前期給(gěi)大(dà)家介紹了影響氣體傳(chuán)感器讀數(shù)的因素(sù):氣體濃度和(hé)平衡氣(背景氣),今天為大家介紹(shào)第(dì)三個因素——環境溫度,詳情如(rú)下:
環境溫度: 絕大多數氣體傳感(gǎn)器對環(huán)境溫度是敏感的。其原(yuán)因是無論化學反應、電子(zǐ)元器件,還是無機(jī)和有(yǒu)機材(cái)料,性能參數都會隨溫度而變化。造成傳感器輸出的電流和電壓的變化。
一、不同傳感器的(de)使用溫度範圍是怎樣(yàng)的?
催化燃燒傳感器(LEL):
LEL的適用溫度範圍很寬,從-40℃到70℃都可以使(shǐ)用。中國的消(xiāo)防(fáng)所要求的溫度範圍就是從-40℃到70℃。
電化學(xué)傳感器(EC):
電化學傳感器(qì)溫度範圍稍微窄一點,一(yī)般是-20℃到55℃。型號比較(jiào)新的EC傳感器可以做到(dào)在-40℃工作。但是(shì),EC傳感(gǎn)器無法長時間在高溫環(huán)境工作,主要是因為EC傳感(gǎn)器內部有酸(suān)性(xìng)或堿性的(de)液體,在高溫的環境中水分會蒸發或迅速增加,從而(ér)造成電解液(yè)損失或漏液。現象就是響應時間T90變長,回零時(shí)間變長,靈敏度變低,甚至無響應。對EC傳感器來(lái)說(shuō),惡劣的情況是高溫低濕(HTLH)和高溫高濕(HTHH)。
非(fēi)色散紅外傳感(gǎn)器(qì)(NDIR):
NDIR傳感器的(de)溫度範圍很寬(kuān),可以達到軍工級-55℃到100℃以上。在外太空探測氣體(tǐ)就靠它。
光離子化(huà)傳(chuán)感器(PID):
PID傳感器的溫度範圍比較窄,做不到像NDIR一樣。一般能夠接受的就是-25℃到55℃。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
MOS傳感器的溫度範圍可以很寬,但是溫漂相當嚴重。它的靈敏度的數量級和溫度係數的數量(liàng)級之間是可以(yǐ)比擬的,因此MOS並不適合用在高溫和低溫環境,隻適用(yòng)於普通(tōng)的室溫環境中。
二、環境(jìng)溫度是如何影(yǐng)響氣體濃度測量結果(guǒ)的?
催化燃燒傳感器(LEL):
先回顧一下LEL傳感器的原理(lǐ):催化珠是鉑金(jīn)絲纏(chán)繞而成的,鉑金絲的電阻是(shì)隨溫度變化而變(biàn)化的,溫度(dù)越(yuè)高,電阻(zǔ)越大。當鉑(bó)金絲的溫度在四百多度的時(shí)候,催化珠表麵(miàn)的催化劑活性開始顯著。這時,當催化劑接觸甲烷的時候,甲烷開始燃(rán)燒,將熱(rè)量傳導給鉑金絲,鉑金絲電阻變大。
了解了(le)原理,此問題就(jiù)好解答了(le):當環境溫度(dù)升(shēng)高(gāo)或(huò)降低的時候,催化珠中鉑金(jīn)絲的溫度也會有變化。雖然催化珠是配對使用,消除掉了一些溫度變(biàn)化帶來的影響(xiǎng),那也僅僅對於傳感器零點有效,靈敏度(dù)還是會隨溫度變化而變化的。
電化學傳感(gǎn)器(EC):
EC傳感器內部是發生的氧化(huà)還原反應。凡是化學反應,反應速度都會隨(suí)溫度變化而(ér)變化(huà)。普遍的(de)規律(lǜ)是,溫度越低,傳感器靈敏度越(yuè)低,溫(wēn)度越高,傳感器靈敏(mǐn)度越高。
在所有的電化學傳感器中,原電池型的氧氣傳感(gǎn)器(氧電池)的溫漂是較小(xiǎo)的(de)。從+20℃降溫到-20℃,其靈敏度僅下降約10%。氫氣傳(chuán)感器的溫漂是較大的,從+20℃降溫到-20℃,其靈敏度下降約80%。
非色散紅外傳感器(NDIR):
NDIR傳感器信(xìn)號隨環境溫度變化的因素比較多,包(bāo)括(kuò):光源的光譜、探測器、濾(lǜ)光片溫度係數、運(yùn)放(fàng)溫度係數、電(diàn)阻和電(diàn)容溫度係數等(děng)諸多因素。當這些因(yīn)素綜合作用的時候,使得NDIR的溫度補償變(biàn)得非常複雜。這也是NDIR傳感器價(jià)格高的原因之一。
光離(lí)子化傳感器(PID):
PID的溫度漂移(yí)主要由(yóu)電子元器件的溫度(dù)漂移帶來。氣(qì)體物質的電離能幾乎不受溫度變化的影響。這些(xiē)電子元器件包括運放、電(diàn)阻、電容、變壓器線圈。
需要注意的是,當溫度低(dī)到一定程(chéng)度,紫外燈(UVLamp)就會點不亮。更致命的是(shì),紫外(wài)燈的兩個部件——燈管和透光片會因為熱膨脹(zhàng)係數不同而(ér)發生裂縫。這樣紫外燈就因為漏氣而報廢了(le)。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
MOS傳感器的溫漂是相當大的,這也是(shì)MOS傳感器不適合工業,而隻適用於(yú)民用環境的(de)主要原因之一。您可能會說,溫漂大,做溫(wēn)度補償不就可以了嗎?做過工程師的朋友(yǒu)們都會清楚,讓一隻溫漂超過±30%的傳感器在高低溫下做到±3%的精度,幾乎是一件不可能的事情。
在民用環境,溫度變化不大,如10℃-40℃,而且要求精(jīng)度不高,僅僅要求報警的情況下,MOS的確是(shì)不錯的低成本選擇。
三、如何消除環境溫度帶來的影響?
催化(huà)燃燒傳感器(LEL):
一般不需(xū)要溫度補償。LEL傳感器在研發的過程中(zhōng),就已經考慮到了溫漂。從-20℃到50℃,零點和量程點(diǎn)有1%-3%LEL的溫漂,用戶也是可以接受的。
電化學傳感器(EC):
需要做溫度補償,一般用一元二次方程或一元三次方程就能解(jiě)決(jué)。自變量是溫(wēn)度,單位(wèi)是℃,因變(biàn)量是歸一化後的溫度係數,單位是%。
非色散紅外傳感器(NDIR):
NDIR消除溫度的(de)影響辦法有(yǒu)幾(jǐ)種,成本都比較高。一種是公式法,二種(zhǒng)是查表法,三種是恒(héng)溫法。
光離(lí)子化傳感器(qì)(PID):
需要做溫(wēn)度補償,和EC傳感器類似,一般采用一元二次方程和一(yī)元三次方程就能(néng)解決。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
需要做溫度補償,但需要注意的是,即使經過溫度補(bǔ)償,精度也不(bú)會很(hěn)高。因為(wéi)MOS傳感器的一致性不好,用統一的溫度補償公式恐怕難以達到精度要(yào)求。比較好的辦法(fǎ)是逐個MOS傳感器進行補償,用一元二次方程,或用查表法。當然,這兩種方法成本也(yě)是比較高的。










