2.1 基本原理与常用波段

- 工作波段通常选在中红外区，常用波段约为2–12 μm，因该区对多数气体的特征吸收较强且对背景干扰相对鲁棒。

- 工作原理核心是朗伯-比尔定律：在均匀、非散射的吸光介质中，吸光度与气体浓度及光路长度成正比。通过测量透射光强度的变化，可以推算出被测气体的浓度。

2.2 红外线气体分析仪的优点

- 能同时测量多种气体，覆盖从ppm至百分比级的浓度范围；可在必要时实现痕量分析VSport。

- 高灵敏度与宽量程，微小变化可被检测到。

- 高测量精度，常见误差在几个百分点量级，部分仪器可达到1%FS左右的精度；稳定性较好。

- 快速响应，通常在数十秒内完成初步读数。

- 优良的选择性，能够在混合气体中聚焦分析目标组分，对其他组分浓度变化的干扰较小。

2.3 基本结构与核心部件

- 结构组成：气路与电子电路两大部分，其中发送器是系统的“心脏”，负责将被测气体浓度变化转换为电参数的变化，并经电子电路转化为可读的电压或电流。

- 发送器包含光学系统、气室、滤光元件等，通常包括测量室、参比室及光路切换单元。两室通过切光板实现同步或交替的光路控制。

- 工作原理：当被测气体进入测量室时，特征吸收波长处的光被吸收，透过测量室的光通量降低；参比室的光通量保持稳定，光通量差随气体浓度增加而增大。该差值以周期性信号驱动接收室，经过探测与放大后输出气体浓度信息。常见的检测方式为以电容式、半导体或微流量探测器为核心的接收单元。

2.4 发送器的主要部件

- 光源：可分为单光源与双光源，常用为金属或陶瓷材料的红外发光元件，部分系统采用激光源以提高分辨率与灵敏度。为实现信号调制，通常配备切光片，将连续辐射转变为脉冲/调制信号，便于检测与放大。

- 气室与窗口：测量气室、参比气室及滤波气室通常为圆柱形，内壁要求光洁、低吸收、耐化学性强；常用窗口材料包括适用于不同透射范围的氟化锂、氟化钙、蓝宝石、熔凝石英等。气室需保持清洁，避免污染引起灵敏度下降或零点漂移。

- 滤光元件：滤光片用于调整辐射谱成分，减弱散射与干扰，确保特征吸收波长的透射性。干涉滤光片可提供较窄的通带，其波段可通过镀层、厚度及层次结构进行调控。

- 检测器：常见探测器包括薄膜电容探测器、半导体探测器和微流量探测器。薄膜电容探测器工作在气体压力变化引发的薄膜位移上，优点是灵敏度高、选择性好、温度干扰小，但易受机械振动影响。半导体探测器利用光电导效应，结构简单、响应迅速、易于高频调制。微流量探测器通过双热丝元件形成惠斯通桥路来检测微小气体流动，具有成本低、体积小、可靠性高等优点。

2.5 光路与探测器的分型

- 光路分型：分光型（分散式）与非分光型（非分散型）。分光型利用色散元件实现波长分离，灵敏度高、选择性强，但光路能量分散导致信号下降；非分光型通常信噪比高、稳定性好，适合对复杂混合气体的快速分析，但在组分吸收峰重叠时可能出现干扰。

- 光路结构：双光路与单光路。双光路采用两路相同或等分的光束分别通过分析气室与参比气室，获得更稳定的比值信号；单光路通过调制装置在不同时间段让同一路光束依次经过测量和参比通道，实现时间上的双路测量。

- 检测器类型：以薄膜电容、半导体和微流量探测器为主，各自具有不同的响应特性与应用场景，通常可以通过更换滤光片来实现对不同组分的快速适配。

2.6 调校与对准要点

- 相位平衡：通过调节切光片的轴心位置，使两路红外光在检测端对称，确保两光路在检测器两端的照度尽量相等。

- 光路平衡：通过调整参比光路上遮光件的对齐与亮度，使测量光路与参比光路的光强基本等量。

- 零点与量程校准：分别用零点气与量程气进行重复校准，确保仪器在全量程内的响应线性和稳定性。

2.7 常见故障及排除要点

- 常见现象包括指示偏离、满度、零点漂移、灵敏度下降、输出波动等。常见原因涵盖切光片与光源的老化、光路污染、参比电路问题、探测器泄气等。对应的排除策略包括：更换或调整切光件、检查与修复光路、替换老化元件、清洁玻璃与气室、重新密封与充气、加强电源与接地管理等。

- 水分干扰会导致零点负偏，环境温度变化会直接影响光源稳定性与气室密度，进而影响检测器输出；大气压力波动会改变气样在放空时的密度，带来附加误差。遇到这些情况通常需要改用恒温控制、环境调控或在标定时排除水分、并在需要时对大气压力波动进行补偿。

通过以上要点，红外线气体分析仪能够在高精度、高灵敏度和快速响应的前提下，对多组分混合气体中的目标组分进行定量分析，同时具备较强的抗干扰能力和良好的稳定性，适用于广泛的气体检测与过程监控场景。