CO2是能量與生命循環(huán)過程中的重要媒介，在大氣、工業(yè)過程、生物體內(nèi)大量存在，但10ppm以下濃度的CO2穩(wěn)定分析一直是國內(nèi)氣體分析領(lǐng)域的難題，市場中得到廣泛認(rèn)可的10ppm以下量程二氧化碳分析儀主要由國外廠家提供，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品在穩(wěn)定性、零點(diǎn)漂移、使用體驗(yàn)等方面還有一定差距。為此我們在前期GFC紅外產(chǎn)品研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過反射鏡鍍膜保護(hù)、光路優(yōu)化、空氣背景隔絕、溫度補(bǔ)償策略等方面下功夫，又經(jīng)過近一年時(shí)間的努力，推出了這款Wind-CO2-L3型微量CO2分析模組，期望能提高國產(chǎn)紅外在10ppm以下微量CO2分析中的應(yīng)用體驗(yàn)。
1、  原理與特點(diǎn)

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本模組采用GFC紅外非色散測量原理，采用大功率紅外光源、高靈敏度光電探測器和懷特池氣室，內(nèi)置相關(guān)輪濾波氣室。相關(guān)輪濾波氣室中包含兩個(gè)濾波氣室，分別封入氮?dú)夂透邼舛菴O2，濾波氣室以固定頻率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切光。紅外光分別經(jīng)過濾波氣室后進(jìn)入懷特池氣室（測量氣室），而后通過濾光片到達(dá)探測器。紅外光透過氮?dú)鉃V波氣室時(shí)作為測量通道，透過CO2濾波氣室時(shí)作為參比通道。 本模組具有以下特點(diǎn)：
（1）分辨率可達(dá)0.01ppm，室溫環(huán)境下周數(shù)據(jù)波動約0.1ppm。
（2）模組采用了高精度溫度補(bǔ)償模型，取代了恒溫結(jié)構(gòu)，使儀表集成更加簡單，也可以適用于便攜儀表。
（3）氣室內(nèi)部反射鏡鍍硬質(zhì)保護(hù)膜，污染時(shí)可以進(jìn)行擦拭維護(hù)。
 2、測試注意事項(xiàng)

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10ppm量程的CO2模組是一種高精度分析模組，測試時(shí)需要注意以下事項(xiàng)。
（1）預(yù)熱問題
盡管模組沒有進(jìn)行恒溫，但光源、電路仍會產(chǎn)生熱量，因此剛上電需要預(yù)熱，至少需要30分鐘，建議預(yù)熱2小時(shí)以上，使整個(gè)模組的溫度平衡，否則可能會對結(jié)果產(chǎn)生0.1~0.2ppm的影響。
（2）零點(diǎn)吹掃問題
長時(shí)間沒有使用，如果需要測試零點(diǎn)，建議上電時(shí)可以通入零點(diǎn)氣，將氣室內(nèi)的空氣排干凈。特別注意的是標(biāo)定零點(diǎn)時(shí)通氮?dú)饣蛘邩?biāo)氣的時(shí)間不少于20分鐘，或者確保通標(biāo)氣時(shí)讀數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定，以防氣室內(nèi)氣體實(shí)際未吹掃到零點(diǎn)而將其標(biāo)定到零點(diǎn)，這樣標(biāo)定完長時(shí)間通零點(diǎn)氣或者氮?dú)?，讀數(shù)可能為負(fù)值。
（3）背景干擾問題
進(jìn)行CO2測量時(shí)，盡管采用了相關(guān)輪濾波降低了干擾性，但高濃度的CH4、CO等氣體仍然會產(chǎn)生一定的干擾，對于數(shù)個(gè)PPM CO2的測量，影響無法忽略，因此在有高濃度CH4等氣體存在時(shí)，需要注意進(jìn)行補(bǔ)償。
     3.   測試數(shù)據(jù)
下面介紹一下測試數(shù)據(jù)。
 （1）線性誤差測試
     對于0~10ppm的檢測模塊，分別通入1、3、5、7、9ppm的標(biāo)氣，通氣3分鐘后記錄數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)如圖1所示。最大絕對誤差0.05ppm，小于量程的1%FS。 （2）分辨率測試

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模組上電預(yù)熱穩(wěn)定后，通氣測試模組的實(shí)際分辨率。通過配氣機(jī)分別配通入1ppm、1.05ppm、1.1ppm、1.15ppm、1.2ppm、1.25ppm、1.3ppm、1.4ppm、1.5ppm、1.6ppm、1.7ppm的氣體，檢測結(jié)果如圖2所示，模組實(shí)際分辨率優(yōu)于0.05ppm，縱坐標(biāo)為濃度值，橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。 （3）穩(wěn)定性
我們將0~10ppm量程的CO2模塊在室內(nèi)自然環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行7天，期間以200ml/min不間斷通入氮?dú)?，每天觀察數(shù)據(jù)的波動區(qū)間，找出最大最小值，測量結(jié)果如圖3所示。從實(shí)測數(shù)據(jù)可見，24小時(shí)最大最小不超過0.1ppm，模組運(yùn)行7天最大最小值差為0.13ppm。 將2ppm標(biāo)氣以500ml/min連續(xù)通入模塊50分鐘，測量結(jié)果如圖4所示。從實(shí)測數(shù)據(jù)看，模塊實(shí)際最大波動范圍為0.05ppm。 （4）重復(fù)性測試
依次通入氮?dú)夂?0ppm的CO2標(biāo)氣，重復(fù)6次，得到的結(jié)果如表1所示（采用液氮?dú)饣髿怏w標(biāo)定的零點(diǎn)）。 （5）響應(yīng)速度測試
測試響應(yīng)速度，當(dāng)模組通入7ppm標(biāo)氣穩(wěn)定后，通入9ppm標(biāo)氣，數(shù)據(jù)變化趨勢如圖5所示。橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位秒，縱坐標(biāo)為濃度，單位ppm。從數(shù)據(jù)來看該模塊t90響應(yīng)時(shí)間在30S以內(nèi)。 （6）高低溫影響測試
將0~10ppm的CO2模塊放于溫箱中，將溫箱的溫度設(shè)置為25℃，待溫度穩(wěn)定后，通入氮?dú)狻?ppm、10ppm和20ppm，記錄結(jié)果。然后依次將溫箱溫度設(shè)定為7℃、37℃，待溫度點(diǎn)穩(wěn)定后，通入氮?dú)狻?ppm、10ppm和20ppm氣體，分別記錄結(jié)果。最后結(jié)果如表2所示?？梢娫?~37℃范圍內(nèi)，最大偏差為0.14ppm。