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影響氣體傳感器的讀數因素四:環境濕度
發布時間:2021-03-11 17:23 by sangbay2021瀏覽次數:1764

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前期給大家(jiā)介紹了影響氣(qì)體傳感器讀數的因素:氣體濃度、平衡(héng)氣(背(bèi)景氣)和環境溫度,今天為大家介紹第(dì)四個因素——環境濕度,詳情如下:

環境(jìng)濕度:大多數氣體傳感器對環境濕度是敏感的。濕度歸根結締就是氣態水,水如果參與了化學變化(huà)或物理(lǐ)過程,那麽傳感器(qì)就有讀數了;如果水在整個化學變化或物理過程中所起(qǐ)的作用很小,那麽它所帶來(lái)的影響就比較小了。不受濕度影響(xiǎng)的氣(qì)體傳感器是不存在的。

一、不同傳感器(qì)的使用濕度(dù)範圍是怎樣的?

催化燃燒傳感器(qì)(LEL):
LEL的使用濕度範圍很(hěn)寬,從0-100%RH都可以使用。在濕度高的情況下,電(diàn)壓輸出會有些(xiē)變化,一般不超過3%LEL。

電化(huà)學傳感器(EC):

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電化學傳感器濕度範圍也比較寬,一般能(néng)夠長(zhǎng)期(qī)使用的範圍是(shì)15%RH-85%RH。對EC傳感器比較有(yǒu)利的濕度是20℃時候(hòu)的60%RH,此(cǐ)時的傳感器(qì)內部電極表麵如上圖,黑色的催化劑一半在電解(jiě)液(yè)裏,一半在電解液(yè)外,可(kě)以和氣體接(jiē)觸。

非(fēi)色散紅外傳感器(NDIR):
NDIR傳感器的濕度(dù)範圍(wéi)在0%RH-90%RH。NDIR傳感器喜歡(huān)幹,不喜(xǐ)歡濕,特別不能接觸冷凝水。

光離子化傳感器(PID):
PID傳感器的濕度範圍在0%RH-90%RH。PID不怕(pà)幹,但怕濕,這是絕大多數物理傳感器的共性。和NDIR不同的(de)是,在濕度高的時候,PID的讀數(shù)會偏小,而不是偏大。

金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
MOS傳感器的(de)濕度性(xìng)能可以說是相當糟糕(gāo)的,在0%RH-90%RH範圍之內,可能會有10%以上的(de)偏(piān)移(yí)。


二(èr)、環境濕度是如何影(yǐng)響(xiǎng)氣體(tǐ)濃度測(cè)量結果的?

催化燃燒傳感器(LEL):
濕度高的空氣會改變催化珠(zhū)表麵的溫度,從而導致傳感器輸出的電壓會(huì)有少量的改變,改變(biàn)量一般不到1mV。

電化學傳感器(EC):

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如上圖,當濕度小於15%RH的時候,如果長期使用,傳感器內電解液逐漸失水,催化劑(jì)慢慢變幹,氣體催化(huà)的(de)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(biàn)低,響應時間變長,回零時(shí)間(jiān)變長,整個測(cè)量過程變得不可控。這時,傳感器就失效了,需要更換。

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如上圖,當濕度大於85%RH的時候,如果長期使用,傳感器內部電解液會逐漸吸(xī)水,催化劑慢慢被電解液漫過,催化劑很難接觸到氣體,氣體催化的效(xiào)率(lǜ)會變(biàn)低(dī)。所表現出來的現象就是:靈敏度(dù)變低,響應時間變(biàn)長,嚴重的,電解液吸水(shuǐ)過多會(huì)漫出傳感器。這時,傳感(gǎn)器就(jiù)失效(xiào)了,需要更換。

非色散紅外傳感(gǎn)器(NDIR):

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NDIR傳感器可以長期(qī)在0%RH環境裏工作,但不(bú)能長期在85%RH濕(shī)度以上工作。其主要原因是NDIR傳感器內部都(dōu)是電子元件,如(rú)果濕度高(gāo),電子元器件容易短路而損壞。
另外一方麵,氣態(tài)水的紅外吸收峰很寬,很多氣體如果用紅外傳感器測量,很容易受到幹擾,而使(shǐ)讀數偏高。上圖中的甲烷氣體的測量(liàng)就容易受到幹擾,而CO2測量就不容易受到幹擾。因此,NDIR原理的CO2傳感器(qì)的濕度性能比CH4傳(chuán)感器好很多。

光離子化傳感器(PID):

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PID的濕(shī)度(dù)漂移是因為水蒸氣吸收了一部分紫外光子,使得被電離的被測分子變少了,因此流過電路的電子就變少了,繼而測得的電流也就少了,所得到的讀(dú)數就變小(xiǎo)了。濕度的問(wèn)題是PID原理本身無法克服的,如果要很好的濕度性(xìng)能,還需要做(zuò)濕度補償。

金屬氧化物半(bàn)導(dǎo)體傳感器(qì)(MOS):
MOS傳感器的(de)濕(shī)漂,其(qí)根本原(yuán)因是催化劑的性能(néng)和矽片(piàn)上的PN結(jié)的電阻會隨(suí)著濕度變化而變化。這也是MOS傳感器一直(zhí)用在民用領(lǐng)域,而(ér)不能進入(rù)工業領域的原因之一。


三、如何消除環境溫(wēn)度(dù)帶來的影響?

催化燃(rán)燒傳感器(LEL):
一般不需要濕度補償,濕度對讀數(shù)的影響一般在3%LEL之內。

非色散紅外傳感器(NDIR):
如果是測CH4,讀數正偏差可能在3%LEL-5%LEL之間,有濕度補償較好,沒有也可以(yǐ)通過消防認(rèn)證。如果測CO2或其它毒(dú)氣,就不需要濕度補償了。
如(rú)果所測量的(de)氣體濃度非常低,例如PPM級(jí)別,那麽就不是僅僅需要濕度補償的問題了(le),而是需要降濕(shī)度。

光離子化傳感(gǎn)器(qì)(PID):
如果所測氣體濃度是PPM級濃度的,不用濕(shī)度補償問題不大,濕度所造成(chéng)的偏差遠遠小於PID本身的(de)長期穩定性所帶來的偏差。
如果所(suǒ)測氣體濃度是PPB級(jí)濃度的,還(hái)是用濕度補償。

金屬氧化物半導體傳感器(MOS):
需要做濕度(dù)補償,但從實際應用上,沒有人會為MOS傳感器的讀(dú)數做濕度補償,因為濕度傳感器(qì)的價格比MOS傳感器本身貴。如果濕度性能不(bú)合適(shì),用戶一般會用其它技術類型的氣體傳感器替代MOS傳(chuán)感器。


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