[科普中国]-通量分析仪

二氧化碳和水汽浓度的测定，可以使用根据红外线吸收原理制成的红外二氧化碳/水汽分析仪。市场上有几个型号的产品，其原理是利用二氧化碳和水汽在红外线域对特定波段(二氧化碳4.3 FLM，水汽2.6RLm)的辐射吸收来测定二氧化碳和水汽密度(或浓度)。具体来说是利用测定光源和受光部之间的辐射吸收率来计算所测气体的密度。这类仪器根据分析光路的配置方式大致可以分成开路式和闭路式两种。

简介二氧化碳和水汽浓度的测定，可以使用根据红外线吸收原理制成的红外二氧化碳/水汽分析仪。市场上有几个型号的产品，其原理是利用二氧化碳和水汽在红外线域对特定波段(二氧化碳4.3 FLM，水汽2.6RLm)的辐射吸收来测定二氧化碳和水汽密度(或浓度)。具体来说是利用测定光源和受光部之间的辐射吸收率来计算所测气体的密度。这类仪器根据分析光路的配置方式大致可以分成开路式和闭路式两种。1

开路式(open-path)分析仪开路式的红外分析仪如同超声风速计一样，其测定光路被暴露在空气中，用10 Hz以上的频率测定空气中二氧化碳/水汽的密度脉动，在其原理上最符合涡度相关法的技术要求，所以也被称之为二氧化碳/水汽气体分析仪。代表性的产品有美国的Li-Cor公司的 LI-7500 (0.12 m)，Data Design公司的OP-2(0.20 m)和日本的E009B(0.20 m)。

开路系统直接测定湍流脉动的基本原理是利用红外线光源将光束照射到二氧化碳/水汽的测定光路上，在另一方利用检测器的镜头能聚集红外线。检测器是利用分光、透射、反射二氧化碳/水汽的吸收带波长的干涉滤光器，测定出二氧化碳/水汽脉动的装置。

目前最先进的二氧化碳/水汽测定仪为LI-7500红外二氧化碳/水汽分析仪(如图8.9所示)，它是高频响、高精度的二氧化碳/水汽开路系统分析仪，可在复杂组成的气体中分析二氧化碳/水汽的绝对密度。LI-7500探测器由红外线光源、检测器、4种波段的滤光片组合起来的截光器、透镜、窗等部分组成。1

闭路(closed-path)分析仪使用开路分析仪进行通量测定时，由于其传感器被长期放置在野外，会造成仪器的故障或精度的下降。因此在涡度相关法中，也有采用闭路分析仪进行涡度相关测定的。闭路式分析仪是将空气抽入分析仪的内部进行测定，所以使用分散型的红外分析仪(NDIR)作为分析仪的本体，分析仪本体以外需要有气泵和取样管。尽管因管内脉动衰减等原因与开路方式相比其时间响应差些，但是因为其稳定性好，也被广泛应用于通量观测之中，市场上有各种各样的分析仪，但被用于涡度相关测定中具有代表性的机型为Li-Cor公司的LI-6262型及继其后推出的LI-7000型。

在LI-6262分析仪的内部有样品室和参比室，在样品室测定对象的空气以一定的速度流入，在参比室将利用药品(苏打石灰，过氯酸镁)去掉CO2和水汽的空气封入，或利用不含CO2和水汽的的N2，以一定的流量通气。从光源射出的红外线由高速回转的快门交互进入两个室，透过室的红外线分成两个方向，透过中心波长为2.6 μm和4.3μm波段的滤波器后，分别被检测器测出其辐射强度。由样品室与参比室透过辐射强度之比，分别算出CO2和水汽在其吸收波长的透过率，将透过率代入关系式(校正曲线)再经过室内的气压和温度校正就可以得到CO2和水汽密度。1

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学