1 引 言

        QGS-08C 紅外線氣體分析器是基于NDIR（不分光紅外）和薄膜微音測量原理，在老一代模擬紅外線氣體分析器基礎上，采用*的電氣處理和軟件分析方法，成功研制的新一代數字式紅外線氣體分析器。此分析器用于連續測定多種工業流程或實驗室產生的氣體（CO，CO2，CH4，SO2 NO 等）的濃度，可以長時間在線運行。儀器有零點/量程的手動/自動校準、線性化處理、溫度補償、開關量輸出控制、電流/電壓輸出、系統設置等功能，均使用數字處理技術。QGS-08C 紅外線氣體分析器具有雙量程及中間量程（量程比不大于1：10）測量功能。儀器精度高，穩定性好，抗*力強，受溫度影響小，可靠性高，*適應環境惡劣的工業流程在線使用。儀器具有通訊功能，包括RS232、RS485、CAN 總線及以太網，經一條通訊線纜，可將分析器測量信息及狀態信息發送給其他數字設備（如計算機、DCS 系統），可實現儀器狀態的遠程在線監測。

        通常工業流程中微量氣體的分析采用在線色譜或質譜分析，但系統復雜，操作麻煩，可靠性低，且價格昂貴。QGS-08C 紅外線氣體分析器靈敏度高，穩定性好，適合ppm 級濃度的微量氣體分析，在某些流程工藝段中*可以替代在線色譜或質譜分析儀器。

2 測量原理

        紅外吸收光譜法表明許多非單元素氣體分子在紅外波段存在特征吸收，特征吸收強度與氣體濃度成正比例關系。QGS-08C 紅外線氣體分析器據此物理原理設計，用于分析混合氣體中某種或某幾種待測氣體組分的濃度。

        儀器采用單光源和薄膜電容檢測器，測量氣室和參比氣室采用“單筒隔半”型結構，接收氣室屬于串聯型，有前、后兩室，二者之間用晶片隔開，提高了抗非測量組分干擾的能力。

        在檢測器的內腔中位于兩個接收室的一側裝有薄膜電容檢測器，通過參比氣室和測量氣室的兩路光束交替射入檢測器的前、后吸收室。在較短的前室充有被測氣體，這里輻射的吸收主要是發生在紅外光譜帶的中心處，在較長的后室也充有被測氣體，由于后室采用光錐結構，它吸收譜帶兩側的邊緣輻射。

        當測量氣室通入不含待測組分的混合氣體（零點氣）時，它不吸收待測組分的特征波長，紅外輻射被前、后接收氣室內的待測組分吸收后，室內氣體被加熱，壓力上升，檢測器內電容器薄膜兩邊壓力相等，接收氣室的幾何尺寸和充入氣體的濃度都是按上述原則設計的。當測量氣室通入含有待測組分的混合氣體時，因為待測組分在測量氣室已預先吸收了一部分紅外輻射，使射入檢測器的輻射強度變小。此輻射強度的變化主要發生在譜帶的中心處，主要影響前室的吸收能量，使前室的吸收能量減小。被待測組分吸收后的紅外輻射把前、后室的氣體加熱，使其壓力上升，但能量平衡已被破壞，所以前、后室的壓力就不相等，產生了壓力差，此壓力差使電容器膜片位置發生變化，從而改變了電容器的電容量，因為輻射光源已
被調制，因此電容的變化量通過電氣部件轉換為交流的電信號，經放大后處理后得到待測組分的濃度。

3 性能指標

        可測量的氣體組分zui小量程如表1 所示：

表1 可測量范圍

主要技術指標如下：
重復性： ≤0.5%
穩定性： ±1% FS/7d
線性偏差： ±1% FS
響應時間（T90）：≤25s（MAX）
環境溫度影響： ±1% FS （5℃～40℃）
氣壓波動影響： 每103Pa 壓差為0.6% FS
干擾誤差影響： ±1% FS

4 技術特點

QGS-08C 紅外線氣體分析器具有如下技術特點：

（1）穩定性好，非常適合在線使用。

（2）靈敏度高，既可以分析常量氣體，又可以分析微量氣體，適用量程范圍廣。

（3）抗背景氣體*力強，只有與檢測器內氣體吸收譜線有重合的氣體才有靈敏度。雙層吸收氣室結構降低了干擾組分的交叉靈敏度。

（4）環境溫度影響小。環境溫度的變化對氣體吸收及檢測器的靈敏度有一定影響，光學部件高溫恒溫（45～50℃），且增加軟件補償后，工作溫度范圍的影響誤差控制在±1％FS 之內。

（5）當儀器劇烈振動時對測量會有一定影響，這是由此種傳感器測量原理決定。儀器內部設計了振動消除措施，可以顯著減弱振動的影響。

（6）QGS-08C 紅外線氣體分析器通過專業機構全面的電磁兼容性測試[6,7]，具有很高的可靠性和環境適應性，適用于電磁環境惡劣的工業流程。產品已經形成穩定的大批量生產，每年銷售1000 臺以上，故障率很低，年度統計在5%以下，實屬令人放心的*水平，是技術成熟，質量穩定的產品，*適合在線使用。

表2 為薄膜微音檢測方法與其它幾種主要紅外在線氣體分析方法的比較。
表2 技術特點比較

注：★★★表示非常好；★★表示較好；★表示一般；×表示較差。

5 非防爆型QGS-08C 紅外線氣體分析器

        非防爆型QGS-08C 紅外線氣體分析器采用483mm（19″）嵌入式機箱，通常安裝于483mm（19″）標準機柜內。本型號儀器屬于非防爆型電氣設備，禁止在有爆炸危險的場所使用。外觀圖如圖1 所示。

6 隔爆型QGS-08C Ex 紅外線氣體分析器

        QGS-08C Ex 隔爆型紅外線氣體分析器是在QGS-08C 紅外線氣體分析器的基礎上，采用隔爆型機箱重新設計完成的隔爆型產品。本儀器殼體采用Ex 元件，該Ex 元件防爆標志為ExdⅡC，為整體隔爆型式，*符合國家標準GB3836-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備》的有關規定，并取得防爆合格證。具有新型防爆螺紋的可拆裝結構，使得現場維護十分方便、簡潔。

        防爆級別為ExdⅡCT6（含乙炔），防護等級為IP65。

        由于本儀器具有隔爆型防爆結構，可適用于含有ⅡC 級T6 組及其以下的爆炸性氣體及其混合物形成的1 區、2 區危險環境中。

        隔爆型外觀圖如圖2 所示。

7 典型應用

        QGS-08C 紅外線氣體分析器具有一系列突出的性能和品質，特別適用于石油、化工、化肥在氣體分析工程項目中的在線分析系統。例如我國技術、規模zui大的大化肥生產裝置（江蘇靈谷化工限公司，45 萬噸合成氨＋80 萬噸尿素）就采用QGS-08C Ex 隔爆型紅外線氣體分析器20 臺。整個在線氣體分析工程項目于2009 年6 月全部投運成功。

        QGS-08C 紅外線氣體分析器適合在線分析流程氣體濃度，尤其適合分析微量的氣體濃度。在合成氨及空分領域具有廣泛應用，典型工藝應用介紹：

        1）合成氨

        合成氨的生產過程：

        *步：原料氣的制取。制備含有H2、CO、N2 的粗原料氣。一般由造氣、空分工序組成。

        第二步：原料氣的凈化。除去粗原料氣中的H2、N2 以外的雜質。一般由原料氣的脫硫、一氧化碳的變換、二氧化碳的脫除、原料氣的精制工序組成。

        第三步：原料氣的壓縮與合成。將符合要求的氫氮混合氣壓縮到一定的壓力后，在高溫、高壓和有催化劑的條件下，將氫氮氣合成為氨。一般由壓縮、合成工序組成。

        QGS-08C 可用于分析各工序中CH4、CO、CO2、NH3 等組分的含量。例如分析合成塔入口氣體組分：0～20%的CH4，0～5％的NH3。合成塔出口氣體組分：0～20％的NH3。

        在合成氨流程中，經變換和脫碳后的原料氣尚有少量的一氧化碳（＜0.5%）、二氧化碳（＜0.1%），為了防止它們對氨合成催化劑的中毒，在送往合成以前，必須作zui后的凈化處理，生產中稱為精煉。精煉后氣體中的一氧化碳和二氧化碳的總量，大化肥廠控制在小于10ppm，中小化肥廠控制在小于25ppmm。QGS-08C 適合精練以后CO 和CO2 的濃度分析，例如0～30ppm的CO，0～20ppm 的CO2。儀器穩定性好、可靠性高，在該工藝段應用被普遍認可。

        2）空分

        空氣分離裝置是用深度冷凍法（壓縮和膨脹）將空氣分離成高純度的O2、N2、Ar 等氣體的裝置。空氣中大約有380～500ppm 的CO2，CO2 在低于-78.5℃時就會結成固體，而分餾塔的操作溫度在-180℃左右，若大量的CO2 進入分餾塔內，將會堵塞氣路，使設備無法工作。為此，必須除掉空氣中的CO2，CO2 是否已除去，需要用CO2 分析器來檢測，工藝要求CO2 含量在1ppm 以下，儀器量程0～5ppm 或0～10ppm。QGS-08C *適合此工藝段的要求，已得到大量應用。

        3）北分麥哈克供貨的山東兗礦國泰化工甲醇/醋酸一期工程，就是以QGS-08C 紅外線分析器為主體的在線分析系統。該工程被評為建國六十周年百項經典工程之一。

8 結束語
        北京北分麥哈克分析儀器有限公司研發生產紅外線分析器已有48 年歷史，QGS-08C 和QGS-08C Ex 紅外線氣體分析器是基于引進德國Maihak 公司*技術，自主開發生產的新一代產品。QGS-08C 紅外線氣體分析器的優良性能、市場表現及工程應用實踐經驗都已表明：它是技術成熟、質量穩定的優良產品，它是我國在線氣體分析器的代表之一。QGS-08C紅外線氣體分析器已經成為企業技術體系的重要核心和支柱，甚至是典型標志，為廣泛開展在線分析系統的工程應用提供了zui有力的支持。特大型化肥和型化工的典型業績，是國產在線分析儀及在線分析系統工程應用真實技術的有力證明。

參考文獻

1、王森，在線分析儀器手冊，化學工業出版社，2008
2、林鈞挺等，中國紅外產品指南，電子工業出版社，1994
3、金義忠，論在線分析系統的高準確度應用，分析儀器，2009（2）:51-55
4、北京北分麥哈克公司QGS-08C 紅外氣體分析器使用說明書，2008
5、北京北分麥哈克公司QGS-08E 紅外氣體分析器使用說明書，2009
6、金義忠，在線分析系統的廣義抗干擾研究，分析儀器，2009
7、白同云，電磁兼容設計，北京郵電大學出版社，2001