红外二氧化碳检测仪校准装置研究

　　1 红外二氧化碳检测仪原理

　　当红外光通过待测气体时这些气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，其吸收关系服从朗伯-比耳(Lambert-Beer)吸收定律[1]。设入射光是平行光，其强度为E0，透过光的强度为E,气体介质的厚度为l，气体的摩尔浓度为C，根据朗伯一比尔吸收定律:

          式中K为气体吸收系数。

          红外光束通过气体层后被吸收的强度△E则为

　　(2)式表明，对于某一气体而言，当选定气体层厚度l之后，其吸收的红外光强度△E与气体的浓度C有单值对应的指数关系。

　　红外光源发射出1～20微米的红外光，通过一定长度气室，经气室中气体的吸收后，再经过一个4.26微米波长的窄带滤光片后，由红外传感器检测透过的4.26微米波长红外光的强度，从而可以分析二氧化碳气体的浓度。

　　2 校准装置设计

　　2.1 校准用设备

　　a) 气体标准物质

　　采用中国计量科学研究院提供的二氧化碳标准气体，不确定度2%，k=2。

　　b) 零点校准气

　　采用纯度为99.999%的高纯氮气。

　　c) 干扰气

　　采用中国计量科学研究院提供的以氮气为平衡气含有5%甲烷和10%一氧化碳的混和气。

　　d) 流量计

　　测量范围0-1.5L/m i n，不确定度0.54%。

　　e) 电子秒表

　　测量范围10s～3600s，精度0.5s/d。

　　2.2 校准方法

　　a ) 最小检测浓度测定

　　在工作环境条件下，开启二氧化碳检测仪，待基线稳定后，注入最小浓度的二氧化碳标准气，记录其稳定示值。

　　b) 测量误差测定

　　在工作环境条件下，开启二氧化碳检测仪，待基线稳定后，分别注入浓度为满量程20 %、50 %、80 %的二氧化碳标准气，或选择有代表性的其它浓度的二氧化碳标准气。每种浓度的标准气注入三次，分别记录其稳定示值，按式(3)计算其不同浓度测量值的示值误差。

　　式中：

　　A——示值误差;

　　mC——检测仪读数的算术平均值;

　　sC——标准气浓度值;

　　R——量程。

　　取示值误差中的最大值为测量误差。

　　c) 重复性测定

　　在工作环境条件下，开启二氧化碳检测仪，待基线稳定后，注入浓度为10 %的二氧化碳标准气。重复注样六次，分别记录其稳定示值，按式(4)计算重复性。

　　d) 响应时间测定

　　在工作环境条件下，二氧化碳检测仪预热稳定后，用零点校准气校准检测仪零点后，向检测仪通入80%左右浓度的二氧化碳标准气，读取稳定数值后撤去标准气，使检测仪回零。再通入上述浓度的标准气，同时用秒表记录从通入标准气瞬时起到检测仪显示第一次稳定示值的90%的时间。