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电化学气体传感器的常见问题

精讯畅通    2022-09-9

电化学气体传感器是将电化学检测技术与电路设计相结合而设计制造出的通用型气体传感器,传感器利用电化学检测原理各种气体。但很多人对电化学气体传感器还是不过了解,下面就给大家分享一下电化学气体传感器的常见问题,从常规使用年限、影响传感器寿命的因素、含过滤功能的气体传感器、对气体传感器更换工作进行计划、如何发现传感器故障、传感器标定的含义等几个方面介绍。

电化学气体传感器

1、常规使用年限

普通的电化学气体传感器的使用年限通常为2~3年,如一氧化碳或硫化氢传感器等。而一些特殊气体,如氟化氢气体的传感器的使用年限仅仅只有12~18个月。盛密的无铅氧气传感器的标准使用年限为5年。具体使用视环境会有相应的延长和缩短。 在理想情况下,即温度和湿度分别保持在20℃和60%RH左右,同时没有污染物的侵入时,已知有的电化学传感器工作超过10年!周期性地暴露在目标气体环境中并不会限制传感器的使用年限,优质的传感器通常都装备充足的催化剂和结实耐用的导体,这些材料并不会因为化学反应而轻易消耗殆尽。传感器也有所谓的库存期或者存贮周期,这些时间可能会让用户,服务公司和制造商都感到困惑和沮丧。电化学传感器在生产后通常都有六个月的存贮周期(假定存贮条件为理想的20℃)。在超出这一周期后,传感器输出的信号就有可能变得不稳。这个周期中的一小部分时间不可避免地要用于生产和运输环节。所以,对传感器备件的采购进行详细计划就变得至关重要,其目标是尽量缩短备件在仓库中的存贮时间。

2、影响传感器寿命的因素

极端温度可以影响气体传感器的寿命。通常,制造商所宣称的设备操作温度范围通常在-30℃到+50℃之间变化。然而,高质量的传感器能够在短时间内承受突破此范围的温度。比如,传感器(如H2S或CO)在短时间(1~2小时)暴露于60℃到65℃是没有问题的。但是,如果极端情况重复发生则会造成电解质挥发,也有可能造成零基线读数移动和反应迟缓等情况。 温度过低时,传感器的灵敏度会降低。也许传感器可以在-40℃的低温工作,但是对气体的灵敏度会大幅度下降(灵敏度甚至可能降低高达80%),而且反应时间也会延长许多,另外,当温度降到-35℃以下时,电解质还有结冰的危险。当气体浓度过高时,也有可能造成传感器性能下降。通常,电化传感器在测试时,极限气体浓度是其设计浓度的十倍。使用高质量催化剂的传感器应该可以承受这样的情况,并不会对其化学特性或长期性能造成损坏。而使用低质量催化剂的传感器则有可能造成损坏。潮湿是对传感器影响最大的因素。电化传感器的理想工作环境应当是20℃,60%RH(相对湿度)。当环境湿度超过95%RH时,电解质会因为吸收水分而稀释。在极端情况下,电解质体积会增加2~3倍,很有可能造成电解质从传感器设备体通过接口渗漏。而当湿度低于20%RH时,电解质则有可能脱水。随着电解质脱水,设备反应时间也会显著延长。 通过对传感器进行称重,可以迅速简便地判断出电解质的稀释和脱水情况。与出厂重量相比,当传感器重量有±250mg以上的变化时,则说明传感器的性能很有可能受到了影响。通过将传感器置于相反的极端湿度环境中,电解质原来的稀释或脱水情况都是可逆的。在5~25天的时间里,传感器的重量和电解质浓度都可以恢复到初始状态,性能也一并得到恢复。 要提醒大家注意的是,传感器的灵敏度可能会随着周围环境的情况而变化。一个原本反应不灵敏、反应时间长的传感器可能会随着环境湿度的变化而有所改善。这种情况在四季气候变化鲜明的国家则更为突出。氢硫化物传感器的性能尤其与周边环境联系更为紧密。一台固定式探测器中的传感器的灵敏度和反应时间很有可能在按照当地的温度湿度调试稳定后的两三周内发生改变。当传感器在安装前存放在非常干燥的环境中时(比如带空调的办公室),这种情况尤为普遍。在特殊情况下,干扰气体可能会因为被催化剂吸收或者与催化剂发生反应生成副产品抑制催化剂,进而破坏传感器电极。强烈的震动和机械冲击也可能会损伤将电极、连接条(铂金丝)和接口连接在一起的焊点,从而损坏传感器。

3、含过滤功能的气体传感器

在有些传感器上安装有化学过滤层,以尽可能消除干扰气体,尤其是硫化物气体带来的影响。这些过滤层的使用年限有限,通常用ppm小时来定义其对干扰气体的耐受水平。因为气体浓度有高低之分,所以ppm小时这个度量单位也许会不太精确。在目标气体暴露时间减半的情况下,一个标称1000ppm小时的过滤器也不一定能把使用时间延长两倍。 当过滤层饱和时,传感器与干扰气体产生交叉反应的程度随之加重(比如带有过滤H2S气体的过滤层的SO2传感器)。当过滤层用尽时,用户当然无法判断他们所使用的传感器到底是在与SO2还是H2S发生化学反应。 有机过滤层(碳基)虽然非常高效,但是不可再生,而且在环境湿度超过50%RH时,过滤层会因为气孔堵塞而饱和。所以,化学过滤层的功效会在高湿度环境下下降。

4、对气体传感器更换工作进行计划

仪器操作人员渴望通过预测传感器使用年限对传感器更换工作进行提前计划,这样服务工程师在现场维修的时候就可以带来新的传感器,避免了设备停机或重复派人的问题。反言之,如果用户能够有把握将例行传感器更换周期延长,那么他们也自然可以降低更换传感器的成本。实际上,电化学气体传感器使用年限的预测,设备的使用年限、寿命会受到本文中所提及的种种因素影响,每种具体应用中的情况各有不同。在实际操作中,用户要么根据制造商的建议按照固定时间周期对传感器进行更换,或者根据历史数据进行更换(比如每两三年更换一次),抑或是发现传感器对测试气体没有足够反应的时候进行更换。只有在表现出灵敏度明显下降(或者反应时间过分延长)时,传感器才有可能在服务周期之间发生故障并进行更换。

5、如何发现传感器故障?

在过去的几十年里,人们在气体传感器上应用了若干种的专利和技术,虽然这些技术都宣称可以发现电化学传感器发生故障的情况,但是大多数的技术仅仅是推断传感器在某种电极刺激下工作状态。展示传感器处于工作状态的唯一可靠方法就是使用测试气体并测量传感器的反应——即快速测试或者全面校准。事实上,电化学传感器并不具备自动防故障功能。在干净的空气中,它们输出零信号电流,在它们报废前,即便暴露在目标气体中,仍然输出零电流。所以,我们无法保证一部气体探测仪器对所发生的故障进行自动识别。 但是,气体探测仪器可以对那些有可能影响传感器性能的事件进行报告:智能气体探测器和变送器能够检测周围环境并在温度超出传感器上下阀值的时候发出报警。变送器也能够将需要测量气体的浓度与传感器最大允许值进行比较,一旦超出就发出警告。在这些例子中,用户应当采取的正确措施就是使用测试气体对传感器进行快速测试来验证传感器是否能正确反应。

6、传感器标定的含义

标定是指用一定浓度的标准气对报警器的示值进行校准,一般包括零点标定和量程点标定。 零点标定一般指的是在高纯氮气或清洁空气环境进行的标定。 量程点标定指的是在一定目标气体浓度下对报警器的标定。

7、电化学气体传感器使用前为什么必须老化?

● 对电极上也会有电荷积累,老化可把电荷中和掉。● 不用时也会有一些其它气体吸附在上面,通过老化可把其反应掉,工作时更稳定。● 老化时,工作电极相对参比电极控制在所需的偏压范围内,让传感器进入准备工作状态。

好了以上就是今天给大家分享的有关电化学传感器的常见问题,希望能帮到大家。

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