下面介紹德國(guó)海曼NDIR氣體傳感器的工作原理及型號(hào)推薦，海曼熱電堆(結(jié)合紅外光源)可用于測(cè)量某些氣體的氣體濃度。基本測(cè)量原理稱為非色散紅外 (NDIR) 氣體檢測(cè)，它根據(jù) Beer-Lambert 定律基于特定氣體特定波長(zhǎng)的紅外輻射吸收。使用此 NDIR 原理測(cè)量的最常見(jiàn)氣體是二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4) 和碳?xì)浠衔?(HC)。還可以檢測(cè)一氧化碳 (CO) 和氮氧化物 (NO) 等氣體。

海曼NDIR 氣體檢測(cè)和氣體分析最常見(jiàn)的應(yīng)用包括但不限于：

空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)：

二氧化碳圖：

推薦用于 CO2 濃度測(cè)量的德國(guó)海曼傳感器：

海曼高溫超導(dǎo)多通道

海曼HIS E222 - 雙模塊

海曼HCM E222 - 雙 SMD

或任何其他 配備過(guò)濾器 F4.26 的單個(gè)熱電堆

氣體泄漏檢測(cè)

推薦德國(guó)海曼傳感器：

海曼HTS Multichannel

海曼HIS E222 - Dual Module

海曼HCM E222 - Dual SMD

Single Thermopiles with gas specific filter

CO、CO2 和 HC 的廢氣分析

呼氣酒精測(cè)試

NDIR 氣體測(cè)量原理

要精確測(cè)量氣體濃度，您需要兩個(gè)海曼熱電堆傳感器和一個(gè)紅外光源。一個(gè)傳感器作為參考，用于監(jiān)測(cè)由于光源老化、功率變化等原因?qū)е碌募t外光源輸出變化。另一個(gè)傳感器配備了氣體專用窄帶濾光片。紅外光源發(fā)出從光源傳播到傳感器的所有波長(zhǎng)的廣譜紅外光。在途中，一些波長(zhǎng)被感興趣的氣體分子吸收。在檢測(cè)器處，測(cè)量無(wú)吸收和氣體特定吸收之間的光強(qiáng)度差異以確定實(shí)際氣體濃度。

下圖以 NDIR CO2 傳感器為例說(shuō)明了原理：

在右側(cè)，我們有一個(gè)紅外光源，可以發(fā)射所有波長(zhǎng)的輻射。反射器用于將盡可能多的光引導(dǎo)到左側(cè)的熱電堆檢測(cè)器的方向。在兩者之間有一個(gè)帶有紅外反射壁的管子，用作測(cè)量路徑。對(duì)于 CO2 檢測(cè)，有兩個(gè)感興趣的波長(zhǎng)，分別是 3.91 μm(此處為淺紅色)和 4.26 μm(此處為深紅色)。3.91 μm 的 IR 輻射不會(huì)被大氣中的 CO2 或其他常見(jiàn)氣體吸收，并且會(huì)無(wú)損地傳輸?shù)綑z測(cè)器。因此，它非常適合作為沒(méi)有吸收的參考。波長(zhǎng)為 4.26 μm 的紅外輻射僅被 CO2 分子吸收，而不會(huì)被大氣中的其他氣體吸收。這表示，

該檢測(cè)器由兩個(gè)獨(dú)立通道組成，帶有窄帶濾波器和一個(gè)位于一個(gè) TO-39 封裝后面的熱電堆。參考通道配備了中心波長(zhǎng) (CWL) 為 3.91 μm 的濾波器，CO2 傳感通道配備了 CWL 為 4.26 μm 的濾波器。因此，后面的熱電堆只會(huì)檢測(cè)其各自波長(zhǎng)的輻射。由于該原理使用非常窄帶的濾波器，因此不會(huì)有太多輻射傳輸?shù)綗犭姸选７催^(guò)來(lái)，熱電堆產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)相當(dāng)?shù)汀Ｒ@得更高的信號(hào)，有兩種選擇。一種是采用具有更大吸收/活性區(qū)域的熱電堆，因?yàn)樾盘?hào)與吸收器的大小成正比。另一種選擇是使用 IR 輻射源產(chǎn)生更多的光。為了產(chǎn)生更多的紅外輻射，需要更多的電力，這也會(huì)對(duì)紅外光源的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在大多數(shù)情況下，如果需要更多信號(hào)，更大的熱電堆芯片是首選。

也可以同時(shí)檢測(cè)不同的氣體。在這種情況下，您只需要兩個(gè)以上的獨(dú)立通道。需要一個(gè)參考通道和一個(gè)用于要檢測(cè)的每種所需氣體的通道。這是可能的，因?yàn)槊總€(gè)通道都針對(duì)特定波長(zhǎng)配備了不同的濾波器。因此所有通道都是相互獨(dú)立的。

NDIR 標(biāo)準(zhǔn)濾光片

Heimann Sensor 庫(kù)存提供了一系列適用于通過(guò) NDIR 原理檢測(cè)的氣體的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器產(chǎn)品。如果您想檢測(cè)不同的氣體，也可以使用非標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器。光學(xué)窄帶濾波器的可能供應(yīng)商是 Spectrogon 。該制造商的產(chǎn)品組合中有多種不同的產(chǎn)品，也可以進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。我們可以從 Spectrogon 訂購(gòu)所需的過(guò)濾器，并使用它來(lái)構(gòu)建自定義傳感器。

下表列出了 Heimann 免費(fèi)提供的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器：

如何選擇合適的紅外光源

關(guān)于紅外光源，Heimann Sensor 基本上提供兩種不同的類型。一種是可靠的低成本光源，適用于小于 4.5 微米的波長(zhǎng)，另一種是性能更高的型號(hào)。低成本 HSL 系列 與高性能源相比有兩個(gè)主要限制。首先是速度，因?yàn)樗臒艚z加熱和冷卻時(shí)間常數(shù)要高得多。其次是紅外輻射的發(fā)射。低成本紅外光源有一個(gè)由石英玻璃制成的球狀物。該玻璃球吸收或多或少的 IR 輻射取決于其厚度和相應(yīng)的波長(zhǎng)。對(duì)于 0.25 毫米的燈泡厚度，這顯示在下圖中。雖然用于 CO2 檢測(cè)的 4.26 μm 的透射率為 40%，但 4.5 μm 以上波長(zhǎng)的透射率低于 10%，這在大多數(shù)情況下不再適用于氣體檢測(cè)。

高性能紅外光源不需要任何窗口或過(guò)濾器。因此，它們產(chǎn)生的紅外輻射不受窗口限制在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 要測(cè)量波長(zhǎng)為 4.64 μm 和 5.3 μm 的低濃度 CO 或 NO，需要EMIRS 系列或類似產(chǎn)品的高性能源。

深圳市龍享科技是德國(guó)海曼公司中國(guó)區(qū)代理。海曼Heimann是一家生產(chǎn)高品質(zhì)紅外熱電堆、熱 電堆模塊（包括先進(jìn)的信號(hào)處理）和熱電堆陣列的知名制造商，用于遠(yuǎn)程溫度測(cè)量和氣體檢測(cè)。憑借強(qiáng) 大的創(chuàng)新能力，海曼傳感器是低像素紅外成像的世界市場(chǎng)佼佼者。我們的熱電堆陣列還保持著*大空間分辨率熱電堆陣列的世界記錄，分辨率為120x84像素。除了熱電堆，產(chǎn)品組合還包括熱釋電傳感器、紅外光源和真空傳感器。海曼傳感器每年制造超過(guò)1500萬(wàn)個(gè)傳感器，而且這種趨勢(shì)正在上升。海曼是一家通過(guò)DIN EN ISO 9001認(rèn)證的公司。除了生產(chǎn)和銷售的產(chǎn)品外，海曼heimann還非常重視研發(fā)新的、更 好、更小、更快的紅外熱電堆產(chǎn)品和氣體濃度測(cè)量設(shè)備。