恒美智造红外CO分析仪-红外二氧化碳分析仪知识图谱与原理

一、一个房间里看不见的两个数

地下车库的早上、教室的下午、发酵车间的半夜，这三个场景里各有一件事在悄悄变化，肉眼看不见，鼻子也未必闻得出：一氧化碳在积累，或者二氧化碳在升高。一氧化碳来自汽车尾气与不完全燃烧，浓度上来人先头晕、再乏力，等到察觉已经站不住；二氧化碳本身不毒，但浓度一高，人的判断力下降、困倦，教室里的学生反应变慢，温室里的作物光合速率反而被压住。两个数都看不见，只能靠红外一氧化碳二氧化碳分析仪读。

这两个数之所以要放在一台仪器上测，是因为它们常常同时出现。车库与隧道里，汽车尾气既排一氧化碳也排二氧化碳；公共场所里，人多的地方二氧化碳升，若有燃具则一氧化碳也可能升；发酵与温室里二氧化碳是主角，但若通风不良、燃烧加热，一氧化碳也会跟着来。只测一个数，容易漏判：二氧化碳高说明通风不足，可通风不足时一氧化碳是否超标，只有测了才知道。

恒美智造这台机器的事，是把空气抽进吸收池，让特定波长的红外光穿过去，按被吸收的程度换算浓度。原理不复杂，难在把两个数同时测准：两个吸收波段挨得近，要靠窄带滤光片分开；气路要干燥，水汽会在窗片上结露；吸收池温度要稳，温度一变读数就漂。三处里任何一处松了，屏幕上照样给数，只是那个数经不起复核。恒美智造这台机器常被叫作红外气体分析仪，也叫不分光红外一氧化碳分析仪或者红外二氧化碳分析仪，叫法不同，指的都是同一套方法：非分散红外，简称 NDIR。它测的是浓度，不是报警；给的是数值，不是开关量。所以它适合那些需要留下数据、需要比对、需要出报告的场合——卫生监督抽检、职业卫生评价、环保现场比对、教学实验，都要一个能写进记录的数。

表1 两种气体各自的吸收与判读

表注：两个波段挨得近，靠窄带滤光片分开。滤光片受潮、沾灰，两个数会一起漂，所以气路要干燥。

二、非分散红外：让特定波长被吸收

红外光源发出一段连续的红外光，经过一个充满气样的吸收池，再落到探测器上。一氧化碳在 4.6 微米附近有吸收峰，二氧化碳在 4.26 微米附近有吸收峰，两个峰挨得近但不重叠。在探测器前面装一片窄带滤光片，只让这一段波长通过，探测器测到的光强减弱多少，就对应气体浓度多少。这就是非分散红外的做法：不分光，只靠滤光片选波段。

这套做法有一个天然的好处：它对不吸收这段波长的气体不敏感。氮气、氧气、氩气都不在这个波段吸收，所以空气里占大头的氮氧不会干扰；水汽有吸收，但在 4.6 与 4.26 两个波段的干扰可以通过参比通道与干燥处理压下去。这就是为什么这类仪器能在复杂的空气里测出微量一氧化碳——它只看那一段波长上少了多少光。

难点在稳定性。光源会老化，光强会缓慢下降；探测器会受温度影响，灵敏度会变；吸收池的窗片会沾灰、会结露，透光率会变。三种变化都会让读数漂，而漂的方向一样：读数越来越低。所以仪器要定期调零、定期用标准气核量程，还要有温度补偿。恒美智造在这台机器里做了机内恒温加热与温湿度补偿，把温度这一路的漂移压下去，剩下的靠校准。

气路的干净程度直接决定读数可不可信。粉尘进到吸收池，光被散射，读数虚高；水汽凝在窗片，透光率下降，读数虚低；油雾粘在池壁上，慢慢改变吸收特性，读数一路往下。三种污染的处理办法不一样：粉尘靠过滤器挡，水汽靠干燥与恒温，油雾靠采样管前端加滤芯。恒美智造在随机资料里把这三条写成一张对照表，用户按现场情况取一条。

表2 气路四段与各段的作用

表注：四段里进气段容易出问题。过滤器堵了流量掉，吸收池里气不换，读数就迟钝。

三、七个型号，三组量程，按用途分

头一组单测一氧化碳，两个型号。HM-100A 量程 0 至 50ppm，标价一万三；HM-100B 量程 0 至 200ppm，同样一万三。两台的差别只在量程档，价格一样，所以选型不是钱的问题，是判定线的问题：车库、隧道、教室这类场所的一氧化碳判定线通常在几十 ppm，50ppm 那档够用且低浓度分得清；工位、锅炉房、炉窑附近的浓度可能上百，要 200ppm 那档。

第二组单测二氧化碳，三个型号。HM-200A 量程 0 至 5000ppm，HM-200B 到 10000ppm，HM-200C 到 50000ppm，三台都标价五千二。这一组的量程差得远：5000ppm 那档适合室内空气与教室，10000ppm 适合人员密集或者通风一般的场所，50000ppm 适合温室、发酵、蘑菇房这类二氧化碳被当作工艺参数的地方。选小了会超载，选大了低浓度分不清。

第三组两项同测，两个型号。HM-300A 是一氧化碳 0 至 50ppm 加二氧化碳 0 至 5000ppm，HM-300B 是一氧化碳 0 至 200ppm 加二氧化碳 0 至 10000ppm，两台都标价一万七。这一组的价值在于两个数同时出、同一份气样、同一个时间点，判定时不必解释两次采样的差异。执法与卫生监督这类场合尤其看重这一点：一份记录上有两个数，比两份记录各有一个数，说服力不一样。

七个型号共用一套机身：7 寸电容触摸屏、安卓系统、内置热敏打印机、自带 wifi 可选 4G、USB 导 U 盘、内置锂电池可交直流切换、机内恒温加热。这套配置在同类仪器里算齐的，好处是现场不必再带笔记本与打印机，测完当场出条、当场传。恒美智造把七个型号做成同一副身架，是为了让培训与备件统一：一个单位里几台机器，操作方式一样，滤芯与打印纸通用。

表3 七个型号与量程

表注：七个型号分三组：单测一氧化碳、单测二氧化碳、两项同测。同组的差别只在量程档，价格一样。

四、气路四段：进气、输送、吸收、切换

进气段是采样管与过滤器。采样管把气样从点位上引到仪器，过滤器挡粉尘。这一段容易被省：有人嫌管子沉，直接拿仪器凑到点位；有人过滤器黑了还在用，觉得能通气就行。省了的后果是粉尘进池，光被散射，读数虚高，而这个虚高在低浓度段特别明显——本来 0.5ppm，显示成 2ppm，判定就翻面了。输送段是内置泵，流量在 0.5 至 2.0 升每分钟之间。流量决定气样在吸收池里换得快不快：流量小，池里的气更新慢，读数迟钝，响应时间拉长；流量大，气样停留时间短，吸收不充分，读数偏低。所以流量不是越大越好，要稳定在给定区间。这台机器带数字型流量传感器，实时显示流量，用户看得见，不必凭感觉。

吸收段是吸收池与窄带滤光片，这一段决定灵敏度与选择性。池长、窗片材质、滤光片的带宽，三者配在一起才有那个精度。用户能做的只有两件事：保持窗片干净、保持池内干燥。第三段之后是切换段：通路电磁阀负责调零与测量的自动切换，测零气时走旁路，测气样时走主路，切换要快、要严，否则零气与气样互串，读数就不干净。四段连起来，气路的问题有一个共同的表现：读数迟钝或者漂移，而屏幕上照样给数。所以排查要按段来：先看进气段的过滤器黑不黑，再看输送段的流量显示，再看吸收段的窗片有没有雾，末了看切换段的电磁阀有没有异响。恒美智造在售后记录里把这四段写成四步，用户照着走，多数问题在前两步就能定位，不必返厂。

表4 四样配置带来的差别

表注：四样里恒温容易被忽略。低温下吸收池温度不稳，两个数会一起漂，而屏幕上照样给数。

五、五份标准与一套验收动作

这个行当常引的标准有五份。JJG 635-2011 是一氧化碳、二氧化碳红外气体分析器的检定规程，讲的是零点、量程、线性、重复性怎么校；HJ 965-2018 是环境空气一氧化碳的自动测定，用的是非扩散红外法；GB/T 18204.2-2014 是公共场所卫生检验方法里的化学污染物部分，讲的是采点与判定；GB 9801-1988 是空气质量一氧化碳的测定；GBZ/T 300.37-2017 是工作场所空气有毒物质测定里的一氧化碳与二氧化碳。

五份标准各管一段：检定规程管仪器准不准，环境标准管室外怎么测，卫生标准管公共场所怎么取点，职业卫生标准管工位怎么采。用户常犯的错是拿一份标准去套所有场合——用公共场所的取点方式去测工位，测出来的数不代表工人的暴露；用工位的方式去测教室，又不符合卫生标准。所以先定场合，再定标准，再定仪器。验收做三件事。头一件是标准气比对：三点浓度各测一次，看线性误差在不在 ±2% 满量程以内。第二件是重复性：同一气样连测七次，算极差。第三件是响应时间：从接上气样到读数到位，掐表看一氧化碳是否在 45 秒内、二氧化碳是否在 60 秒内。三件事都有数，签字才算完成交付。随机文件要看四样：装箱单、说明书、合格证、校准记录。四样齐了，这台仪器才算有身份。恒美智造另附一页点位记录模板，把点位、高度、采样时长、气体项、读数五项留空，用户填自己的数。这一页在现场比说明书好找，采完一个点填一行，回单位不必回忆，也不会把两个点的数记混。

六、把现场数据做成能执法的记录，要定五件事

头一件是点位与高度。同一个房间，地面、腰部、呼吸带三个高度的浓度能差不少：一氧化碳比空气略轻，容易聚在上部；二氧化碳比空气重，容易沉在下部。规范里通常要求取呼吸带高度，也就是人站着时的口鼻位置。点位与高度定死，写进点位表，每次照做，数据才有可比性。第二件是采样时长与取值方式。短时测量读瞬时值，波动大；判定通常看时间加权均值，比如 0.5 小时均值、8 小时均值、日均值。这台机器能显示这三种均值，也有定时存储功能，用户不必自己算。第三件是预热与调零。预热 5 分钟，吸收池温度稳住再测；调零用氮气或者催化方式，零点不准则全段都偏。两件事花不了几分钟，省了它们整份数据都打折扣。

第四件是量程对档。按预估浓度选档，别硬测超量程的气样；超量程的数没有意义，还可能污染吸收池。第五件是记录。点位、时间、气体项、读数、判定，五项写全，附上打印条。执法与验收场合，打印条上的时间与数值比手抄可靠；科研与教学场合，原始曲线比一个数有用。恒美智造把五项印成一页表格，填完与打印条一起归档。五件事定完，还要落到一张纸上。这张纸上的数不是抄来的，是试出来的：点位从现场勘查来，采样时长从规范来，量程档从预估浓度来。恒美智造在交付培训时陪着用户把这张纸填完，填的过程也是把现场摸一遍。很多用户的记录不可比，不是仪器的问题，是点位与时长没定死，不同班次各按各的习惯测。

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www.hmdzkj.cn

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