せきがいせんガスオンラインアナライザ

赤外線は目に見えない光で、その波長範囲は0.78〜1000ミクロンである。赤色光の境界外にあるので赤外線と呼ばれています。赤外線は3つの部分、すなわち近赤外線に分けられ、波長は0.75〜1.50μmの間、中赤外線、波長1.50〜6.0μmの間、遠赤外線、波長は6.0〜l 000μmの間である。

波長――光の伝播方向において、隣接する2つの光波の同位相点間の距離を波長と呼ぶ。

波数−波数は赤外線放射を記述するパラメータであり、1センチメートル当たりの長さに含まれる赤外波の数を指す。

周波数：単位時間当たりの光波振動の周波数。

光子エネルギー——光波が放射の形で放射、伝播または受容するエネルギーは、Eで表し、単位はJである。

特徴吸収波長――近赤外帯域と中赤外帯域では、赤外放射エネルギーが小さく、分子中の電子エネルギー準位の遷移を引き起こすことができず、サンプル分子に吸収され、分子振動エネルギー準位の遷移を引き起こすことができるため、赤外吸収スペクトルは分子振動スペクトルとも呼ばれる。ある波長赤外放射のエネルギーがある分子振動エネルギー準位のエネルギーの差にちょうど等しい場合、その分子に吸収され、対応する振動エネルギー準位遷移が発生し、この波長をその分子の特徴吸収波長と呼ぶ。

　　2.1せきがいせんガスぶんせききの基本原理

その動作原理は、あるガスによる赤外線の選択的吸収に基づいている。赤外線分析計でよく使われる赤外線の波長は2 ~ 12µmである。簡単に言えば、測定対象ガスを一定の長さと容積の容器を連続的に通過させ、容器が光を透過できる2つの端面のうち一方の端面側から赤外線を入射させ、他方の端面で赤外線の放射強度を測定し、赤外線の吸収と吸光物質の濃度に比例すれば測定ガスの濃度を知ることができる。

ランバー・ビルの法則——その物理的意義は、ある均一で非散乱な吸光物質を垂直に通過する1本の平行単色光の吸光度が吸光物質の濃度及び吸収層の厚さに比例することである。これが赤外線ガス分析器の測定根拠である。

2.2赤外線ガス分析計の特徴

1、多種の気体を測定できる

単原子の不活性ガスと対称構造を有する無極性の二原子分子ガスのほか、CO、CO 2、NO、NO 2、NH 3などの無機物、CH 4、C 2 H 4などのアルカン、オレフィン、その他の炭化水素類及び有機物は赤外線分析器で測定することができる、

2、測定範囲が広い

分析可能ガスの上限は100%、下限は数ppmの濃度に達する。微細化処理を行った後、微量分析を行うこともできる、

3高い監視感度を持ち、ガス濃度にわずかな変化があっても見分けることができる、

4、測定精度が高い

一般的には+/-2%FSにあり、多くの製品は+/-1%FSに達している。他の分析手段に比べて、精度が高く、安定性が良い、

5、反応が速い

応答時間は通常10 S以内

6、良好な選択性がある

赤外線分析器は高い選択性係数を持っているので、多成分混合ガス中の分析対象成分の測定に特に適しており、混合ガス中の1つまたは複数の成分の濃度が変化した場合、分析対象成分の測定には影響しない。

2.3赤外線分析計の基本構造及び主要部品

赤外線ガス分析器は一般的にガス路と回路の2つの部分から構成され、そのガス路と回路の連絡部品もコア部分が送信器であり、送信器は赤外線分析器の「心臓」部分であり、測定された成分濃度の変化をある電気パラメータの変化に変換し、対応する回路を通じて電圧または電流出力に変換する。送信機は光学系と検出器の2つの部分から構成され、主な構成部品は以下のいくつかであり、赤外線放射光源、ガス室とフィルタ素子、検出器

そくていげんり

1つは測定室で、1つは参照室です。2つのチャンバは、光路を一定の周期で同時に、または交互に開閉するために、切断板を通過する。測定室に被測定ガスを導入すると、被測定ガスの波長を有する光が吸収され、測定室という光路を透過して赤外線受信ガス室に入る光束が減少する。ガス濃度が高いほど、赤外線受信ガス室に入る光束が少なくなり、また、参照室を透過する光束は一定であり、赤外線受信ガス室に入る光束も一定である。そのため、被測定ガス、感度が高い濃度が高いほど、測定室と参照室を透過する光束の差が大きくなる。この光束差値は、赤外線受信ガス室に一定周期振動の振幅で投射される。受信ガス室は厚さ数ミクロンの金属薄膜で2等分部に分離され、室内には濃度の大きい被測定成分ガスが封入されており、吸収波長範囲内で入射した赤外線をすべて吸収することができ、脈動の光束を温度に変化させる周期変化、さらにガス状態方程式に基づいて温度の変化を圧力の変化に変換し、その後容量式センサで検出し、増幅処理を経て被測定ガス濃度を指示することができる。

2.4送信機主要部品

光源

光源の構造によって分類され、単一光源と2光源の2種類に分けることができる。発光体によって分類すると、主に以下の種類がある：合金発光源、セラミック光源、レーザー光源

みがきいた

カットシートの役割は、放射光源の赤外光を断続的な光に変えること、すなわち赤外光を変調することである。変調の目的は、検出器が発生した信号を交流信号にし、増幅器の増幅を容易にするとともに、検出器の応答時間特性を改善することである。

ガス室

赤外線分析計のガス室には測定ガス室、参照ガス室、フィルタガス室が含まれており、彼らの構造は基本的に同じで、いずれも円筒形で、両端はウェハで密封されている。ガス室は内壁の清浄度が高く、赤外線を吸収せず、ガスを吸着せず、化学性能が安定していることが要求されている。気室の材料は黄銅メッキ、ガラスメッキまたはアルミニウム合金を採用し、内壁表面は研磨が必要である。金の化学性能は極めて安定しており、ガス室の内壁は永遠に酸化しないため、高い反射係数を維持することができる。ガス室でよく使用される窓材は、フッ化リチウムの透過限度が6.5μm、フッ化カルシウムの透過限度が13μm、サファイアの透過限度が5.5μm、溶融石英の透過限度が4.5μm、塩化ナトリウムの透過限度が25μmである。参照ガス室とフィルタガス室はシールが取り外されていない。測定ガス室は汚染される可能性があり、ゴム密封を採用し、メンテナンスと定期的な交換に注意し、ウエハに付着したほこり、汚物、毛羽立ちは感度の低下を引き起こし、測定誤差と零点ドリフトが増大するため、ウエハの清潔を維持しなければならず、テルミット紙や絹布で拭き、ウエハ表面に手を触れないように注意しなければならない。

フィルタ

フィルタは光学フィルタ素子である。様々な異なる光学現象（吸収、干渉、選択的反射、偏光など）に基づいて動作する。フィルターを用いて測定ガス室の放射エネルギーとスペクトル成分を変えることができ、散乱と干渉成分の吸収放射の影響を除去または減少することができ、特徴的な吸収波長を持つ赤外放射を通過させることができる。干渉フィルタは、光が薄膜を通過する際に干渉現象が発生することに基づいて作製されるバンドパスフィルタである。干渉フィルタは狭い通過帯域を得ることができ、その透過波長はめっき材料の屈折率、厚さ及び階層などによって調整することができる。

検出器

薄膜容量検出器、半導体検出器、マイクロ流量検出器。

薄膜容量検出の動作原理、特徴.

薄膜容量検出側器は薄膜マイクロホンとも呼ばれ、金属薄膜の動極と定極からなるコンデンサである、受信ガス室のガス圧力が赤外線放射エネルギーの影響を受けて変化すると、コンデンサ動片を固定片に対して移動させ、測定成分濃度の変化を容量量変化化に変換する.

特徴：温度変化の影響が小さく、選択性が良く、感度が高い。欠点は薄膜が機械振動の影響を受けやすく、変調周波数が向上せず、増幅器の製作が困難で、体積が大きいなどである。

半導体検出器の動作原理、特徴

半導体検出器は半導体の光電効果の原理を利用して作られ、旬の外光が半導体に照射されると、光子エネルギーを吸収して電子状態を変化させ、自由電子や自由ホールを発生させ、電気伝導率の変化、すなわち抵抗値の変化を引き起こすので、光伝導率検出器やフォト抵抗とも呼ばれる。

特徴：構造が簡単で、製造が容易で、体積が小さく、寿命が長く、応答が迅速である。より高い変調周波数を採用することができ、増幅器の製作を容易にすることができる。狭帯域干渉フィルタと組み合わせて使用することで、汎用性の高い高速応答の赤外線検出器を作成することができ、測定成分を変更する場合は、干渉フィルタの通過波長と計器目盛を変更するだけでよい。その欠点はアンチモン化インジウムが温度変化の影響を受けることが大きいことである。

マイクロ流量検出器の原理、特徴

マイクロ流量検出器は微小ガス流量を測定する新しい検出装置であり、その検出素子は2つのマイクロヒータ線抵抗であり、他の2つの補助抵抗はホイートストンブリッジを構成する。ホットワイヤ抵抗は通電して一定の温度に加熱し、ガスが流れると、一部の熱を持ってホットワイヤを冷却し、抵抗を変化させ、ブリッジを通じて電圧信号に変換する。

特徴：価格が安く、光学系の体積縮小、信頼性、耐振性などの性能が向上している。

2.5赤外線ガス分析器構造タイプ

赤外光を単色光にするか否かで分けると、分光型（分散型）と無分光型（非分散型）に分けることができる。

分光型の利点：選択性が良く、感度が高い、欠点は分光後のエネルギーが小さく、分光システムのどの素子の微小変位も分光の波長に影響を与えることである。

無分光型の利点：感度が高く、高い信号／ノイズ比と良好な安定性を有する。欠点は、測定対象サンプルの各成分間に重複する吸収ピークがある場合、測定に妨害を与えることである。

光学系から分割すると、2光路と1光路の2種類に分けることができる

2つの光路は2つの同じ光源または正確に割り当てられた1つの光源から、2つの路の互いに平行な赤外光束を放出し、それぞれ幾何学光路の同じ分析ガス室、参照ガス室を通過して検出器に入る。

単一光路光源から放出される単一ビーム赤外光は、1つの幾何学的光路のみを通過する。しかし、検出器にとっては、2つの異なる波長の赤外光ビームを受け入れることであり、異なる時間内に検出器に到達するだけであり、それは調整ディスクの回転を利用して、光源から発せられた光を異なる波長の赤外光ビームに調整し、順番に分析ガス室を通じて検出器に送り、時間的な2光路を実現する。

採用されている検出器のタイプから区分すると、現在は主に薄膜容量検出器、半導体検出器、マイクロ流量検出器がある。

2.6赤外線ガス分析計の調整の主な内容と要求

位相バランス調整は、2本の赤外光の対称点上に位置するように、切片の軸心位置を調整する。2つの光源、すなわち同期とは、2つの光路が検出器室の両側の窓に作用する光面積を等しくするために、切光シートが同時に遮蔽または同時に漏れ出すことが要求されている。

光路バランスの調整は参照光路の偏心遮光板を調整し、測定、参照両光路の光エネルギーが等しくなるように参照光路の光束を変更する。

ゼロ点とレンジキャリブレーションはそれぞれゼロ点ガスとレンジガスを通し、計器のゼロ点とレンジを繰り返しキャリブレーションする。

2.7一般的な障害と処理

赤外線ガス分析計は種類が多く、故障と処理方法も異なる。以下の表によく見られる故障とその処理方法をいくつか列挙し、参考に供する：

光路不平衡干渉：

1台の赤外線ガス分析計は予熱後に窒素ガスを投入すると、出力が大きくなる。これは、切光シートの位相不平衡及び光路不平衡によるものであるため、位相調整ボタンを調整して出力を小さくし、光路平衡選択ボタンを調整して出力を最小にすればよい。その後、ゼロガスとレンジガスを同じにして、計器のゼロ点とレンジを繰り返し校正した。

水分干渉：

零点ガス中に水分があれば、赤外線ガス分析器が標定した後、マイナス誤差を引き起こし、近赤外領域では、水は連続的な特徴吸収スペクトルがあり、標定用の零点ガス中に水分が含まれている場合、計器の零位のマイナス偏移をもたらし、標定後計器の標示値は必ず実値より低くなり、それによってマイナス誤差が生じる。

温度変化の干渉：

赤外線ガス分析器の検出過程は一定の温度で行う必要がある。環境温度の変化は赤外光源の安定に直接影響し、赤外線放射の強度に影響し、ガス室の連続的な流れを測定するガス様密度に影響し、検出器の正常な動作にも直接影響する。温度が正常な状態を大幅に超えると、検出器の出力インピーダンスが低下し、機器が正常に動作せず、検出器を破損することもあります。赤外線分析計の内部には一般的に温度制御装置と超温保護回路があり、それでも、ある計器の表示値は特に微量分析計器であり、環境温度の変化が測定に与える影響を観察することができ、夏季の環境温度が高い時に特に明らかである。この場合、周囲温度を変える必要があり、エアコンを設置するのが解決策です。

大気圧変動の干渉：

大気圧は同じ地域でも同じ日に変化する。天気が急変すると、変化の幅が大きい。大気圧のこのような変化は、ガス様放出流速に直接影響を与える。ガス室を測定した後に直接放出されるガスサンプルは、大気圧の変化に伴いガス室中のガスサンプルの密度が変化し、付加的な誤差をもたらす。

　　

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