前期給大家介紹了影響氣體傳感(gǎn)器讀數的因素(sù):氣體濃度、平衡氣(背景氣)和環境溫(wēn)度,今天為大(dà)家(jiā)介紹第四個因素(sù)——環境濕度,詳情如下:
環境濕度:大多數氣體(tǐ)傳感器對環境濕度是敏感的。濕度歸根結(jié)締就是氣態水,水如果參與了化學變化或物理(lǐ)過程,那麽傳感器就有(yǒu)讀(dú)數了;如果水在整個化學變化或物理過程中所(suǒ)起的作用很小(xiǎo),那(nà)麽它所帶來的影響就比較(jiào)小了。不受濕度影響的氣體傳(chuán)感器是不存在的(de)。
一、不(bú)同(tóng)傳感器的使用濕度範圍是(shì)怎(zěn)樣的?
催化燃燒傳感器(LEL):
LEL的使用濕度範圍(wéi)很寬,從0-100%RH都可以使用。在(zài)濕度高(gāo)的情況下,電壓輸出會(huì)有些變化,一般不超過3%LEL。
電化學傳感器(EC):
電化學傳感器濕度範圍也比較寬,一般能夠長期使用的範圍是15%RH-85%RH。對EC傳感(gǎn)器(qì)比較有利的濕度是20℃時候的60%RH,此時的傳感器內部電極表麵如上圖,黑色的催化劑一半在電(diàn)解液裏,一半在電解液外(wài),可以(yǐ)和氣體接觸。
非色(sè)散紅外傳感器(NDIR):
NDIR傳感器(qì)的濕度範圍在0%RH-90%RH。NDIR傳感器喜(xǐ)歡幹,不喜歡濕,特別(bié)不能接觸(chù)冷凝水。
光(guāng)離子化傳感器(PID):
PID傳感器的濕度範圍在0%RH-90%RH。PID不怕幹,但怕濕,這是絕大多數物理傳感器的共(gòng)性。和NDIR不同的是(shì),在濕度高的時候,PID的讀數會偏小,而不(bú)是偏大。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
MOS傳感器的濕度性能可以說是(shì)相當糟糕的,在0%RH-90%RH範圍之內,可能會有10%以(yǐ)上的偏移。
二、環境濕(shī)度是(shì)如何影響氣體濃度測量結果的?
催化燃燒傳感器(LEL):
濕度高的空氣會(huì)改變(biàn)催化珠表麵的溫度,從(cóng)而(ér)導(dǎo)致傳感器輸出的電壓會有少量(liàng)的改變,改變量一般不到(dào)1mV。
電化學傳感器(EC):
如(rú)上圖,當濕度小於15%RH的時候,如果長期使用,傳感(gǎn)器內電解液逐漸(jiàn)失(shī)水,催化劑慢慢變幹,氣體催(cuī)化的效率和離子(zǐ)轉移的效率會變低。所表現出來的現象就是:靈敏度變低,響(xiǎng)應時間變長,回零時間(jiān)變長,整個測量過程變得不可(kě)控。這(zhè)時,傳感器(qì)就失效了,需要更換。
如上圖,當濕度大於85%RH的時候,如果長期使用,傳感器內部電解液(yè)會逐漸吸水,催化劑慢(màn)慢被電解液漫過,催化劑很難接觸到(dào)氣體,氣體催化的效率(lǜ)會變低。所表現出來的現象就是:靈敏度變低(dī),響應時間(jiān)變長,嚴重的,電解(jiě)液吸水過(guò)多會漫出傳(chuán)感器。這時,傳感器就(jiù)失(shī)效了,需(xū)要更換。
非色散紅外傳感器(NDIR):
NDIR傳感器可以長期在(zài)0%RH環境裏(lǐ)工作,但不(bú)能長期在85%RH濕度以上工作。其(qí)主要原因是NDIR傳感器(qì)內部都是(shì)電子元件,如果(guǒ)濕度高,電子元器件容易(yì)短路而損壞。
另外一方(fāng)麵,氣態水的紅外吸收峰很寬,很多氣(qì)體如果(guǒ)用紅外傳感器測量,很容易受到幹擾,而使讀數(shù)偏高。上圖中的甲烷氣體的測量就容易受到幹(gàn)擾,而CO2測量就不容易受到(dào)幹(gàn)擾。因此,NDIR原理的(de)CO2傳感器的濕(shī)度(dù)性能比CH4傳感器好很多。
光離子化傳感器(qì)(PID):
PID的(de)濕度漂移是因為水蒸氣吸收了一部分紫外光子,使得被電離的被(bèi)測分子變(biàn)少了,因此流過電路的電子就變少了,繼而測得的電(diàn)流(liú)也就少了,所得到的讀數就變(biàn)小了。濕度的問題是(shì)PID原理本身無法克服的,如果要很好的濕度性能,還需要做濕度補償。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
MOS傳感器的濕漂,其根(gēn)本原因是催化劑的性能和矽片上(shàng)的PN結的電阻會隨著濕度變化而變化。這也是MOS傳感(gǎn)器一直用在民用領(lǐng)域(yù),而不能進(jìn)入工(gōng)業領域的原因之一。
三、如何消除環境溫度(dù)帶來的影響(xiǎng)?
催化燃燒傳感器(LEL):
一般不需要濕度補償,濕度對讀數的影響一般在3%LEL之內。
非色散紅外傳感器(qì)(NDIR):
如(rú)果是(shì)測CH4,讀數正偏差可能在3%LEL-5%LEL之間,有濕度補償(cháng)較好,沒有也可以通過消防認證(zhèng)。如果測CO2或其它毒氣,就不需要濕度補償了。
如果所測量的氣體濃度非(fēi)常低(dī),例如PPM級別,那麽就不是僅僅需要濕度補償(cháng)的(de)問題了,而是需要降濕度。
光離子化傳感器(PID):
如果所(suǒ)測氣體濃度是PPM級濃度的,不用(yòng)濕度補償問題不大,濕度所造成的偏(piān)差遠遠小於PID本身的長期穩定(dìng)性所帶來的偏(piān)差。
如果所測氣體濃度是PPB級濃度(dù)的,還是用(yòng)濕度補償。
金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
需要做(zuò)濕度補償,但從實際應用上,沒有人會為MOS傳感器的讀(dú)數做(zuò)濕度補償,因為(wéi)濕度傳感器(qì)的價格比MOS傳感器本身(shēn)貴。如果濕度性能不合適,用戶一般會用其它技術類型的氣(qì)體傳感器替代MOS傳感器。