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氣體傳感器

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。

  氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類,盡管這種歸類不一定科學(xué)。

  “氣體傳感器”包括:半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。

  特性

  氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測量技術(shù),從所用材料到制造工藝,從檢測對象到應(yīng)用領(lǐng)域,都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系,尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一,要對其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。接下來了解一下氣體傳感器的主要特性:

  1、穩(wěn)定性

  穩(wěn)定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí),整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下,一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點(diǎn)漂移小于10%。

  2、靈敏度

  靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比,主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù),它對目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。

  3、選擇性

  選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的,因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測量的重復(fù)性和可靠性,理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。

  4、抗腐蝕性

  抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí),探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下,傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。

  氣體傳感器的基本特征,即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等,主要通過材料的選擇來確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料,使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。

  選擇

  根據(jù)測量對象與測量環(huán)境

  根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型。 要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作,首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?,即使是測量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理的傳感器更為合適,則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求;測量方式為接觸式還是非接觸式;信號(hào)的引出方法,有線或是非接觸測量;傳感器的來源,國產(chǎn)還是進(jìn)口,價(jià)格能否承受,還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。

  靈敏度的選擇

  通常,在傳感器的線性范圍內(nèi),希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí),與被測量變化對應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大,有利于信號(hào)處理。但要注意的是,傳感器的靈敏度高,與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入,也會(huì)被放大系統(tǒng)放大,影響測量精度。因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比,盡量減少從外界引入的于擾信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量,而且對其方向性要求較高,則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量,則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

  響應(yīng)特性 (反應(yīng)時(shí)間)

  傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍,必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件,實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲,希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高,可測的信號(hào)頻率范圍就寬,而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大,因有頻率低的傳感器可測信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測量中,應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn) (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過火的誤差。

  線性范圍

  傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講,在此范圍內(nèi),靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上,任何傳感器都不能保證絕對的線性,其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí),在一定的范圍內(nèi),可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的,這會(huì)給測量帶來極大的方便。


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