如果将红外光施加在双热电堆传感器上，并安装一对滤光器，使其中一个滤光器中心波长在4260 nm，而另一个中心波长在3910 nm，则通过测量两个热电堆的电压之比即可测得二氧化碳浓度。中心波长与二氧化碳吸收波长重叠的滤光器用作测量通道，中心波长在二氧化碳吸收波长以外的滤光器用作基准通道。使用基准通道后，可消除灰尘或辐射强度衰减引起的测量误差。二氧化碳和水蒸汽对3910nm的红外线几乎都没有吸收，注意这一点很重要；这使得该区域成为基准通道的理想地点。
NDIR检测中使用的热电堆具有相对较高的内阻，而50 Hz/60 Hz电源线噪声会耦合进入信号路径。热电堆的内阻可能为100 kΩ左右，导致热噪声成为系统内的主要噪声。例如，图1系统中选用的热电堆传感器电压噪声密度为37 nV/√Hz。为了使系统拥有最好的性能，应该使传感器输出尽可能大的信号，并且在电路中使用较低的增益。
使来自热电堆传感器的信号最大化的最佳方法是使用具有高反射特性的腔室，这样做可以确保尽可能多的辐射进入检测器而不被腔室吸收。使用反射腔室来减少腔室吸收辐射量还可降低系统功耗，因为这样可以使用小功率的辐射源。
NDIR气体吸收的比尔-朗伯定律
测量通道传感器的红外强度以指数关系递减，此关系称为比尔-朗伯定律：
其中：
1.I表示出射光强。
2.I0表示入射光强。
3.k表示特定气体和滤光器组合的吸收系数。
4.l表示光源与检测器之间的等效光学路径长度。
5.x表示气体浓度。
对于测量通道传感器输出，存在相应的输出电压变化V0 – V：
其中：
1.FA表示相对吸收率。
2.V0表示入射光强对应传感器输出。
3.V表示出射光强对应传感器输出。
整理公式，并结合前面两个公式，可得：
如果k和l保持不变，FA可相对于x进行绘图，如图6所示（其中，kl = 115、50、25、10和4.5）。FA值随c增加，但最终在高气体浓度下饱和。
图6. 典型相对吸收率（kl = 4.5、10、25、50、115）
这一关系表明，对于任意固定的设置，低浓度时气体对相对吸收率的影响要高于高浓度；但是，可以调节k和l，以便针对所需的气体浓度范围提供最佳吸收。这意味着较长的光学路径更适合于低气体浓度，而较短的光学路径更适合于高气体浓度。
下文描述了两点校准步骤，这在使用理想比尔-朗伯公式确定kl常数的情况下是必需的。如果b = kl，则
校准的第一步要求对传感器组件施加低浓度的二氧化碳气体（或纯氮气，即0%浓度的二氧化碳气体）。
1.ACTLOW表示低浓度气体环境中测量通道传感器的峰峰值输出。
2.REFLOW表示低浓度气体环境中基准通道传感器的峰峰值输出。
3.TLOW表示低浓度气体的温度。
校准的第二步要求将已知浓度(xCAL)的二氧化碳气体施加到组件上。通常，xCAL浓度水平选择浓度范围内的最大值（比如针对工业空气质 量范围，选择0.5%体积浓度）。
1.ACTCAL表示校准气体浓度为xCAL时，测量通道传感器的峰峰值输出。
2.REFCAL表示校准气体浓度为xCAL时，基准通道传感器的峰峰值输出。
这样就可以写出以下含有两个未知数（I0和b）的联立方程：
求解两个方程的I0 和 b,
然后，对于未知浓度(x)的气体，其中：
ACT表示未知气体环境中测量通道传感器的峰峰值输出。
REF表示未知气体环境中基准通道传感器的峰峰值输出。
T表示未知气体的温度，单位为K。
系数T/TLOW补偿温度变化对气体浓度的影响（在此使用了理想气体定律）。
修正比尔-朗伯定律
出于实际考虑，在使用NDIR时，需要修改比尔-朗伯定律以得到精确的读数，如下所示：
因为并非所有达到热电堆的红外辐射都经历过理想的气体吸收（哪怕气体浓度较高），因而引入SPAN系数。由于滤光器带宽和吸收频谱的精细结构，SPAN小于1。
光学路径长度的变化和光的散射要求增加指数项c，以便使方程精确吻合实际吸收数据。
b和SPAN常数值同样取决于测量的浓度范围。典型浓度范围如下所示：
1.工业气体质量(IAQ)：0至0.5% vol. (5000 ppm)。注意，环境空气中的二氧化碳浓度约为0.04% vol.，或400 ppm。
2.安全防护：0至5% vol.。
3.燃烧：0至20% vol.。
4.过程控制：0至100% vol.。
特定系统的b和c实际值通常使用曲线拟合程序从FA与浓度x的关系曲线上的一个数据点求得。
对于b和c常数已确定的给定系统，ZERO和SPAN的数值可以使用两点校准法计算得到。
此过程的第一步是注入低浓度xLOW气体，并记录以下内容：
1.ACTLOW: 低浓度气体环境中测量通道传感器的峰峰值输出。
2.REFLOW: 低浓度气体环境中基准通道传感器的峰峰值输出。
3.TLOW: 低浓度气体的温度，单位为K。
校准的第二步要求将已知浓度(xCAL)的二氧化碳气体施加到组件上。通常，xCAL浓度水平选择浓度范围内的最大值（比如针对工业空气质量范围，选择0.5%体积浓度）。记录以下内容：
1.ACTCAL: 校准气体浓度为xCAL时，测量通道传感器的峰峰值输出。
2.REFCAL: 校准气体浓度为xCAL时，基准通道传感器的峰峰值输出。
这样就可以写出以下含有两个未知数（I0和SPAN）的联立方程：
求解两个方程中的ZERO和SPAN：
然后，对于未知浓度(x)的气体，其中：
ACT表示未知气体环境中测量通道传感器的峰峰值输出。
REF表示未知气体环境中基准通道传感器的峰峰值输出。
T表示未知气体的温度，单位为K。
此方程假定 TLOW = TCAL.