气体传感器精确度标定策略

   2024-01-16 工业品商城58
核心提示:气体传感器量程的标定可能会被发现是相对容易或者极其复杂和昂贵的,这全视乎气体种类及其浓度的范围。原则上讲,采用旨在获得理想精度的目标气体与背景环境气体的平衡混合物作为标定气体,是最优的选择。然而,尽管原则上是可以实现的,但操作人员的专业技能需求则可能需要高于常规水平。实际上,大部分标定气体的采购均来

     气体传感器量程的标定可能会被发现是相对容易或者极其复杂和昂贵的,这全视乎气体种类及其浓度的范围。原则上讲,采用旨在获得理想精度的目标气体与背景环境气体的平衡混合物作为标定气体,是最优的选择。然而,尽管原则上是可以实现的,但操作人员的专业技能需求则可能需要高于常规水平。实际上,大部分标定气体的采购均来自于化学工厂。接下来的章节将简要介绍几个常见的量程标定方法。

A. 预混合标定气体

     预混合标定气体是业界公认的常用且普及的气体传感器标定方法。预混合标定气体可被压缩并储存于特定压力下的气瓶内。这些气瓶的大小各异,尽管在现场标定时,较小的气瓶更易于携带。这类小型气瓶主要分为两种类型:低压和高压气体设备。

       低压气瓶由于其薄壁和轻巧的特性,一般是不可回收且一次性使用的。高压气瓶则专用于装载纯度较高的化学危险品。对于标定气体而言,这类气瓶通常壁厚且耐压能力达2000 psi。

       为了保证传感器的标定过程,高压气体必须从高压气瓶中释放出来,此时需借助减压器。减压器主要由压力控制器、压力表以及流量限流孔构成。流量限流孔是一种在特定压力下,仅允许适量空气流通的极小尺寸的线孔。

在标定过程中,为了获取准确的数据读数,部分传感器可能需要进行湿度调节。这种加湿过程的步骤与传感器零点设定的操作相似。

B.渗透设备

      渗透设备是一个密闭容器,内部填充有气液均衡的化学物质。气体分子会通过渗透设备的边缘或顶盖完成渗透过程。由于气体分子的渗透速度受到物质渗透率和温度的直接影响,渗透率则是长期间保持稳定的。渗透设备内部的混合物在确定温度后,其渗透率即可被知晓。这便需要使用恒温口径测量器和流量控制器。然而,由于渗透管需要持续以恒定速度输送化学物质,随之而来的便是存储以及安全问题。对于特定气体的渗透率,对于实际应用而言可能过高或过低。例如,高蒸气压的气体在渗透过程中会显得过于迅速;而蒸汽压极低的气体化学物质所具备的渗透率则微乎其微,以致于无法发挥作用。

     大部分的渗透设备通常可以在实验室中找到,被广泛应用于各种分析仪器中。然而,对于气体监测领域,传感器标定所需的浓度往往属于高渗透设备范畴。因此,其在实际应用中的应用亦受到了一定程度的限制。

C.交叉标定

      交叉标定方法主要利用代表其他气体的交叉干扰效果来实现标定工作。例如,若需对100% LEL的乙烷气体进行标定,通常会用50%ELE的甲烷气体代替实际的乙烷气体。这主要因为乙烷在室温下呈现出液态状态,并表现出较低的蒸汽压。因此,使用准确的混合气并保持其在高压力环境下的稳定存在较大难度。

     简单说来,甲烷具备较高的蒸汽压,同时保持稳定的性质。此外,它能与空气充分混合并在较高的压力下保持不变。相较于乙烷混合气,甲烷更适宜于更广泛的标定场景,同时也具有较长的使用寿命。50%的乙烷混合气易于获得,因此,可燃气体报警仪的制造商建议使用甲烷作为替代气体,用于标定其他种类的气体。

      现涉有两种策略可实现甲烷作为其他气体的校准基准。首先,我们可以采用甲烷去校准可燃气体监测仪,接着,将获取的数值乘以手册中所规定的响应因数,以此作为替代其他气体的参考数值。尤为常见的催化型传感器便是采用此策略。

      催化型传感器的输出曲线呈线性,故而响应因数的运用适用于满刻度量程。譬如,若使用甲烷进行传感器校准,戊烷的输出响应值仅是甲烷的一半。因此,戊烷的响应因数应设定为0.5。于是,当传感器实际检测戊烷并且以甲烷为标准气体时,应将读数乘以0.5,以获得戊烷的实际浓度值。

     其次,我们仍旧可利用甲烷作为校准气体,但读数需乘以2。例如,若使用50%LEL的甲烷作为校准气,则可校准100%LEL的戊烷气体。尽管校准则是使用甲烷气体,但在仪器校准后,其读取的数值便转化为戊烷的浓度值。

      许多低浓度有害气体传感器可以采用交叉气体校准法。同样地,红外线探测器对任何气体均以相同的波长吸收,同样适用交叉校准法。交叉校准法的优势在于,它允许传感器的校准采用一种易于获取和处理的气体量程。

     然而,交叉校准法也会带来一些挑战。首先,每个传感器的响应因数因制作工艺及材料等因素的区别而有所差异。例如,在催化型传感器中,加热器电压便是影响响应因数的关键因素。此外,响应因数无法直接使用,因为其响应特性会随着加热器电压的调整而发生变化。因此,定期用实际目标气体对传感器进行校准是一个明智之举。

稳定的非易燃及无毒的各浓度气体均可向供应商采购。若您对相关细节有疑问,请您直接与仪器制造商联系。

D. 气体混合

     并不是所有的标定气体都适用于我们的需求。即便能够使用,在某些特定的浓度或固定背景混合气下,该标定气体依然无法满足要求。然而,许多混合气体经过适当稀释后,仍可用于低浓度量程气体监测仪的校准。


 
 
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