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影響氣體傳感器的讀(dú)數因素八(bā):交(jiāo)叉(chā)靈敏度
時間:2023-04-22 13:57:55
作者:sangbay

本篇是此係列專(zhuān)題的尾篇了,也是(shì)比較難解釋和理解的(de)一(yī)篇。歡迎共同探討。
      前期給大家介紹了影響
氣體傳(chuán)感器讀數的因素:氣體濃度、平(píng)衡氣(背景氣)、環境溫度(dù)、環境濕度(dù)、氣體壓強、氣體流量和傳感器壽命(mìng),今天為大家介紹一個因素——交(jiāo)叉靈(líng)敏度,詳情如(rú)下:
      交叉靈敏度:氣(qì)體傳感器(qì)和(hé)其它物理傳感器(qì)不同(tóng),它除了能夠測量(liàng)被測氣體,還會對其它類別的氣體產生反應,簡稱“交叉幹擾”,其交叉反應的程度的量化參數叫作“交叉靈敏度”。不同種類傳感器的交叉幹擾的原理是不同的,但是,交叉幹擾的現象是(shì)不可避免的,隻是(shì)大小程度不同而(ér)已。
一、不同(tóng)傳(chuán)感(gǎn)器的交叉幹擾的原理如何?
     催(cuī)化燃燒傳(chuán)感器(LEL):

LEL傳感器的交叉響應來自於催化劑。LEL傳(chuán)感器的催(cuī)化劑是金屬鈀,或是其它(tā)貴金屬。LEL傳感器的被測氣體(tǐ)基本上為甲烷CH4,也有專為乙炔C2H2而設計的(de)LEL傳感器。但是(shì)隻要是可燃(rán)氣體,LEL傳感器(qì)都有響應,其交叉靈(líng)敏(mǐn)度的數據請見下表。

電化學傳感(gǎn)器(EC):

EC傳(chuán)感器的交叉響應來自(zì)於催(cuī)化劑。EC傳感器的催化劑多為鉑、金、銥等貴重金屬。當這些貴金屬的粒度達到(dào)μm以下級別時,它就(jiù)能在常溫時催(cuī)化氧化(huà)一些氣(qì)態(tài)物質,並且其本身(shēn)質量並不會發生改變(biàn)。但不足的是,每種金屬所能催化的氣體不是單(dān)一的,例如(rú)鉑能催化CO,也能催化H2S、C2H4、乙醇(chún)等。這就給氣體分析造成了不便,使得9I果冻制作厂不知道被測(cè)氣體是哪一種,隻(zhī)知(zhī)道傳感器有電(diàn)流輸出。以下是CO傳感器4CM的交叉幹擾係數(shù)表。

非色散紅外傳感器(NDIR):

NDIR傳感器的交叉幹擾相對(duì)其它氣體傳感器較小。那是因為不同(tóng)的氣體在紅外波段的吸收波長(zhǎng)不同,例如CH4是3.3μm,CO2是(shì)4.25μm,CO是4.6μm……。大家可能(néng)比較容易忽視的是水H2O的紅外吸收波(bō)段(duàn),它和CH4有重(chóng)疊的部分,導致空氣中濕(shī)度比較大的時候,NDIR  CH4傳感器(qì)的(de)讀數(shù)會偏高。

光離子化傳感器(PID):

PID和NDIR傳感器恰恰相反,隻要是能夠被紫外燈發出的UV光電離的氣體,PID都能檢測,PID幾乎不能區分氣種。HC氣體分子越大,電離能越(yuè)低,分子中不飽和CC鍵越多,電離(lí)能越低,越容易電離和(hé)檢測。因此,在(zài)PID的應用中,需要知道被測氣(qì)體的名稱,才能從PID的交(jiāo)叉靈敏度(dù)表格中去查詢,否則讀數也是不(bú)準確的。和NDIR不(bú)同,被測氣體濕度高(即水蒸氣濃度高),用PID測得的讀數會偏低。

金屬(shǔ)氧化物半導體傳(chuán)感器(MOS):MOS傳感器的(de)交叉幹擾來自兩個方(fāng)麵:PN結和催化劑。很早人們就(jiù)發(fā)現矽片上的PN結的電(diàn)阻對溫度、濕度和環境空氣是敏感的。後來人們為了放大該敏感度,就在PN結上塗上了對可燃氣敏感的(de)催化劑(jì),並加熱之,這樣就構成了MOS傳感器。MOS也不具有氣體選擇性,從市麵上的傳感器技術資料看來(lái),凡是(shì)可(kě)燃氣,MOS都是有響應的,如(rú)下圖(tú)。

二、如何消除交叉幹擾?
       催化(huà)燃燒傳感(gǎn)器(LEL):很難消除。一般說來,LEL傳感器對可燃氣都有響應,這種響應是疊加的。隻有一種可以實現,那就是去除分子比較大的HC類氣體,用分子篩的(de)過濾器來去除,其(qí)副作用是造成傳感器(qì)響應時(shí)間的延長。
      電化學傳感器(EC):
先要知道被測氣體的種類,然後在傳感器(qì)的交叉靈敏度表格中查到交(jiāo)叉幹(gàn)擾的係數。如果查(chá)不到,就需要找傳感器的供應商(shāng)技術支持工程師谘詢。比較好的消除交叉幹(gàn)擾的辦法是過濾其他氣體,例如,CO傳感器內部會加(jiā)入能夠過濾掉(diào)H2S,NO和(hé)NO2的過濾器。當然,這種過濾器也是(shì)化學(xué)物質,是消耗型的,有壽命的。而且,化學過(guò)濾(lǜ)器也不能過濾掉所有幹擾氣體。如果幾種被測氣體是混在一起的,都要測出濃度,而且,EC傳感器對(duì)它們(men)的交叉靈敏度又都不為零,那就需(xū)要用聯(lián)立多元一次方程組的辦法來解決了。此辦法(fǎ)在煙(yān)氣分(fèn)析的儀器中是標準算法。
     非色散紅外傳感器(NDIR):幾乎不需要消除交叉幹(gàn)擾,因為不同氣體的紅外吸收波長是不一(yī)樣的。比較特別的是,水蒸氣對HC類氣體檢測的幹擾。根據個人經驗(yàn),在40℃,90%RH的條件下,NDIRCH4傳感(gǎn)器的讀數會比真值高1500PPM以上。在這種情況(kuàng)下(xià),如果需(xū)要提高測量精度,就需要用製冷除水法或用Nafion管除水法將大量的水(shuǐ)蒸氣去除。紅外CH4傳感器對HC類的氣體(tǐ)都是有交叉響應(yīng)的,因為CH4傳感器實際上測(cè)量的(de)是H-C鍵的(de)濃度,所以隻要有H-C鍵的氣體(tǐ),紅(hóng)外CH4傳(chuán)感器實際上都能測量。
       光離子化傳感器(PID):基本(běn)上無法消除。因為PID是用來測(cè)量可(kě)揮發有機物(VOC)的,而通常VOC的分子都比較大,例如碳鏈長度≥4。如果用分子篩或者(zhě)活性炭過濾,VOC就都(dōu)被吸附了,無(wú)法到達傳感(gǎn)器,也就測不出VOC濃度。但(dàn)是,用活性炭過濾氣體,對PID來說有另外一個好(hǎo)處,就是可以用活性炭過濾過的空(kōng)氣來標定零點。
       金屬氧化物半導體傳感器(MOS):基本上無法消除。MOS是用來測量PPM級別的CH4、CO、H2、HC類有機氣體(tǐ)的,即使沒有催化劑的存在,PN結的電阻也會(huì)隨著以上氣體的濃(nóng)度而發生改變,因此無法區分。如果一定要消除(chú)交叉幹擾,也這隻能采用過濾的方法來操作,利用分(fèn)子(zǐ)篩過濾器。



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