您当前的位置:首页>        新闻中心
 
 
新闻中心

电化学气体传感器的常见技术参数小知识

精讯畅通    2022-09-9

电化学气体传感器从上世纪70年代末发明出来到现在,全世界的使用量大约为500万只,广泛应用在各行各业中,例如工业安全、大气质量监测、烟气分析、医疗、城市地下管网、建筑物暖通空调和地下车库空气质量监测、工业过程控制、核工业等领域,不一而足。只要是用得到气体或有气体产生的地方,都会用到该气体传感器

本文章详细介绍了一下电化学气体传感器5个技术参数,分别为量程范围、灵敏度、响应时间、恢复时间和归零时间、分辨率等。

电化学气体传感器

1、量程范围

定义:能够保证传感器规格书所列各项参数的最高气体浓度。

问:量程范围有多宽?

答:不同的气体传感器都有各自的量程范围,低至1PPM(PPM为百万分之一),高至100%VOL(体积比)。1PPM量程的传感器多是测量特毒的毒气,100%VOL量程的多是测量高浓氧气。医疗氧传感器的量程比较特殊,例如:200,000%mbar,这个单位的意思是在大约2个标准大气压下,传感器最高能测到100%VOL,计算式为2,000 mbar * 100% VOL=200,000 %mbar。(1标准大气压=1013mbar)。%mbar浓度单位的使用,在水下作业的场合和压力舱内也会用到。

问:输出和气体浓度是什么关系?

答:有的EC传感器是电流源,即输出电流和被测气体浓度成正比;有的是电压源,即输出电压和气体浓度成正比。这种成正比的关系在仪表行业称为线性,即被测气体浓度和输出电流或电压成线性关系。

问:什么是过载量程?

答:有些传感器的规格书上除了量程,还有一个参数叫过载量程(OVERLOAD RANGE)。这个参数是告诉用户:在这个浓度下,传感器可以短时间(几分钟)测量而传感器不会永久性损坏,但性能无法符合规格书上所列参数。如果超过过载量程,会造成传感器永久损坏。

2.灵敏度

定义:被测气体改变一个单位浓度,例如1PPM,传感器所获得的输出电流或电压的改变量。

问:灵敏度单位是什么?

答:对毒气传感器来说,最常见的单位是nA/PPM或uA/PPM。对常量氧传感器来说,其单位是uA@20.9%VOL O2,意思是在空气中,输出的电流是多少微安。对微量氧传感器来说,其单位是mV@20.9%VOL O2,当然,微量氧传感器放在空气中测试是很不科学的,因为微量氧传感器是测PPM级O2的,长时间暴露在空气中,会让它很快失效。对医疗氧气传感器来说,其单位是mV@20.9%VOL O2,医疗氧气传感器的最大量程都是100%VOL。

问:同一个型号的传感器灵敏度误差有多大?

答:具体需要看灵敏度后面的误差范围,以盛密科技的一氧化碳传感器4CO-500S为例,其灵敏度是70±15nA/PPM。其中"±15nA"就是传感器的个体差异。

问:灵敏度会变化吗?在什么情况下会变化?

答:EC传感器的灵敏度是会变化的,影响灵敏度的因素包括:温度、湿度、压力、流速、寿命、干扰气体。以上参数,在规格书所定义的范围内变化是不会影响传感器寿命的,但如果超过了这些范围,传感器可能会受到不可逆的破坏。

不过,传感器在出厂的时候,个体差异要尽量的小。表征这个差异最好的参数是CPK。下图就是盛密科技出产的4H2S-100灵敏度的CPK。一般说来,CPK=1.33就相当于3sigma的水平了,下图中的CPK已经超过1.33了。

3.响应时间

定义:传感器信号从零点上升到通气平衡点一定百分比,所需的时间成为响应时间,通常用T90来描述。从零点上升到平衡信号值的50%所需要的时间称为T50,从零点上升到90%所需的时间称为T90,从零点上升到97%所需的时间成为T97。

问:为什么响应时间很重要?

答:因为气体传感器主要是保护人身安全的。当氧气或毒气超过对人体有害的范围,人员必须撤离该环境,撤离时间越短越好。因此,传感器响应时间越短,
就留给撤离人员越多的时间。

问:如何确定零点,如何确定平衡点呢?

答:对于常规气体传感器,当它暴露在空气中,3分钟之内读数变化不超过一个分辨率,即认为是平衡了。具体地说,对O2传感器来说,读数变化不超过±0.1%,即认为是平衡了;对CO传感器来说,读数变化不超过1PPM,即认为平衡了;对H2S传感器来说,读数变化不超过0.1PPM,即认为平衡了。有很多吸附性和腐蚀性的气体比较特殊,它们通气后的输出电流很难走平,但这也是正常的现象,这是由气体本身的物理化学性质所决定的,不可改变。例如4NH3-100传感器的平衡曲线就是这样的。

问:有的传感器通气后读数会一直上升,如何确定平衡点呢?

答:对于吸附性强的气体,其传感器的T90计算和CO、H2S常规气体是不一样的。例如,在NH3传感器的规格书上T90后面会跟上一句<60s calculated from 5 min. exposure time。它的意思是说,通气5分钟,即认为是平衡,然后用5分钟时候的灵敏度还计算T90时间。这里的通气5分钟也是有技术条件的:

A. NH3气体流速为500±100ml/min;

B. 管路和流量计是特氟龙材质或不锈钢的;

C. NH3浓度在量程范围之内;

D. 流动的NH3气体和传感器之间不能有任何薄膜或钢网的阻挡。

常见有吸附性的气体包括:HF、HCl、NH3、SO2、Cl2、ETO、H2S(吸附性从高到低排列)。常见的没有吸附性的气体包括:O2、H2、CH4、CO、CO2等等。

4.恢复时间和归零时间

恢复时间定义:恢复时间是表述传感器从标准气体恢复到零点气体时,信号回复快慢的一个参数。常用的是RT90,它的意思是,从传感器通气平衡状态恢复到10%信号所花的时间。例如,CO标准气是500PPM,当传感器信号从500PPM回到50PPM(500PPM*10%=50PPM)的这段时间,就是RT90了。
归零时间定义:归零时间是表述从传感器通气平衡状态恢复到3个分辨率的读数所需要的时间。例如,CO传感器的分辨率是1PPM,标准气是500PPM,当传感器信号从500PPM回到3PPM的这段时间,就是归零时间了。

问:用不同浓度的标准气体测试EC传感器,RT90时间和归零时间会不一样吗?

答:是会不一样的。浓度越高,RT90时间和归零时间越长。

问:不同的温度下,EC传感器的响应时间和恢复时间一样吗?

答:不一样。温度越高,响应时间和恢复时间越短,温度越低响应时间和恢复时间越长。

问:所有的EC传感器在规格书上都写了RT90和归零时间吗?

答:几乎所有的传感器规格书上都会有响应时间T90,例如盛密科技的4NH3-100,T90时间就写的是90秒,这意味着盛密出厂的传感器T90都会小于90秒。关于回零时间,诺联芯会按照客户的要求,给予客户传感器的响应曲线,这样客户就能够自行计算回零时间了。

问:毒气传感器和氧气传感器RT时间的计算方法一样吗?

答:不一样。毒气传感器从零气往上升计算T90,从平衡标准气下降计算RT90和归零时间。而氧气传感器是从空气20.9%VOL下降到报警点18.0%VOL,算出平衡的时间,然后再计算T90。

5、分辨率

定义:分辨率是描述传感器能够分辨的最小的气体浓度改变量的参数。分辨率和灵敏度和噪声相关,类似电子技术里面的一个参数——信噪比。计算公式是:
分辨率=3 X 信号标准差/灵敏度

问:如何计算信号标准差?

答:在传感器信号被放大之后,会送入模数转换器ADC。系统噪声需要用标准差(STDEV)来衡量,STDEV可以通过Office Excel里的STDEV()函数来计算。例如,上面信号的STDEV值计算之后为1.03CTS。CTS就是ADC的值,下图是12bit ADC输出的CTS。

问:如何计算灵敏度?

答:将传感器和电路板系统的零点CTS平均值和通气平衡后的CTS平均值相减,取绝对值,再除以通气浓度即可得到。例如,零点CTS平均值为1952CTS,500PPM通气平衡后的CTS平均值为3452CTS。问该系统的灵敏度是多少?

计算公式:|1952-3452|/500 = 3CTS/PPM

通过上面两问和解答,我们就可以计算出来系统的分辨率了:

3*STDEV/灵敏度=3*1.03/3=1.03PPM

问:传感器的分辨率和精度有什么关系?

答:并无直接关系。传感器的分辨率是由上面的公式计算所得。传感器本身并无精度的概念,所以传感器的规格书上也没有精度的参数定义。精度是描述仪器、仪表读数和气体真实值之间的差值,也叫准确度,表示方法有±xPPM@100PPM,±5%Reading或±10%F.S.诸如此类。

文章来源于网络,若有侵权,请联系我们删除。

  •                        公司地址: 山东省威海市高新区火炬路221号
  •                        微信:191 0631 7877
  • 电话:191 0631 7877
  •                        济南分公司:山东省济南市高新区舜华路2000号舜泰广场11号楼写字楼B区3-602C室
  •                        微信:191 0631 7877
  • 电话:191 0631 7877

   

      191-0631-7877

厂家直销    价格优惠