混合气体配气技术讲解

成分--------------------------------------------------------------------

混合气体的性质取决于组成气体的种类和成分。 混合气体的成分有3种表示方法。

①容积成分：组成气体的分容积与混合气体的总容积之比，用ri表示

所谓分容积是指该组成气体在混合气体的温度和总压力下单独占有的容积。

②质量成分：组成气体的质量与混合气体的总质量之比，用wi表示

③摩尔成分：摩尔是物质的量单位。若一系统中所包含的基本单元（可以是原子、分子、离子、电子或其他粒子）数与0.012千克碳－12原子数目相等,则该系统的物质的量为 1摩尔。组成气体的摩尔数与混合气体的总摩尔数之比，用xi表示。

检测--------------------------------------------------------------------

将混合气体看成一种纯物质时，常使用折合摩尔质量Μ和折合气体常数R混合气体的密度等于各组成气体在混合气体的总压力和温度下之密度与其容积成分的乘积之和，即

目前对于气体浓度进行检测有很多不同的方法，其中应用广泛的一些方法如下：

（1）电化学法：利用材料的电阻或电导率等电学参量随气体浓度的变化而改变来制作气体传感器。将阴阳两个电极同时插入电解液中，通过反应使得电子发生转移，进而产生电流变化，反应浓度相关信息。

（2）固态气体法：用加热器将制备成珠状或者薄片状的金属氧化物进行加温，氧气在它们的表面集聚，改变了电阻值，反应浓度信息的改变。

（3）催化性可燃气体：电阻值随着螺丝圈上的温度变化而变化，反应相关浓度信息，破坏电桥平衡，以电信号的形式表现出来。

（4）红外吸收方法：以朗伯比尔定律为基础，通过气体特征吸收方式来表示浓度相关信息。

红外混合气体检测已广泛应用于诸多领域，包括大气化学分析、工业过程控制、农业生产管理，城市环境质量检测、生命科学研究等。

在基于红外光谱技术的混合气体检测中，光学复用结构是检测系统的核心部分，它既是红外光传播的媒介，又是气体吸收红外光能的主要场所。根据光能变换过程的差别，可以将红外光谱检测技术分为两种：直接检测和间接检测。NDIR光谱技术中采用宽带光源，通过选择不同中心波长和带宽的滤光元件得到与气体吸收 特性匹配的近似单色光，然后直接被探测器探测。

探测器通常集成了滤光元件，包括作用通道和参考通道，作用通道输出的信号分别与参考信号进行一定的运算，以消除光源、探测器不稳定以及外界干扰等因素带来的影响。光源的选择与控制、滤光元件参数的选取以及光源与探测器的匹配程度等问题，在NDIR光谱技术中都是值得深入研究的。Danilova等在实验中已经证明，适当降低驱动电流脉冲占空比可以 提 高 光 源 发 光 效 率。而 合 理 选 取 滤 光 元件，有利于确定气体吸收的最优参数。为了避免红外热光源在调制频率较低（小于10Hz）的情况下带来的1/f 噪声，选取高调制频率的LED光源和具有低时间常数的探测器，可以提高整个系统的检测速度，降低噪声。

案例---------------------------------------------------------------------

常见的混合气体。 ^[3] 

干燥空气：21%氧气和79%氮气的混合气体

二氧化碳混合气体：2.5%二氧化碳+27.5%氮气+70%氦气

准分子激光混合气体：0.103%氟气+氩气+氖气+氦气混合气体

焊接混合气体：70%氦气+30%氩气混合气体

高效节能灯泡填充混合气体：50%氪气+50%氩气混合气体

分娩镇痛混合气体：50%笑气+50%氧气混合气体

血液分析混合气体：5%二氧化碳+20%氧气+75%氮气混合气体

序号	稀释气	组分气体名称	主要用途
1	乙烯	甲烷、乙烷、丙烷、环丙烷、异丁烷、正丁烷、丙二烯、乙炔、反丁烯、异丁烯、顺丁烯、异戊烷、正戊烷、1，3-丁二烯、丙炔、戊烯，含量为100～1000 μmol/mol	科学研究、乙烯产品质量控制标准
2	丙烯	甲烷、乙烷、丙烷、环丙烷、异丁烷、正丁烷、丙二烯、乙炔、反丁烯、正丁烯、异丁烯、顺丁烯、异戊烷、正戊烷、1，3-丁二烯、丙炔、戊烯，含量为100～1000 μmol/mol	科学研究、丙烯产品质量控制标准
3	氮气	甲烷、乙烷、丙烷、环丙烷、异丁烷、正丁烷、丙二烯、乙炔、反丁烯、正丁烯、异丁烯、顺丁烯、异戊烷、正戊烷、1，3-丁二烯、丙炔、戊烯，含量为10～1000 μmol/mol	科学研究、乙烯、丙烯产品质量控制标准
4	甲烷	氧、氮、氦、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、新戊烷、正己烷（二元及多元标准混合气体）	天然气分析标准、科学研究
5	氮	甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，（二元及多元标准混合气体）	聚乙烯、单体分析标准、环境检测控制标准
6	氮	甲硫醇、乙硫醇、正丙硫醇、异丙硫醇、仲丁硫醇、二乙基硫醇（二元及多元标准混合气体）	石化产品质量分析用标准
7	氢	氧、氮、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、1，3-丁二烯、丙二烯、丙炔（二元及多元标准混合气体）	石化产品质量分析用标准
8	氮	硫化氢、氧硫化碳、二氧化硫、二硫化碳（二元及多元标准混合气体）	天然气、液化石油气、食品二氧化碳中硫化物分析标准
9	氮	氧、氢、甲烷、二氧化碳（二元及多元标准气体）	石化行业、科学研究、煤矿部门
10	氮	一氧化碳、二氧化碳、甲烷	石化行业、煤矿部门
11	合成空气	一氧化碳	环境检测 污染源检测 劳动卫生检测
12	合成空气	二氧化碳
13	合成空气	一氧化碳、二氧化碳
14	氮	一氧化碳
15	氮	二氧化碳
16	氮	甲醛
17	氮	乙醇
18	氮	硫化氢
19	氮	氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、乙烷、氧、丙烷、丙烯	变压器油中溶解气分析
20	氮	二氧化碳	血液测定
21	氮	二氧化碳、氧
22	氮	一氧化碳、氦、氧	肺功能测定
23	合成空气	一氧化碳、氦	肺功能测定
24	氮	一氧化碳、甲烷、乙炔、氧	肺功能测定
25	合成空气	二氧化碳	肺功能测定