过程气体分析仪的关键基本原理是什么？

过程气体分析仪是 指在工业过程中持续测量气流成分的仪器。此类分析仪通常在严苛的条件下运行，必须提供实时可靠的数据。许多现代系统结合了多种传感原理，以覆盖复杂的气体混合物。

常见的分析仪类型包括：

气相色谱仪（GC）： 通过载气和色谱柱随时间分离气体种类，然后依次检测每种气体。

非色散红外 (NDIR)： 使用红外吸收带来量化 CO₂、CH₄ 或 CO 等气体。

顺磁性（对于 O ₂ ）： 利用氧气相对于其他气体的磁化率。

电化学传感器： 利用电极上的氧化还原反应；常用于检测有毒或微量气体。

可调谐二极管激光吸收（TDLAS/激光光谱）： 以高选择性和速度探测特定吸收线（例如 OA-ICOS）

每种技术在范围、速度、稳定性和灵敏度方面都有各自的优缺点。精心设计的分析仪通常会对传感器进行分层，或允许通道间进行交叉补偿。

典型测量特性：

根据气体和传感器的选择，测量范围可以从 ppb（十亿分之一） 到 百分比级别。

灵敏度（可检测的最小变化）通常位于低 ppm 甚至亚 ppm 区域。

动态行为：响应时间（T₉₀）、扰动下的稳定性以及数小时或数天内的漂移因传感器类型而异。

了解这些基本原理有助于您在选择和操作分析仪的同时了解其局限性和弱点。

验证和校准通常互换使用 - 但在气体测量实践中，它们具有不同的作用：

校准：调整分析仪的输出以符合已知参考标准的过程。您需要输入经过认证的校准气体，并调整零点、跨度、斜率或比例因子。

验证：验证 整个测量链（包括采样系统、管线、过滤器和传感器）是否符合实际操作条件下偏差、精度、线性和稳定性的定义性能标准的更广泛的过程 。

在恶劣环境下，仅靠校准可能会产生误导，因为采样路径（暴露于高温、污垢、污染）可能会引入不可测量的误差。验证可确保您的测量值真实反映真实的气体状况，而不仅仅是校准后传感器的理想响应。

因此，校准是验证中的一个 步骤 ——但验证需要在真实条件下进行测试，而不仅仅是在“干净”的校准模式下。

关键指标和概念

为了进行有意义的验证或校准，您必须掌握描述测量质量的关键性能指标：

准确度：测量值与真实值（参考值）的接近程度。

精度：在相同条件下重复测量时的散度（散度）。

重复性与 再现性：重复性是指相同条件下的变化；再现性包括不同日期、不同操作员或不同仪器之间的变化。

偏差/偏移：与真实值的持续系统性偏移。

漂移：传感器响应随时间逐渐变化（零点漂移、跨度漂移）。

零点漂移/跨度漂移：在刻度的低端（零点）或高端（跨度）处偏移。

不确定度预算和可追溯性：必须考虑所有误差源（传感器、气体标准、温度、压力）。校准气体必须附有可追溯至认可实验室的证书（ISO 17025）。

检测限：在噪声之上可以可靠辨别的最小浓度变化。

线性范围：传感器与气体浓度成比例响应的浓度范围。

交叉干扰：一种气体对另一种气体读数的影响，尤其是在复杂的混合物中。

响应时间（例如 T₉₀ ）：阶跃变化后达到最终读数的 90% 的时间。

综合起来，这些指标可以让您定义可接受的性能阈值（例如读数的±2%，24小时内漂移<1%），并确定您的分析仪是否仍然有效。