? ? 氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心,通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講,氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調(diào)理,通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸,甚至對樣品進行化學處理,以便化學傳感器進行更快速的測量。
氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時間。目前,氣體的采樣方式主要是通過簡單擴散法,或是將氣體吸入檢測器。(簡單擴散是利用氣體自然向四處傳播的特性。目標氣體穿過探頭內(nèi)的傳感器,產(chǎn)生一個正比于氣體體積分數(shù)的信號。由于擴散過程漸趨減慢,所以擴散法需要探頭的位置非常接近于測量點。擴散法的一個優(yōu)點是將氣體樣本直接引入傳感器而無需物理和化學變換。樣品吸入式探頭通常用于采樣位置接近處理儀器或排氣管道。這種技術(shù)可以為傳感器提供一種速度可控的穩(wěn)定氣流,所以在氣流大小和流速經(jīng)常變化的情況下,這種方法較值得推薦。將測量點的氣體樣本引到測量探頭可能經(jīng)過一段距離,距離的長短主要是根據(jù)傳感器的設(shè)計,但采樣線較長會加大測量滯后時間,該時間是采樣線長度和氣體從泄漏點到傳感器之間流動速度的函數(shù)。對于某種目標氣體和汽化物,如SiH4以及大多數(shù)生物溶劑,氣體和汽化物樣品量可能會因為其吸附作用甚至凝結(jié)在采樣管壁上而減少。)
根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型。要進行—個具體的測量工作,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。因為,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)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大小;被測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)還是進口,價格能否承受,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。
穩(wěn)定性:傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時,整個工作時間內(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)置于目標氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理想情況下,一個傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點漂移小于10%。
響應(yīng)特性 (反應(yīng)時間):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,實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲,希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高,可測的信號頻率范圍就寬,而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,機械系統(tǒng)的慣性較大,因而頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中,應(yīng)根據(jù)信號的特點 (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過大的誤差。
線性范圍:傳感器的線性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,當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。當所要求測量精度比較低時,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,這會給測量帶來極大的方便。
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。因為只有靈敏度高時,與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大,有利于信號處理。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。傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量,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。
氣體傳感器是化學傳感器的一大門類,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)成獨立的分類標準,衍生出一個個紛繁龐雜的分類體系,尤其在分類標準的問題上目前還沒有統(tǒng)一,要對其進行嚴格的系統(tǒng)分類難度頗大。
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