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影响气体传感器的读数的因素之五:气体压强

添加时间  :  2018-03-14 16:38:09
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导读: 气体传感器是测量气体浓度的,当气体被压缩的时候,气体的相对浓度(%VOL)并不会增加,但是绝对浓度增加了。

气体压强

  气体传感器是测量气体浓度的,当气体被压缩的时候,气体的相对浓度(%VOL)并不会增加,但是绝对浓度增加了。也就是说,在单位体积的空间中,所包含的被测气体分子数增加了。因此,当气体相对浓度不变的情况下,气体压强增加,气体传感器的读数也会相应增加。在我们日常沟通中,经常将压强说成压力。因此,在下文中,我也就用压力一词代替压强,为的是和日常叫法保持一致。

  在介绍传感器使用压力范围之前,需要简单介绍一下气体压力的单位:最常见的单位是大气压,一个大气压为0.1MPa,或者叫100KPa,或者叫1000hPa,这个压力相当于10M高的水柱对容器底面产生的压强。

  不同传感器的使用压力范围是怎样的?

  催化燃烧传感器(LEL):LEL传感器是物理传感器,压力范围可以很宽,从0-2个大气压使用都没有问题。但要注意,气体压力越大,LEL传感器能测的可燃气浓度就会越小。传感器的输出电压如果超过了规格书所规定的范围,可能会损坏哦!

  电化学传感器(EC):因为EC传感器内部有液体,因此其压力范围不会很宽,通常都是1±0.2大气压。压力过大,传感器可能会导致漏气或漏液,压力过小,电解液也会从传感器顶部出来,导致传感器失效。

  非色散红外传感器NDIR):NDIR传感器的压力范围可以很宽,从0-2个大气压没有问题。其压力范围取决于光源和探测器的耐压。如果光源是玻璃灯泡,则玻璃灯泡是有耐压的。红外探测器是用金属壳体和红外滤波片密封封装的,因此,探测器也有耐压的问题。

  光离子化传感器(PID):PID传感器的压力范围不宽,一般都是1±0.1个大气压。范围不宽的主要原因是紫外灯是由玻璃管和晶体封装而成,并不耐压。特别是当温度很高或很低时,PID并不耐压。

  金属氧化物半导体传感器(MOS):MOS传感器是实心的,内部也没有液体,因此比较耐压。0-2个大气压没有问题。

  气体压力是如何影响气体浓度测量结果的?

  无论是哪种气体传感器,实际上都是测的被测气体的绝对浓度。当压力增大后,物理和化学变化状态一定会发生变化,从而使得读数变大了。

如何消除环境压力带来的影响?

  催化燃烧传感器LEL):需要做压力补偿,现在小型化的MEMS工艺的压力传感器已经很成熟了,例如美国的Honeywell、国内的敏芯,都有各种量程、不同分辨率和封装形式的压力传感器供应。

电化学传感器:首先要将气室设计好,气体不能垂直吹向传感器顶面,而要平行于传感器顶面吹过。其次,要让气体流过的时候有泄压的缝隙,最好不要密封。如下图,就是一个4系列传感器的标定帽,它能够保证气室内外压力几乎一样。

 

最后,当气体压力实在无法保证常压的情况下,需要做压力补偿,电化学传感器灵敏度-压力系数基本是线性的。

 

 非色散红外传感器NDIR):NDIR也要做压力补偿,但是压力和读数并非线性关系。不同气体的压力-读数补偿关系也不一样,需要大量的实验来验证。上面图中是CO2的压力补偿曲线。请注意,该公式是不能用到其他气体的。

  光离子化传感器(PID):PID也要做压力补偿,但是压力和读数并非线性关系。不同气体的压力-读数补偿关系也不一样,需要大量的实验来验证。

  金属氧化物半导体传感器(MOS):几乎没有人用MOS在高压和低压的情况下使用。因为其温度性能、湿度性能不适合做气体分析和工业安全监测,只适用于家庭报警,和常压下使用。


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