問: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100%vol。1ppm量程的傳感器是測量特毒的毒氣,100%vol量程的是測量高濃氧氣。醫療氧傳感器的量程比較特殊。
例如:200,000%mbar,這個單位的意思是在大約2個標準大氣壓下,傳感器最高能測到100%vol,計算式為
2,000mbar*100%vol=200,000%mbar(1標準大氣壓=1013mbar)
問:輸出和氣體濃度是什么關系?
答:EC傳感器有的是電流源,即輸出電流和被測氣體濃度成正比;有的是電壓源,即輸出電壓和氣體濃度成正比。這種“成正比”的關系在儀表行業稱為“線性”,即被測氣體濃度和輸出電流或電壓成線性。
問:什么是過載量程?
答:有些傳感器的規格書上除了量程,還有一個參數叫“過載量程”(OVERLOAD RANGE)。這個參數是告訴用戶:在這個濃度下,傳感器可以短時間(幾分鐘)測量而傳感器不會永久性損壞,但性能無法符合規格書上所列參數。如果超過過載量程,會造成傳感器永久損壞。
常見單位:問:靈敏度單位是什么?
答:對毒氣傳感器來說,最常見的單位是nA/ppm或uA/ppm。對常量氧傳感器來說,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。對微量氧傳感器來說,其單位是mV@20.9%vol O2,當然,我不贊成微量氧傳感器放在空氣中測試,因為微量氧傳感器是測ppm級O2的,長時間暴露在空氣中,會讓它很快失效。對醫療氧氣傳感器來說,其單位是mV@20.9%vol O2,醫療氧氣傳感器的最大量程都是100%vol。
問:靈敏度會變化嗎?在什么情況下會變化?
答:EC傳感器的靈敏度是會變化的,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,在規格書所定義的范圍內變化是不會影響傳感器壽命的,但如果超過了這些范圍,傳感器可能會受到不可逆的破壞。
問:為什么響應時間很重要?
答:因為氣體傳感器主要是保護人身安全的。當氧氣或毒氣超過對人體有害的范圍,人員必須撤離該環境,撤離時間越短越好。因此,傳感器響應時間越短,就留給撤離人員越多的時間。
問:如何確定零點,如何確定平衡點呢?
答:對于常規氣體傳感器,當它暴露在空氣中,3分鐘之內讀數變化不超過一個分辨率,即認為是平衡了。具體地說,對O2傳感器來說,讀數變化不超過±0.1%,即認為是平衡了;對CO傳感器來說,讀數變化不超過1ppm,即認為平衡了;對H2S傳感器來說,讀數變化不超過0.1ppm,即認為平衡了;對分辨率為10ppm的H2傳感器來說,讀數變化不超過10ppm,即認為平衡了。
問:有的傳感器通氣后讀數會一直上升,如何確定平衡點呢?
答:對于吸附性強的氣體,其傳感器的T90計算和CO、H2S常規氣體是不一樣的。例如,在NH3傳感器的規格書上“T90”后面會跟上一句“<60s calculated from 5 min. exposure time”。它的意思是說,通氣5分鐘,即認為是平衡,然后用5分鐘時候的靈敏度還計算T90時間。這里的“通氣5分鐘”也是有技術條件的:
? NH3氣體流速為500±100ml/min;
? 管路和流量計是特氟龍材質或不銹鋼的;
? NH3濃度在量程范圍之內;
? 流動的NH3氣體和傳感器之間不能有任何薄膜或鋼網的阻擋。
常見有吸附性的氣體包括:H2S、CL2、SO2、NH3、HCL、HF、F2等等。常見的沒有吸附性的氣體包括:O2、H2、CH4、CO、CO2等等。
歸零時間定義:歸零時間是表述從傳感器通氣平衡狀態恢復到3個分辨率的讀數所需要的時間。例如,CO傳感器的分辨率是1ppm,標準氣是500ppm,當傳感器信號從500ppm回到3ppm的這段時間,就是歸零時間了。
問:用不同濃度的標準氣體測試EC傳感器,RT90時間和歸零時間會不一樣嗎?
答:是會不一樣的。濃度越高,RT90時間和歸零時間越長。擴散的模式符合菲克定理。
問:不同的溫度下,EC傳感器的響應時間和恢復時間一樣嗎?
答:不一樣。溫度越高,響應時間和恢復時間越短,溫度越低越長。
問:所有的EC傳感器在規格書上都寫了RT90和歸零時間嗎?
答:到目前為止,少數傳感器有歸零時間。
問:毒氣傳感器和氧氣傳感器RT時間的計算方法一樣嗎?
答:不一樣。毒氣傳感器從零氣往上升計算T90,從平衡標準氣下降計算RT90和歸零時間。而氧氣傳感器是從空氣20.9%vol下降到純N2計算T90,這主要是從工業人員安全考慮。
5. 分辨率(Resolution)問:如何計算信號標準差?
答:在傳感器信號被放大之后,會送入模數轉換器ADC。系統噪聲需要用標準差(STDEV)來衡量,STDEV可以通過Office Excel里的STDEV()函數來計算。
問:如何計算靈敏度?
答:將傳感器和電路板系統的零點CTS平均值和通氣平衡后的CTS平均值相減,取絕對值,再除以通氣濃度即可得到。例如,零點CTS平均值為1952CTS,3ppm通氣平衡后的CTS平均值為2139CTS。問該系統的靈敏度是多少?
通過上面兩問和解答,我們就可以計算出來系統的分辨率了:
3*STDEV/靈敏度=3*1.7/62.3=0.08ppm
問:傳感器的分辨率和精度有什么關系?
答:并無直接關系。傳感器的分辨率是由上面的公式計算所得。傳感器本身并無精度的概念,所以傳感器的規格書上也沒有精度的參數定義。精度是描述儀器、儀表讀數和氣體真實值之間的差值,也叫準確性,表示方法有±xppm@100ppm,±5%Reading,±5%rel或±10%F.S.。
6. 重復性(Repeatability)問:重復性在規格書上有定義嗎?
答:絕大多數傳感器在規格書上都不寫該參數,但傳感器在研發驗證的時候是一定要做此實驗的。儀器儀表在做認證的時候,也是一定要做此實驗的。
問:重復性和長期穩定性之間有什么關系?
答:重現性是考察傳感器一天之內的穩定性,長期穩定性是考察28天的穩定性。重復性不好的傳感器長期穩定性也不會很好,因為傳感器的讀數在一天之內都不夠確定,如何能相信它在長期之內獲得準確的讀數呢?
問:一天之內氣溫有變化,那怎么知道是溫漂還是重現性不良呢?
答:建議重現性測試在一個一天溫度變化不超過5℃的房間內進行,因為在5℃之內,傳感器的靈敏度幾乎是沒有變化的。這樣就可以排除傳感器因為溫漂而產生誤差的可能性了。