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一文认识电化学气体传感器


  来源: 传感器前线 时间:2020-06-29 编辑:仪器仪表WXF
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当气体浓度过高时,也有可能造成传感器性能下降。通常,电化传感器在测试时,极限气体浓度是其设计浓度的十倍。使用高质量催化剂的传感器应该可以承受这样的情况,并不会对其化学特性或长期性能造成损坏。而使用低质量催化剂的传感器则有可能造成损坏。


潮湿是对传感器影响最大的因素。电化传感器的理想工作环境应当是20℃,60%RH(相对湿度)。当环境湿度超过60%RH时,电解质会因为吸收水分而稀释。在极端情况下,电解质体积会增加2~3倍,很有可能造成电解质从传感器设备体通过接口渗漏。而当湿度低于60%RH时,电解质则有可能脱水。随着电解质脱水,设备反应时间也会显著延长。


通过对传感器进行称重,可以迅速简便地判断出电解质的稀释和脱水情况。与出厂重量相比,当传感器重量有±250mg以上的变化时,则说明传感器的性能很有可能受到了影响。通过将传感器置于相反的极端湿度环境中,电解质原来的稀释或脱水情况都是可逆的。在5~25天的时间里,传感器的重量和电解质浓度都可以恢复到初始状态,性能也一并得到恢复。


要提醒大家注意的是,传感器的灵敏度可能会随着周围环境的情况而变化。一个原本反应不灵敏、反应时间长的传感器可能会随着环境湿度的变化而有所改善。这种情况在四季气候变化鲜明的国家则更为突出。氢硫化物传感器的性能尤其与周边环境联系更为紧密。一台固定式探测器中的传感器的灵敏度和反应时间很有可能在按照当地的温度湿度调试稳定后的两三周内发生改变。当传感器在安装前存放在非常干燥的环境中时(比如带空调的办公室),这种情况尤为普遍。


在特殊情况下,干扰气体可能会因为被催化剂吸收或者与催化剂发生反应生成副产品抑制催化剂,进而破坏传感器电极。


强烈的震动和机械冲击也可能会损伤将铂电极、连接条(某些传感器中是金属线)和接口连接在一起的焊点,从而损坏传感器,但是这种情况对架构牢固的传感器来说并不多见。



含过滤功能的气体传感器


在有些传感器上安装有化学过滤器,以尽可能消除干扰气体,尤其是硫化物气体带来的影响。这些过滤器的使用年限有限,通常用ppm/小时来定义其对干扰气体的耐受水平。因为气体浓度有高低之分,所以ppm/小时这个度量单位也许会不太精确。在目标气体暴露时间减半的情况下,一个标称1000ppm/小时的过滤器也不一定能把使用时间延长两倍。


当过滤器饱和时,传感器与干扰气体产生交叉反应的程度随之加重(比如探测硫化氢气体,H2S,或者二氧化硫,SO2的传感器)。当交叉反应发生时,用户当然无法判断他们所使用的传感器到底是在与SO2还是H2S发生化学反应。


有机过滤器(碳基)虽然非常高效,但是不可再生,而且在环境湿度超过50%RH时,过滤器会因为气孔堵塞而饱和。所以,化学过滤器的功效会在高湿度环境下下降。


对气体传感器更换工作进行计划


仪器操作人员渴望通过预测传感器使用年限对传感器更换工作进行提前计划,这样服务工程师在现场维修的时候就可以带来新的传感器,避免了设备停机或重复派人的问题。反言之,如果用户能够有把握将例行传感器更换周期延长,那么他们也自然可以降低更换传感器的成本。


电化学气体传感器使用年限的预测是一门非常不精确的科学,设备的使用年限、寿命会受到本文中所提及的种种因素影响,每种具体应用中的情况各有不同。在实际操作中,用户要么根据制造商的建议按照固定时间周期对传感器进行更换,或者根据历史数据进行更换(比如每两三年更换一次),抑或是发现传感器对测试气体没有足够反应的时候进行更换。在定期更换模式下,用户得到保证——传感器总是“崭新的”,但恰恰是因为这样的一再保证,用户却多掏了保险费,因为被更换下来的传感器事实上还能正常工作相当长时间。只有在表现出灵敏度明显下降(或者反应时间过分延长)时,传感器才有可能在服务周期之间发生故障(一般仅为六个月)并进行更换。


如何发现传感器故障?


在过去的几十年里,人们在气体传感器上应用了若干种的专利和技术,虽然这些技术都宣称可以发现电化学传感器发生故障的情况,但是大多数的技术仅仅是推断传感器在某种电极刺激下工作,而且可能仅提供了一种虚假的安全感。展示传感器处于工作状态的唯一可靠方法就是使用测试气体并测量传感器的反应——即快速测试或者全面校准。


事实上,电化学传感器并不具备自动防故障功能。在干净的空气中,它们输出零信号电流,在它们报废前,即便暴露在目标气体中,仍然输出零电流。所以,我们无法保证一部气体探测仪器对所发生的故障进行自动识别。


关键词:电化学气体传感器 原理 影响    浏览量:1191

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