德国海曼NDIR气体传感器的工作原理及型号推荐

下面介绍德国海曼NDIR气体传感器的工作原理及型号推荐，海曼热电堆(结合红外光源)可用于测量某些气体的气体浓度。基本测量原理称为非色散红外 (NDIR) 气体检测，它根据 Beer-Lambert 定律基于特定气体特定波长的红外辐射吸收。使用此 NDIR 原理测量的最常见气体是二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4) 和碳氢化合物 (HC)。还可以检测一氧化碳 (CO) 和氮氧化物 (NO) 等气体。

海曼NDIR 气体检测和气体分析最常见的应用包括但不限于：

空气质量监测：

二氧化碳图：

推荐用于 CO2 浓度测量的德国海曼传感器：

海曼高温超导多通道

海曼HIS E222 - 双模块

海曼HCM E222 - 双 SMD

或任何其他 配备过滤器 F4.26 的单个热电堆

气体泄漏检测

推荐德国海曼传感器：

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 的废气分析

呼气酒精测试

NDIR 气体测量原理

要精确测量气体浓度，您需要两个海曼热电堆传感器和一个红外光源。一个传感器作为参考，用于监测由于光源老化、功率变化等原因导致的红外光源输出变化。另一个传感器配备了气体专用窄带滤光片。红外光源发出从光源传播到传感器的所有波长的广谱红外光。在途中，一些波长被感兴趣的气体分子吸收。在检测器处，测量无吸收和气体特定吸收之间的光强度差异以确定实际气体浓度。

下图以 NDIR CO2 传感器为例说明了原理：

在右侧，我们有一个红外光源，可以发射所有波长的辐射。反射器用于将尽可能多的光引导到左侧的热电堆检测器的方向。在两者之间有一个带有红外反射壁的管子，用作测量路径。对于 CO2 检测，有两个感兴趣的波长，分别是 3.91 µm(此处为浅红色)和 4.26 µm(此处为深红色)。3.91 µm 的 IR 辐射不会被大气中的 CO2 或其他常见气体吸收，并且会无损地传输到检测器。因此，它非常适合作为没有吸收的参考。波长为 4.26 µm 的红外辐射仅被 CO2 分子吸收，而不会被大气中的其他气体吸收。这表示，

该检测器由两个独立通道组成，带有窄带滤波器和一个位于一个 TO-39 封装后面的热电堆。参考通道配备了中心波长 (CWL) 为 3.91 µm 的滤波器，CO2 传感通道配备了 CWL 为 4.26 µm 的滤波器。因此，后面的热电堆只会检测其各自波长的辐射。由于该原理使用非常窄带的滤波器，因此不会有太多辐射传输到热电堆。反过来，热电堆产生的信号会相当低。要获得更高的信号，有两种选择。一种是采用具有更大吸收/活性区域的热电堆，因为信号与吸收器的大小成正比。另一种选择是使用 IR 辐射源产生更多的光。为了产生更多的红外辐射，需要更多的电力，这也会对红外光源的使用寿命产生负面影响。因此，在大多数情况下，如果需要更多信号，更大的热电堆芯片是首选。

也可以同时检测不同的气体。在这种情况下，您只需要两个以上的独立通道。需要一个参考通道和一个用于要检测的每种所需气体的通道。这是可能的，因为每个通道都针对特定波长配备了不同的滤波器。因此所有通道都是相互独立的。

NDIR 标准滤光片

Heimann Sensor 库存提供了一系列适用于通过 NDIR 原理检测的气体的标准过滤器产品。如果您想检测不同的气体，也可以使用非标准过滤器。光学窄带滤波器的可能供应商是 Spectrogon 。该制造商的产品组合中有多种不同的产品，也可以进行定制设计。我们可以从 Spectrogon 订购所需的过滤器，并使用它来构建自定义传感器。

下表列出了 Heimann 免费提供的标准过滤器：

如何选择合适的红外光源

关于红外光源，Heimann Sensor 基本上提供两种不同的类型。一种是可靠的低成本光源，适用于小于 4.5 微米的波长，另一种是性能更高的型号。低成本 HSL 系列 与高性能源相比有两个主要限制。首先是速度，因为它的灯丝加热和冷却时间常数要高得多。其次是红外辐射的发射。低成本红外光源有一个由石英玻璃制成的球状物。该玻璃球吸收或多或少的 IR 辐射取决于其厚度和相应的波长。对于 0.25 毫米的灯泡厚度，这显示在下图中。虽然用于 CO2 检测的 4.26 µm 的透射率为 40%，但 4.5 µm 以上波长的透射率低于 10%，这在大多数情况下不再适用于气体检测。

高性能红外光源不需要任何窗口或过滤器。因此，它们产生的红外辐射不受窗口限制在特定波长范围内。 要测量波长为 4.64 µm 和 5.3 µm 的低浓度 CO 或 NO，需要EMIRS 系列或类似产品的高性能源。

深圳市龙享科技是德国海曼公司中国区代理。海曼Heimann是一家生产高品质红外热电堆、热 电堆模块（包括先进的信号处理）和热电堆阵列的知名制造商，用于远程温度测量和气体检测。凭借强 大的创新能力，海曼传感器是低像素红外成像的世界市场佼佼者。我们的热电堆阵列还保持着*大空间分辨率热电堆阵列的世界记录，分辨率为120x84像素。除了热电堆，产品组合还包括热释电传感器、红外光源和真空传感器。海曼传感器每年制造超过1500万个传感器，而且这种趋势正在上升。海曼是一家通过DIN EN ISO 9001认证的公司。除了生产和销售的产品外，海曼heimann还非常重视研发新的、更 好、更小、更快的红外热电堆产品和气体浓度测量设备。