本篇是此系列博文的最后一篇了,也是最难解释和理解的一篇。如果我讲的不清楚,还希望各位来电话或邮件,共同探讨。前期给大家介绍了影响气体传感器读数的因素:气体浓度、平衡气(背景气)、环境温度、环境湿度、气体压强、气体流量和传感器寿命,今天为大家介绍最后一个因素交叉灵敏度,详情如下:交

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哪些因素会影响气体传感器的读数之八——大结局

2015-11-10 08:41 来源: GUOANBO微信 作者: 郭安波

本篇是此系列博文的最后一篇了,也是最难解释和理解的一篇。如果我讲的不清楚,还希望各位来电话或邮件,共同探讨。

前期给大家介绍了影响气体传感器读数的因素:气体浓度平衡气(背景气)环境温度环境湿度气体压强气体流量传感器寿命,今天为大家介绍最后一个因素——交叉灵敏度,详情如下:

交叉灵敏度

气体传感器和其它物理传感器不同,它除了能够测量被测气体,还会对其它类别的气体产生反应,简称“交叉干扰”,其交叉反应的程度的量化参数叫做“交叉灵敏度”。不同种类传感器的交叉干扰的原理是不同的,但是,交叉干扰的现象是不可避免的,只是大小程度不同而已。

不同传感器的交叉干扰的原理如何?

催化燃烧传感器(LEL):LEL传感器的交叉响应来自于催化剂。LEL传感器的催化剂是金属钯,或是其它贵金属。LEL传感器的被测气体基本上为甲烷CH4,也有专为乙炔C2H2而设计的LEL传感器。但是只要是可燃气体,LEL传感器都有响应,以City公司的催化燃烧传感器CAT-16为例,其交叉灵敏度的数据请见下表。

电化学传感器(EC):EC传感器的交叉响应来自于催化剂。EC传感器的催化剂多为铂、金、铱等贵重金属。当这些贵金属的粒度达到μm以下级别时,它就能在常温时催化氧化一些气态物质,并且其本身质量并不会发生改变。但不足的是,每种金属所能催化的气体不是单一的,例如铂能催化CO,也能催化H2S、C2H4、乙醇等。这就给气体分析造成了不便,使得我们不知道被测气体是哪一种,只知道传感器有电流输出。以下是CO传感器4CM的交叉干扰系数表。

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哪些因素会影响气体传感器的读数之七

哪些因素会影响气体传感器的读数之六

非色散红外传感器(NDIR):NDIR传感器的交叉干扰相对其它气体传感器较小。那是因为不同的气体在红外波段的吸收波长不同,例如CH4是3.3μm,CO2是4.25μm,CO是4.6μm……。大家可能比较容易忽视的是水H2O的红外吸收波段,它和CH4有重叠的部分,导致空气中湿度比较大的时候,NDIRCH4传感器的读数会偏高。

光离子化传感器(PID):PID和NDIR传感器恰恰相反,只要是能够被紫外灯发出的UV光电离的气体,PID都能检测,PID几乎不能区分气种。HC气体分子越大,电离能越低,分子中不饱和CC键越多,电离能越低,越容易电离和检测。因此,在PID的应用中,需要知道被测气体的名称,才能从PID的交叉灵敏度表格中去查询,否则读数也是不准确的。和NDIR不同,被测气体湿度高(即水蒸气浓度高),用PID测得的读数会偏低。

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金属氧化物半导体传感器(MOS):MOS传感器的交叉干扰来自两个方面:PN结和催化剂。很早人们就发现硅片上的PN结的电阻对温度、湿度和环境空气是敏感的。后来人们为了放大该敏感度,就在PN结上涂上了对可燃气敏感的催化剂,并加热之,这样就构成了MOS传感器。MOS也不具有气体选择性,从市面上的传感器技术资料看来,凡是可燃气,MOS都是有响应的,如下图。

如何消除交叉干扰?

催化燃烧传感器(LEL):很难消除。一般说来,LEL传感器对可燃气都有响应,这种响应是叠加的。只有一种可以实现,那就是去除分子比较大的HC类气体,用分子筛的过滤器来去除,其副作用是造成传感器响应时间的延长。

电化学传感器(EC):首先要知道被测气体的种类,然后在传感器的交叉灵敏度表格中查到交叉干扰的系数。如果查不到,就需要找传感器的供应商技术支持工程师咨询。最好的消除交叉干扰的办法是过滤其他气体,例如,CO传感器内部会加入能够过滤掉H2S,NO和NO2的过滤器。当然,这种过滤器也是化学物质,是消耗型的,有寿命的。而且,化学过滤器也不能过滤掉所有干扰气体。如果几种被测气体是混在一起的,都要测出浓度,而且,EC传感器对它们的交叉灵敏度又都不为零,那就需要用联立多元一次方程组的办法来解决了。此办法在烟气分析的仪器中是标准算法。

非色散红外传感器(NDIR):几乎不需要消除交叉干扰,因为不同气体的红外吸收波长是不一样的。唯一比较特别的是,水蒸气对HC类气体检测的干扰。根据个人经验,在40℃,90%RH的条件下,NDIRCH4传感器的读数会比真值高1500PPM以上。在这种情况下,如果需要提高测量精读,就需要用制冷除水法或用Nafion管除水法将大量的水蒸气去除。红外CH4传感器对HC类的气体都是有交叉响应的,因为CH4传感器实际上测量的是H-C键的浓度,所以只要有H-C键的气体,红外CH4传感器实际上都能测量。

光离子化传感器(PID):基本上无法消除。因为PID是用来测量可挥发有机物(VOC)的,而通常VOC的分子都比较大,例如碳链长度≥4。如果用分子筛或者活性炭过滤,VOC就都被吸附了,无法到达传感器,也就测不出VOC浓度。但是,用活性炭过滤气体,对PID来说有另外一个好处,就是可以用活性炭过滤过的空气来标定零点。

金属氧化物半导体传感器(MOS):基本上无法消除。MOS是用来测量PPM级别的CH4、CO、H2、HC类有机气体的,即使没有催化剂的存在,PN结的电阻也会随着以上气体的浓度而发生改变,因此无法区分。如果一定要消除交叉干扰,也这只能采用过滤的方法来操作,利用分子筛过滤器。

本专题完!

延伸阅读:

哪些因素会影响气体传感器的读数之七

哪些因素会影响气体传感器的读数之六

原标题:哪些因素会影响气体传感器的读数(八)——大结局

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