氣體傳感器常用術(shù)語(yǔ)講解（上）

       問(wèn):量程范圍有多寬?

       答:不同的氣體傳感器都有各自的量程范圍，低至1ppm，高至99%vol。1ppm量程的傳感器是測(cè)量特毒的毒氣，99%vol量程的是測(cè)量高濃氧氣。醫(yī)療氧傳感器的量程比較特殊。

       例如：200,000%mbar，這個(gè)單位的意思是在大約2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，傳感器能測(cè)到99%vol，計(jì)算式為

2,000mbar*99%vol=200,000%mbar(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1013mbar)

       問(wèn):輸出和氣體濃度是什么關(guān)系？

       答:EC傳感器有的是電流源，即輸出電流和被測(cè)氣體濃度成正比；有的是電壓源，即輸出電壓和氣體濃度成正比。這種“成正比”的關(guān)系在儀表行業(yè)稱為“線性”，即被測(cè)氣體濃度和輸出電流或電壓成線性。

       問(wèn):什么是過(guò)載量程?

       答:有些傳感器的規(guī)格書(shū)上除了量程，還有一個(gè)參數(shù)叫“過(guò)載量程”(OVERLOAD RANGE)。這個(gè)參數(shù)是告訴用戶：在這個(gè)濃度下，傳感器可以短時(shí)間(幾分鐘)測(cè)量而傳感器不會(huì)性損壞，但性能無(wú)法符合規(guī)格書(shū)上所列參數(shù)。如果超過(guò)過(guò)載量程，會(huì)造成傳感器損壞。

       問(wèn):靈敏度單位是什么？

       答:對(duì)毒氣傳感器來(lái)說(shuō)，見(jiàn)的單位是nA/ppm或uA/ppm。對(duì)常量氧傳感器來(lái)說(shuō)，其單位是uA@20.9%VOL O2，意思是在空氣中，輸出的電流是多少微安。對(duì)微量氧傳感器來(lái)說(shuō)，其單位是mV@20.9%vol O2，當(dāng)然，我不贊成微量氧傳感器放在空氣中測(cè)試，因?yàn)槲⒘垦鮽鞲衅魇菧y(cè)ppm級(jí)O2的，長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，會(huì)讓它很快失效。對(duì)醫(yī)療氧氣傳感器來(lái)說(shuō)，其單位是mV@20.9%vol O2，醫(yī)療氧氣傳感器的量程都是99%vol。

       問(wèn):靈敏度會(huì)變化嗎？在什么情況下會(huì)變化？

       答:EC傳感器的靈敏度是會(huì)變化的，影響靈敏度的因素包括：溫度、濕度、壓力、流速、壽命、干擾氣體。以上參數(shù)，在規(guī)格書(shū)所定義的范圍內(nèi)變化是不會(huì)影響傳感器壽命的，但如果超過(guò)了這些范圍，傳感器可能會(huì)受到不可逆的破壞。

       問(wèn):為什么響應(yīng)時(shí)間很重要？

       答:因?yàn)闅怏w傳感器主要是保護(hù)人身安全的。當(dāng)氧氣或毒氣超過(guò)對(duì)人體有害的范圍，人員必須撤離該環(huán)境，撤離時(shí)間越短越好。因此，傳感器響應(yīng)時(shí)間越短，就留給撤離人員越多的時(shí)間。

       問(wèn):如何確定零點(diǎn)，如何確定平衡點(diǎn)呢？

       答:對(duì)于常規(guī)氣體傳感器，當(dāng)它暴露在空氣中，3分鐘之內(nèi)讀數(shù)變化不超過(guò)一個(gè)分辨率，即認(rèn)為是平衡了。具體地說(shuō)，對(duì)O2傳感器來(lái)說(shuō)，讀數(shù)變化不超過(guò)±0.1%，即認(rèn)為是平衡了；對(duì)CO傳感器來(lái)說(shuō)，讀數(shù)變化不超過(guò)1ppm，即認(rèn)為平衡了；對(duì)H2S傳感器來(lái)說(shuō)，讀數(shù)變化不超過(guò)0.1ppm，即認(rèn)為平衡了；對(duì)分辨率為10ppm的H2傳感器來(lái)說(shuō)，讀數(shù)變化不超過(guò)10ppm，即認(rèn)為平衡了。

       問(wèn):有的傳感器通氣后讀數(shù)會(huì)一直上升，如何確定平衡點(diǎn)呢？

       答:對(duì)于吸附性強(qiáng)的氣體，其傳感器的T90計(jì)算和CO、H2S常規(guī)氣體是不一樣的。例如，在NH3傳感器的規(guī)格書(shū)上“T90”后面會(huì)跟上一句“<60s calculated from 5 min. exposure time”。它的意思是說(shuō)，通氣5分鐘，即認(rèn)為是平衡，然后用5分鐘時(shí)候的靈敏度還計(jì)算T90時(shí)間。這里的“通氣5分鐘”也是有技術(shù)條件的：

       ? NH3氣體流速為500±100ml/min；

       ? 管路和流量計(jì)是特氟龍材質(zhì)或不銹鋼的；

       ? NH3濃度在量程范圍之內(nèi)；

       ? 流動(dòng)的NH3氣體和傳感器之間不能有任何薄膜或鋼網(wǎng)的阻擋。

       歸零時(shí)間定義：歸零時(shí)間是表述從傳感器通氣平衡狀態(tài)恢復(fù)到3個(gè)分辨率的讀數(shù)所需要的時(shí)間。例如，CO傳感器的分辨率是1ppm，標(biāo)準(zhǔn)氣是500ppm，當(dāng)傳感器信號(hào)從500ppm回到3ppm的這段時(shí)間，就是歸零時(shí)間了。

       問(wèn):用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體測(cè)試EC傳感器，RT90時(shí)間和歸零時(shí)間會(huì)不一樣嗎？

       答:是會(huì)不一樣的。濃度越高，RT90時(shí)間和歸零時(shí)間越長(zhǎng)。擴(kuò)散的模式符合菲克定理。

       問(wèn):不同的溫度下，EC傳感器的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間一樣嗎？

       答:不一樣。溫度越高，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間越短，溫度越低越長(zhǎng)。

       問(wèn):所有的EC傳感器在規(guī)格書(shū)上都寫(xiě)了RT90和歸零時(shí)間嗎？

       答:到目前為止，少數(shù)傳感器有歸零時(shí)間。

       問(wèn):毒氣傳感器和氧氣傳感器RT時(shí)間的計(jì)算方法一樣嗎？

       答:不一樣。毒氣傳感器從零氣往上升計(jì)算T90，從平衡標(biāo)準(zhǔn)氣下降計(jì)算RT90和歸零時(shí)間。而氧氣傳感器是從空氣20.9%vol下降到純N2計(jì)算T90，這主要是從工業(yè)人員安全考慮。

       問(wèn):如何計(jì)算信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差？

       答:在傳感器信號(hào)被放大之后，會(huì)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。系統(tǒng)噪聲需要用標(biāo)準(zhǔn)差(STDEV)來(lái)衡量，STDEV可以通過(guò)Office Excel里的STDEV()函數(shù)來(lái)計(jì)算。

       問(wèn):如何計(jì)算靈敏度？

       答:將傳感器和電路板系統(tǒng)的零點(diǎn)CTS平均值和通氣平衡后的CTS平均值相減，取值，再除以通氣濃度即可得到。例如，零點(diǎn)CTS平均值為1952CTS，3ppm通氣平衡后的CTS平均值為2139CTS。問(wèn)該系統(tǒng)的靈敏度是多少？

       通過(guò)上面兩問(wèn)和解答，我們就可以計(jì)算出來(lái)系統(tǒng)的分辨率了：

       3*STDEV/靈敏度=3*1.7/62.3=0.08ppm

       問(wèn):傳感器的分辨率和精度有什么關(guān)系？

       答:并無(wú)直接關(guān)系。傳感器的分辨率是由上面的公式計(jì)算所得。傳感器本身并無(wú)精度的概念，所以傳感器的規(guī)格書(shū)上也沒(méi)有精度的參數(shù)定義。精度是描述儀器、儀表讀數(shù)和氣體真實(shí)值之間的差值，也叫準(zhǔn)確性，表示方法有±xppm@100ppm，±5%Reading，±5%rel或±10%F.S.。

       問(wèn):重復(fù)性在規(guī)格書(shū)上有定義嗎？

       答:絕大多數(shù)傳感器在規(guī)格書(shū)上都不寫(xiě)該參數(shù)，但傳感器在研發(fā)驗(yàn)證的時(shí)候是一定要做此實(shí)驗(yàn)的。儀器儀表在做認(rèn)證的時(shí)候，也是一定要做此實(shí)驗(yàn)的。

       問(wèn):重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性之間有什么關(guān)系？

       答:重現(xiàn)性是考察傳感器一天之內(nèi)的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性是考察28天的穩(wěn)定性。重復(fù)性不好的傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不會(huì)很好，因?yàn)閭鞲衅鞯淖x數(shù)在一天之內(nèi)都不夠確定，如何能相信它在長(zhǎng)期之內(nèi)獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)呢？

       問(wèn):一天之內(nèi)氣溫有變化，那怎么知道是溫漂還是重現(xiàn)性不良呢？

       答:建議重現(xiàn)性測(cè)試在一個(gè)一天溫度變化不超過(guò)5℃的房間內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)樵?℃之內(nèi)，傳感器的靈敏度幾乎是沒(méi)有變化的。這樣就可以排除傳感器因?yàn)闇仄a(chǎn)生誤差的可能性了。