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標題氣體傳感器常用術語講解（上）

提供者：武漢天禹智控科技有限公司發布時間：2024/1/18 閱讀次數：85次 >>進入該公司展臺

1. 量程范圍(RANGE)
定義：能夠保證傳感器規格書所列各項參數的高氣體濃度。

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：
• VOL%：指混合氣體的濃度體積比。在檢測二氧化碳、氧氣時使用該單位；
• LEL%：指可燃氣體爆炸下限的百分比。即可燃氣體與空氣混合時，遇到小點火能量，發生爆炸的低濃度。 • UEL%：可燃性氣體與空氣混合，著火導致爆炸產生的高濃度值。
• PPM：PPM是英文part per million的縮寫，表示百萬分之幾，體積濃度（ppm），表示一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數。PPB: PPM是英文part per billion的縮寫，氣體濃度的10億分之一�！�1ppm=1000ppb
• 氣體摩爾體積：單位物質的量的氣體所占的體積，符號為Vm，常用單位L/mol 或m3/mol。在標準狀況下(0℃，101KP的狀態)，1mol任何氣體所占體積都約為22.4L。我們國家的標準規范也都是采用質量濃度單位（如：mg/m3）表示。
2.靈敏度(SENSITIVITY)
定義：被測氣體改變一個單位濃度，傳感器輸出電流或電壓的改變量。

問:靈敏度單位是什么？

答:對毒氣傳感器來說，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ppmO2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。

3. 響應時間(Response Time)

定義：傳感器信號從零點上升到通氣平衡點一定百分比，所需的時間成為響應時間，通常用T90來描述。從零點上升到平衡信號值的50%所需要的時間稱為T50，從零點上升到70%所需的時間稱為T70,從零點上升到90%所需的時間稱為T90。

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。

4. 恢復時間(Recovery Time)和歸零時間
恢復時間定義：恢復時間是表述傳感器從標準氣體回復到零點氣體時，信號回復快慢的一個參數。常用的是RT90，它的意思是，從傳感器通氣平衡狀態恢復到10%信號所花的時間。例如，CO標準氣是500ppm，當傳感器信號從500ppm回到50ppm(500ppm*10%=50ppm)的這段時間，就是RT90了。

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)
定義：分辨率是描述傳感器能夠分辨的小的氣體濃度改變量的參數。分辨率和靈敏度和噪聲相關，類似電子技術里面的一個參數——信噪比。計算公式是：分辨率=3 X 60信號標準差/靈敏度

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？

計算公式：|2139-1952|/3 = 62.3 CTS/ppm

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)
定義：在同一天之內，每小時通氣一次同樣濃度的標準氣，獲得6次通氣平衡的讀數，然后計算6次讀數的標準差。該標準差越接近于零，說明傳感器的重新性越好。下圖是電化學傳感器的6次重復性實驗曲線。

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。

關鍵詞：氣體檢測

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