基于非分散紅外原理的熱電堆傳感器原理分析及電路設(shè)計

　　這一關(guān)系表明，對于任意固定的設(shè)置，低濃度時氣體對相對吸收率的影響要高于高濃度;但是，可以調(diào)節(jié)k和l，以便針對所需的氣體濃度范圍提供最佳吸收。這意味著較長的光學(xué)路徑更適合于低氣體濃度，而較短的光學(xué)路徑更適合于高氣體濃度。

　　下文描述了兩點校準步驟，這在使用理想比爾-朗伯公式確定kl常數(shù)的情況下是必需的。如果b = kl，則

　　校準的第一步要求對傳感器組件施加低濃度的二氧化碳氣體(或純氮氣，即0%濃度的二氧化碳氣體)。

　　1.ACTLOW表示低濃度氣體環(huán)境中測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　2.REFLOW表示低濃度氣體環(huán)境中基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　3.TLOW表示低濃度氣體的溫度。

　　校準的第二步要求將已知濃度(xCAL)的二氧化碳氣體施加到組件上。通常，xCAL濃度水平選擇濃度范圍內(nèi)的最大值(比如針對工業(yè)空氣質(zhì) 量范圍，選擇0.5%體積濃度)。

　　1.ACTCAL表示校準氣體濃度為xCAL時，測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　2.REFCAL表示校準氣體濃度為xCAL時，基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　這樣就可以寫出以下含有兩個未知數(shù)(I0和b)的聯(lián)立方程：

　　求解兩個方程的I0 和 b,

　　然后，對于未知濃度(x)的氣體，其中：

　　ACT表示未知氣體環(huán)境中測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　REF表示未知氣體環(huán)境中基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　T表示未知氣體的溫度，單位為K。

　　系數(shù)T/TLOW補償溫度變化對氣體濃度的影響(在此使用了理想氣體定律)。

　　修正比爾-朗伯定律

　　出于實際考慮，在使用NDIR時，需要修改比爾-朗伯定律以得到精確的讀數(shù)，如下所示：

　　因為并非所有達到熱電堆的紅外輻射都經(jīng)歷過理想的氣體吸收(哪怕氣體濃度較高)，因而引入SPAN系數(shù)。由于濾光器帶寬和吸收頻譜的精細結(jié)構(gòu)，SPAN小于1。

　　光學(xué)路徑長度的變化和光的散射要求增加指數(shù)項c，以便使方程精確吻合實際吸收數(shù)據(jù)。

　　b和SPAN常數(shù)值同樣取決于測量的濃度范圍。典型濃度范圍如下所示：

　　1.工業(yè)氣體質(zhì)量(IAQ)：0至0.5% vol. (5000 ppm)。注意，環(huán)境空氣中的二氧化碳濃度約為0.04% vol.，或400 ppm。

　　2.安全防護：0至5% vol.。

　　3.燃燒：0至20% vol.。

　　4.過程控制：0至100% vol.。

　　特定系統(tǒng)的b和c實際值通常使用曲線擬合程序從FA與濃度x的關(guān)系曲線上的一個數(shù)據(jù)點求得。

　　對于b和c常數(shù)已確定的給定系統(tǒng)，ZERO和SPAN的數(shù)值可以使用兩點校準法計算得到。

　　此過程的第一步是注入低濃度xLOW氣體，并記錄以下內(nèi)容：

　　1.ACTLOW: 低濃度氣體環(huán)境中測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　2.REFLOW: 低濃度氣體環(huán)境中基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　3.TLOW: 低濃度氣體的溫度，單位為K。

　　校準的第二步要求將已知濃度(xCAL)的二氧化碳氣體施加到組件上。通常，xCAL濃度水平選擇濃度范圍內(nèi)的最大值(比如針對工業(yè)空氣質(zhì)量范圍，選擇0.5%體積濃度)。記錄以下內(nèi)容：

　　1.ACTCAL: 校準氣體濃度為xCAL時，測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　2.REFCAL: 校準氣體濃度為xCAL時，基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　這樣就可以寫出以下含有兩個未知數(shù)(I0和SPAN)的聯(lián)立方程：

　　求解兩個方程中的ZERO和SPAN：