气体传感器量程的标定方法影响它读数准确性的5大因素后视镜

2020-05-22 06:29

所谓气体传感器,是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面,气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否,或氧气的消耗量等。在电力工业等生产制造领域,也常用气体传感器定量测量烟气中各组分的浓度, 以判断燃烧情况和有害气体的排放量等。在大气环境监测领域,采用气体传感器判定环境污染状况,更是十分普遍。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测,测量该气体在传感器附近是否存在,或在传感器附近空气中的含量。因此,在安全系统中,气体传感器通常都是不可或缺的。下面小编来为大家介绍气体传感器量程的标定方法、影响气体传感器读数准确性的5大因素、技术参数、选型技巧。一起来看看吧!

气体传感器量程的标定方法

一、预混合标定气体

1、预混合标定气体的方法是气体传感器标定的首选和最流行的方法。预混合标定气体可以被压缩和存储在一定压力下的气瓶中。这些瓶子的尺寸可以是任意的,但是在现场标定时,人们喜欢尺寸小而轻的气瓶。这些小而携便的气瓶可分为两类:低压和高压气体设备。

2、低压气瓶瓶壁薄重量轻通常是不回收和一次性的。高压气瓶是为纯化学危险品设计的。对于标定气体,这些气瓶通常壁很厚,可承受的压力为2000psi。

3、为了传感器的标定,使高压气体从高压气瓶中流出,需要一个减压器。它是由压力控制器、压力表、流量限流孔组成。流量限流孔是一种在给定的压力下,允许一定量的空气流量所适合的极小线孔。

4、在标定过程中,为了得到适当的读数,有些传感器需要有潮湿度。这种加湿过程步骤同传感器零点设置。

二、渗透设备

1、渗透设备是一个密封容器,装有气液相均衡化学物质。气体分子通过渗透容器的边缘或顶盖进行渗透。气体分子的渗透速率取决于物质的渗透率和温度。渗透率是长周期稳定的。与渗透化学物质混合形成的恒定的标定气体,在给出温度后就知道其渗透率。这就需要恒温口径测量器和流量控制器。然而,渗透管连续以恒定速率输送化学物质,随着产生了存储和安全问题。给定气体的渗透率对于应用来说可能是太高或太低。例如,高蒸汽压的气体渗透太快而非常低的蒸汽压气体化学物质所具有的渗透率太低而没有任何用途。

2、渗透设备大多数可以在实验室中找到,常常应用于分析仪器上。对于气体监视,智能旋进旋涡气体流量传感器标定需要的浓度是典型的高渗透设备。因此它的应用受到了限制。

三、交叉标定

1、利用交叉标定方法,主要是每个传感器都遭受其他气体的干扰。例如,要标定100%LEL的乙烷气体,通常用50%ELE的甲烷气体来代替实际的乙烷气体。这是因为乙烷在室温时是液态具有低蒸汽压。因此说使用精确的混合气并保持它在高压力下是很困难的。

2、换句话说,甲烷具有很高的蒸汽压并非常稳定。此外,它可以与空气混合并保持在很高的压力下。与乙烷混合气相比甲烷可用于更多的标定场合,同时它具有长寿命。50%的乙烷混合气容易得到。因此,可燃气体报警仪的制造商建议使用甲烷作为标定其他气体的代用品。

3、有两种方法可完成甲烷作为标定其他气体的代用品。

(1)第一种方法是用甲烷标定可燃气体报警仪,同时,用所获得的读数乘以手册中的响应因数来代替其他气体的读数。常用催化型传感器就是如此。催化型传感器是线系输出,因此响应因数的使用符合满刻度量程。例如,当用甲烷标定传感器时,戊烷的输出仅仅是甲烷的一半。因此戊烷的响应因数是0.5。所以当传感器实际检测戊烷而用甲烷标定时,读数乘以0.5以获得戊烷的读数。

(2)第二种方法仍然是使用甲烷作为标定气,但是标定读数为双倍值。例如,使用50%LEL的甲烷标定气标定100%LEL戊烷。虽然标定时使用的是甲烷气,但仪器标定后,其读数为戊烷气体的浓度。许多低量程有害气体传感器可以使用交叉气体标定。同样,红外线探测器对于任何气体都以相同的波长吸收,可以使用交叉标定的方法。交叉标定方法的优点是允许传感器的标定使用一种气体其量程容易获得和处理。

4、然而,使用交叉标定的方法也会出现一些问题。一是每个传感器的响应因数有所不同,原因是不可能在制造气体涡街流量计(插入式)传感器时使每个传感器都一样。例如,在催化型传感器中,加热器电压在手册中已说明。另外响应因数不能使用。响应特性将随加热器电压的设立的不同而变化。因此,使用实际的目标气体对传感器进行标定作周期的检测是一种好的方法。

5、稳定非易燃和无毒的各种浓度气体可以从供应商中获得。详细情况请与仪器制造厂商联系。

四、气体混合

不是所有的标定气体都可用。即使它可用,也有可能在一定的浓度或固定的背景混合气下,该标定气体不可用。然而,许多混合气可通过稀释后,对低浓度量程气体监视器进行标定。

影响气体传感器读数准确性的5大因素

1、气体浓度

(1)对于电化学传感器来说,其输出电流随被测气体浓度呈线性变化,一旦被测气体浓度发生变化,传感器输出信号也便随之发生变化。例如:苯标气,当使用苯传感器进行测试时,经常遇到检测不到苯气体的信号,或者信号很小。这是由于苯气体相比于空气密度较大,因此在钢瓶中易出现苯气体下沉现象,导致传感器检测时无信号输出,抑或输出信号很小。

(2)另外气体被吸附也会导致气体浓度降低,比如CL?、SO?、NH?、NO?、HCL、HF等吸附性很强的气体,可能观察到的现象是,打开阀门几分钟的时间内,传感器测试输出信号比较低。因此气体吸附也是影响传感器读数的一个常见因素,建议使用聚四氟乙烯管气路,以降低气体吸附。并且在测试初始时,应预先进行通气5分钟,以便将气路中的空气排出。

2、环境温湿度

绝大多数的气体传感器对环境温湿度很是敏感,如湿度变化明显(如从带空气调节的干燥环境进入室外潮湿空气环境时),则空气中的水蒸气会驱赶氧气,导致氧气读数可能造成跌落最多达0.5%。下面,我们就来看看环境温湿度对气体传感器的具体影响:

(1)对零点的影响

电化学传感器的零点是指其在洁净空气中的信号输出,零点信号的造成大多数是因为空气中的干扰气体或者是传感器电极本身具有一些杂质,导致发生化学反应,并释放出信号。众所周知,化学反应受温度的影响是很明显的,随着温度的升高,化学反应也就会越来越剧烈,因此,也便造成零点越高,反之亦然。

(2)对灵敏度的影响

环境温湿度对气体传感器灵敏度的影响与上述现象相似,即短时间内温度越高,化学反应越剧烈,很容易在检测过程中影响传感器输出信号的准确性。

(3)对寿命的影响

如果传感器长时间处于高温低湿的环境中,很容易出现电解液挥发干涸的现象,从而导致电子的传输收到制约,内阻增大,反应速度变慢,灵敏度降低,变现为传感器灵敏度衰减,直接影响传感器使用寿命。电化学传感器温度范围比较窄,一般是-20℃到55℃。能够长期使用的湿度范围是15%RH--90%RH,最有利的湿度是20℃时候的60%RH。为了降低温度带来的影响,温湿度度补偿是最直接有效的解决办法。

3、气体压强

气体传感器是用来测量气体浓度的,当气体被压缩的时候,气体的相对浓度并不会增加,但是绝对浓度会增加。也就是说,在单位体积的空间里,所包含的被测气体分子数增加了,因此在其相对浓度不变的情况下,气体的压强增加,传感器的读数也会随之增加。那么,如果消除环境压力带来的影响呢?

(1)首先要将测试工装设计好,传感器测量的气体不能垂直吹向传感器顶面,而是要平行于传感器的顶面吹过。

(2)其次,要让气流流过的时候有泄压的缝隙,最好不要密封,这样便能够保证气室内外压力几乎一样,进而消除外界压力对测试结果带来的影响。

4、老化时间

大多数气体传感器在使用前需要对其进行老化,电化学传感器更是如此,合适的老化时间能够使传感器具有稳定的输出。电化学传感器在运输过程中,或者在搁置期间,电极表面很容易吸附一些杂质,使得在刚通电时,传感器读数经常出现零点偏高,抑或输出值跳动等现象。此时如若进行测试气体,其得到的测试结果明显有误差。因此,对其进行合适的老化可以得到稳定的输出,从而减小其对传感器读数的影响。

5、平衡气

跟据统计,电化学传感器有20多种,绝大多数毒气是还原性的气体,然而还原性气体被氧化时需要氧气进行参与,包括CO、H2S、SO?、NH?、PH?等等。在测试此类气体时,如果氧气供应不足,就很容易影响传感器信号输出,常见的现象即是灵敏度偏低,抑或输出信号先升高后降低。因此,在使用电化学传感器测试还原性气体时,尽可能采用空气平衡气体。

气体传感器技术参数

1、传感器

能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。

①敏感元件是指传感器中能直接(或响应)被测量的部分。

②转换元件指传感器中能较敏感元件感受(或响应)的北侧量转换成是与传输和(或)测量的电信号部分。

③当输出为规定的标准信号时,则称为变送器。

2、ppm

ppm是英文parts per million的缩写,译意是每百万分中的一部分,即表示百万分之(几),或称百万分率。如1ppm即一百万千克的溶液中含有1千克溶质。对于气体传感器:则代表一百万体积的气体中所含被测气体的体积数。例如:混合空气中含有1ppm的硫化氢意味着每一百万单位体积的气体中含有一个单位体积的硫化氢。ppm与百分率(%)所表示的内容一样,只是它的比例数比百分率大而已。

3、量程

量程是指传感器可以探测被测气体的范围。常见的气体量程为:0-100%LEL(可燃气体或挥发性有机气体);0-1000ppm(氢气)

0-100ppm(甲烷)等。

4、漂移

在一定的时间间隔内,传感器输出终于被测量无关的不需要的变化量。

5、零点漂移

零点漂移是指在使用一段时间或应用到新的环境时传感器在洁净空气中的探测到的值大于或者小于零的现象。

6、响应时间

响应时间是指在试验条件下,从检测器接触被测气体达到稳定指示值的时间。通常,读取达到稳定值90%的时间作为响应时间。即常见的T90。也有的用T表示,此时T的值未定,但一般表示90%、80%或者70%。

7、偏置电压

为了保证传感器正常工作,并准确工作,和工作在线性区,有的传感器,是有源器件,这样的传感器就需要工作电压,有的传感器是无源器件,但是却是非线性器件,这样的传感器就必须加偏置电压,使其工作在接近线性的区域。

8、精确度

被测量的测量结果与真值间的一致程度。

9、从复性

在所有下述条件下,对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度

10、分辨率

传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。

11、线性度

校准曲线与某一规定只限一致的程度。

12、长期稳定性

传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。

13、响应

输出时被测量变化的特性。

14、补偿温度范围

使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。

气体传感器选型技巧

1、根据测量对象与测量环境

根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

2、灵敏度的选择

通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的于扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、响应特性(反应时间)

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。

4、线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

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上述是小编为大家讲解的气体传感器量程的标定方法、影响气体传感器读数准确性的5大因素、技术参数、选型技巧。希望这些知识能够帮助到大家!大家要注意,气体传感器在使用结束后,需要定期进行维护和保养,要不然会影响它的测量精度,进而减少其使用寿命,要防止气体传感器接触有腐蚀性的气体,以免使得其产生腐蚀,影响测量的结果。还有,如果测量的是高温介质,要看这个温度是不是在传感器的适宜温度范围内,如果不在,就不能使用这个设备进行测量,就需要选择适宜的传感器来测量,但同时也要注意在测量时,不要有沉渣沉着。最后建议大家导压管最好安装在温度变化比较小的区域,不要安装在温度的波动比较大的地方,以免使得力设备发生损坏。

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