知识分享气体传感器常用术语讲解(上)

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,高至100%vol。1ppm量程的传感器是测量特毒的毒气,100%vol量程的是测量高浓氧气。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

2,000mbar*100%vol=200,000%mbar(1标准大气压=1013mbar)

问:输出和气体浓度是什么关系?

答:EC传感器有的是电流源,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。

问:什么是过载量程

常见单位:

VOL%:指混合气体的浓度体积比。在检测二氧化碳、氧气时使用该单位;

LEL%:指可燃气体爆炸下限的百分比。即可燃气体与空气混合时,遇到最小点火能量,发生爆炸的最低浓度。

UEL%:可燃性气体与空气混合,着火导致爆炸产生的最高浓度值。

PPM:PPM是英文partpermillion的缩写,表示百万分之几,体积浓度(ppm),表示一百万体积的空气中所含污染物的体积数。PPB:PPM是英文partperbillion的缩写,气体浓度的10亿分之一。※1ppm=1000ppb

气体摩尔体积:单位物质的量的气体所占的体积,符号为Vm,常用单位L/mol或m3/mol。在标准状况下(0℃,101KP的状态),1mol任何气体所占体积都约为22.4L。

我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位(如:mg/m3)表示。

2.灵敏度(SENSITIVITY)

定义:被测气体改变一个单位浓度,传感器输出电流或电压的改变量。

问:灵敏度单位是什么?

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。

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;对分辨率为10ppm的H2传感器来说,读数变化不超过10ppm,即认为平衡了。

问:有的传感器通气后读数会一直上升,如何确定平衡点呢?

NH3气体流速为500±100ml/min;

管路和流量计是特氟龙材质或不锈钢的;

NH3浓度在量程范围之内;

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:H2S、CL2、SO2、NH3、HCL、HF、F2等等。常见的没有吸附性的气体包括:O2、H2、CH4、CO、CO2等等。

5.分辨率(Resolution)

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OfficeExcel里的STDEV()函数来计算。

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,3ppm通气平衡后的CTS平均值为2139CTS。问该系统的灵敏度是多少?

计算公式:|2139-1952|/3=62.3CTS/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*1.7/62.3=0.08ppm

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,也叫准确性,表示方法有±xppm@100ppm,±5%Reading,±5%rel或±10%F.S.。

6.重复性(Repeatability)

定义:在同一天之内,每小时通气一次同样浓度的标准气,获得6次通气平衡的读数,然后计算6次读数的标准差。该标准差越接近于零,说明传感器的重新性越好。下图是电化学传感器的6次重复性实验曲线。

问:重复性在规格书上有定义吗?

答:绝大多数传感器在规格书上都不写该参数,但传感器在研发验证的时候是一定要做此实验的。仪器仪表在做认证的时候,也是一定要做此实验的。

问:重复性和长期稳定性之间有什么关系?

答:重现性是考察传感器一天之内的稳定性,长期稳定性是考察28天的稳定性。重复性不好的传感器长期稳定性也不会很好,因为传感器的读数在一天之内都不够确定,如何能相信它在长期之内获得准确的读数呢?

问:一天之内气温有变化,那怎么知道是温漂还是重现性不良呢?

答:建议重现性测试在一个一天温度变化不超过5℃的房间内进行,因为在5℃之内,传感器的灵敏度几乎是没有变化的。这样就可以排除传感器因为温漂而产生误差的可能性了。

THE END
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