器组成，具体部件包括：

1) 光源：可分为单光源与双光源；常见类型有合金、陶瓷、激光等光源。

2) 切光片：将辐射光调制成断续光，形成交流信号，便于放大与提升响应速度。

3) 滤光片：通过吸收、干涉或选择性反射等原理，调节光谱成分，降低散射与干扰对测量的影响，允许特征吸收波长的辐射通过。干涉滤光片可实现窄带通。

4) 检测器：包括薄膜电容检测器、半导体检测器、微流量检测器等。各自原理与优缺点如下：

- 薄膜电容检测器：利用被测气体对红外辐射的能量变化引起的膜片位移，改变电容量。优点是温度稳定性好、灵敏度高，缺点是易受机械振动影响、调制频率受限、体积较大。

- 半导体检测器：基于光电导效应，光照使载流子增多，电导变化。优点是结构简单、体积小、响应快、寿命长，缺点是对温度较敏感，需要配合窄带干涉滤光片以提高通用性和响应速度。

- 微流量检测器：以两只微型热丝电阻构成惠斯通桥，气体流经时带走热量，电阻变化转化为电信号。优点是成本低、光学系统更紧凑、可靠性与耐振性提高。

六、红外线气体分析仪的结构类型

1) 是否将红外光变成单色光来分光：分光型（有色散）与非分光型（无色散）。

- 分光型优点：选择性高、灵敏度高；缺点是分光后能量分布分散，任一元件微小位移都可能影响波长。

- 非分光型优点：灵敏度高、信噪比与稳定性好；缺点是在组分吸收峰重叠时容易产生干扰。

2) 光学系统划分：

- 双光路：来自两个相同光源或分光后形成的两路光分别通过分析气室与参比气室后进入检测器。

- 单光路：单束光经过一个光路，但检测器在时间上接收两种波长的光，利用调制盘实现光的轮流通过分析气室与参比气室，以实现时间上的双光路。

3) 检测器类型：目前常见为薄膜电容检测器、半导体检测器、微流量检测器。

七、红外线气体分析仪调校的主要内容和要求

1) 相位平衡调整：使切光片轴心处于两束光的对称点，确保两路光路同时遮挡或同时露出，光面积在检测器两侧相等。

2) 光路平衡调整：通过调整参比光路上的偏心遮光片，使测量路与参比路的光能量基本相等。

3) 零点与量程校准：使用零点气与量程气进行多次校准，确保仪表的零点与量程准确。

八、常见故障及处理

1) 红外线气体分析仪种类繁多，故障与处理并不完全相同，但常见干扰因素包括：

- 光路不平衡：预热后通入惰性气体时输出异常，应通过调整相位调节与光路平衡调节，重新校准零点与量程。

- 水分干扰：零点气含水会引入负偏差，需确保零点气干燥，避免在近红外区域出现额外吸收。

- 温度变化：环境温度变化会影响光源稳定性、气样密度与检测器工作状态，需在恒温环境中使用或采取温控措施VSport。

- 大气压力波动：压力变化影响气样放空速率及气室内气体密度，应据实际环境调整或补偿。

九、预处理取样系统的维护

- 定期清洗或更换过滤器；

- 每日检查样品气的流量、压力、温度是否符合要求；

- 每日检查管线连接处是否泄漏，特别是有毒或可燃气体的取样路段；

- 对带有吹扫系统的预处理单元，定期进行吹扫与反吹；

- 每日检查取样路线是否有水分或异物进入，发现问题及时处理，防止污染和设备损坏。