红外测流仪的工作原理和性能分析
红外测流仪的工作原理和性能分析
摘要：主要介绍红外测流仪的工作原理，并通过实验表明红外测硫仪测定煤中全硫的精密度和准确度也完全符合国家标准，同时于实践中对其性能作出总结。
1 红外测流仪的应用状况
GB/T214－2007给出的全硫测定方法中，艾氏卡法和高温燃烧中和法操作繁琐，耗时长，与企业中大量的检测任务明显脱节。库仑法克服了这些缺点，却又不是国际通行的测定方法。而红外吸收法虽然不是我国标准中给出的方法，但是操作简单、快捷，同时便于国际交流的特点还是让其在众多方法中脱颖而出。
红外测流仪在我国的应用已有近20年的历史，应用实践证明，该设备性能可靠、维护工作量小，检测精密度高。目前，红外测硫仪在我国已广泛应用于电厂，煤矿商检、环保、化工、冶金、地质、 科研、教学等部门测定煤、焦炭和深色石油产品（如润滑油、重油、原油、石油 焦、石蜡）等物质的全硫含量。
2 红外测流仪的工作原理
红外法测硫是物理方法。其定量分析的依据是朗伯一比尔定律。气体吸收单色光的程度(吸光度A) 与该气体的浓度成正比，数学表达式如下：
A =lg I 0
I =abc
式中 A 一吸光度；
Io —— 入射光强度；
I —— 透射光强度；
a —— 吸收系数；
b —— 气室长度，常数；
c —— 气体的浓度。
当红外光通过气室时，一部分能量被气体中的SO2 分子吸收，光的强度会有所减弱，而未吸收掉的部分则从气体透过。气体分子只吸收其特征波长的红外光，特征波长以外的部分在到达检测部件之前被滤光片挡住不能通过，检测器将红外光的强弱变化转换成电压信号。根据朗伯一比尔定律，单色光被气体吸收的程度(吸光度) 与该气体的浓度成正比。因此，只要测定吸光度就可以确定SO 2浓度及硫含量。工作原理示意图如下：
3 红外测流仪测定的精密度和准确度
用 型红外测流仪分别对四个标准煤样进行测定，结果见下表： 型红外测流仪标样测定结果
从表中可以看出，该红外测流仪的准确度和精密度完全符合国家标准。
4仪器性能分析
其实，从上表中列出的几组数据，很难对该种方法和该设备有个全面、准确的判断。但我们仍然可以通过生产中长期、大量的实践经验和数据积累来证明红外测流法的可推荐性。
下面是我们通过大量实践对红外测流仪的性能分析：
1. 分析范围广，硫含量0.05~10%均可测试。高硫精密度稍差，但也在允许差范围内。
2. 测试速度快，从大量数据中可得出如下结论：最大单次样品分析时间不超过180s, 最小单次样品分析时间不到100s ，平均115s/样次。
3. 炉温控制方面， 900℃-1350℃可设置，炉温误差不超过设定值的±1% ，温度分辨率达到了1摄氏度。
4. 设计方面，气体自动吹扫装置与气帘的设计，保证了测试结果不受外界SO 2影响。此外，可以用标样自动生成校正系数, 可以及时统计并获得分析结果的平均值, 极差，标准偏差等重要数据。
5. 和以前一直使用的库伦测流仪对比，该仪器除了测定快速，操作简单外，还有下面的一些优势：一、不再需要经常清洗极易污染的电解池，经常更换因PH 值变化失效的电解液，所以仪器也不再需要经常标定。二、试样燃烧后的分析过程不存在化学反应，因此整个仪器的可靠性大大提高，极大地降低了故障率。三、不需配制化学试剂，工作更安全，也不需添加三氧化钨等催化剂，不会堵塞分析气路（三氧化钨易挥发堵塞管路）。另外，红外法的燃烧温度可设置到1350℃，使硫酸盐类难分解的硫也能分解，还有双层高温燃烧管使试样经过二次高温燃烧，确保试样燃烧充分，由于温度增高，相应生成SO 3的比率降低，测试结果更加准确。红外法的试样分析量是300毫克，而库仑法只有50毫克，因试样不均匀与称量引起的误差要更小。因此，红外法测硫的不确定度小于库仑法测硫。
5结论
红外法测硫是物理方法，就是将硫元素燃烧成的SO2送入红外气体传感器中，用特征红外光谱扫描SO2，特征红外光谱光强减弱的程度与SO2气体浓度成比例关系，检测特征红外光谱光强减弱的程度就可知SO2浓度，对SO2浓度进行积分就可知SO2总量，SO2总量中硫元素总量占试样量的百分比就是硫元素含量。试样燃烧后的分析过程不存在化学反应，因此整个仪器的可靠性大大提高，极大地降低了故障率，提高了准确率。
从性能方面分析，红外测流仪分析快速便捷，使用方便，操作简单。其分析结果的精密度和准确度满足GB/T214—2007的要求，满
足日常生产监督需要。
红外测硫法有着自己的特点和优势，更适合在企业生产中推广，建议收入我国国家标准，并用于仲裁分析。
参考文献
【1】 GB/T214－2007. 煤中全硫的测定方法. 北京:中国标准出版社,2008.
【2】 分析化学. 武汉大学:
【3】 覃涛. 红外测流仪在煤质分析中的应用.[期刊论文]煤质技术2009(3)