气体传感器的测量原理,了解一下,花不了几分钟

2018-09-26 admin 86

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置!气体传感器一般被归为化学传感器的一类,尽管这种归类不一定科学。

 

 

分    类

气体传感器是气体检测仪的重要组成部分,主要用于探测在一定的范围内,特定气体的成分和浓度,经常用于检测可燃气体,有毒气体,和氧气的消耗等。所以根据所测的气体不同,就会有不同种类的气体传感器,下面我根据检测原理来整理气体传感的分类

 

1.催化燃烧式气体传感器 

催化燃烧式气体传感器的主要特点是对所有可燃性气体都有反应,对环境湿度、温度的影响不敏感,近线性的输出信号,并且其成本低,结构简单。但精度低,电流功耗大,工作温度高,易中毒的不利影响等。

2.红外式气体传感器

红外式气体传感器的工作原理是利用被测气体的红外吸收光谱特征或热效应而实现气体浓度测量的,常用的类型有DIR色散红外线式和 NDIR非色散红外线式,常用光谱范围1~25μm。

3. 电化学式气体传感器

电化学式气体传感器的特点是线性和重复性较好,体积小,功耗小,分辨率一般可以达到0.1ppm,寿命较长。不足是易受干扰,灵敏度受温度变化影响较大。原理是利用被检测气体的电化学活性,将其电化学还原或者氧化,以此来检测气体的浓度和成分。常见的电化学传感器类型分为原电池型、恒定电位电解池型等。目前,电化学传感器是检测有毒、有害气体最成熟和最常见的传感器。

4. 半导体式气体传感器 

半导体式气体传感器的优点具有反应速度快,结构简单、检测灵敏度高等。缺点是测量线性范围较小,受背景气体干扰较大,易受环境温度影响等,半导体式气体传感器是由金属半导体氧化物或者金属氧化物材料制成的检测元件,与气体相互作用时产生表面吸附和反应,引起载流子运动为特征的电导率或 伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。

特    性

气体传感器是化学传感器的一大门类。从工作原理、特性分析到测量技术,从所用材料到制造工艺,从检测对象到应用领域,都可以构成独立的分类标准,衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系,尤其在分类标准的问题上目前还没有统一,要对其进行严格的系统分类难度颇大。接下来了解一下气体传感器的主要特性:

1、稳定性

稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性,取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时,整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化,表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下,一个传感器在连续工作条件下,每年零点漂移小于10%。

2、灵敏度

灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比,主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术,它对目标气体的阀限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的检测要有足够的灵敏性。

海盐气体找我们,海宁气体找我们,海盐气体公司找我们,海宁气体公司找我们,海盐气体运输找我们,海宁气体运输找我们

3、选择性

选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的,因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性,理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。

4、抗腐蚀性

抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时,探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下,传感器漂移和零点校正值应尽可能小。

气体传感器的基本特征,即灵敏度、选择性以及稳定性等,主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料,使气体传感器的敏感特性达到最优。

 

优   缺   点

优点

红外气体传感器及仪器应用广泛,适用于监测近乎各种易气体。具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点。并在未来逐步成为市场主流。

缺点

由于正在处于起步阶段,技术壁垒高,市场占有率低,规模化生产程度低,造成成本高,基本在上千元左右。

无毒、不燃的惰性气体,它的分子量为146.07,在20℃和0.1 MPa时密度为6.1kg/m3,约为空气密度的5倍。

SF6气体已有百年历史,它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体。

SF6是强电负性气体,它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子,削弱气体中碰撞电离过程,因此其电气绝缘强度很高,在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍。SF6气体在t≈2000K时出现热分解高峰,因此在交流电弧电流过零时,SF6对弧道的冷却作用比空气强得多,其灭弧能力约为空气的100倍。由于SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性,它从20世纪50年代末开始被用作高压断路器的灭弧介质。在超高压和特高压断路器中,SF6作为灭弧介质,已取代油,并已大量取代了压缩空气。

从60年代中期起,SF6被广泛用作高压电气设备的绝缘介质。SF6气体绝缘的全封闭开关设备比常规的敞开式高压配电装置占地面积小得多,且其运行不受外界气象和环境条件的影响,因此不仅广泛用于超高压和特高压电力系统,而且已开始用于配电网络(SF6气体绝缘的开关柜和环网供电单元)。SF6气体绝缘的管道输电线的优点是介质损耗小、传输容量大,且可用于高落差场合,因此常用于水电站出线,取代常规的充油电缆。SF6气体绝缘的变压器具有防火防爆的优点,这种配电变压器特别适用于人口稠密的地区和高层建筑的供电。SF6气体绝缘的超高压变压器已研制成功,全气体绝缘变电所将是变电技术发展的一个方向。

六氟化硫是一种窒息剂,在高浓度下会呼吸困难、喘息、皮肤和黏膜变蓝、全身痉挛。 吸入80%六氟化硫+20%的氧气的混合气体几分钟后,人体会出现四肢麻木,甚至窒息死亡 。我国规定,操作间空气中六氟化硫气体的允许浓度不大于6g/m3或空气中氧含量应大于18%;短期接触,空气中六氟化硫气体的允许浓度不大于7.5g/m3。六氟化硫在药理上是惰性气体,低毒但对人体有窒息作用。在生活或使用过程中会分解一些痕量的有毒硫的低氟化合物和氟氧化合物。

作用用途

1、新一代超高压绝缘介质材料。作为良好的气体绝缘体,被广泛用于电子、电气设备的气体绝缘。电子级高纯六氟化硫是一种理想的电子蚀刻剂,广泛应用于微电子技术领域,用作电脑芯片、液晶屏等大型集成电路制造中的等离子刻蚀及清洗剂。在光纤制备中用作生产掺氟玻璃的氟源,在制造低损耗优质单模光纤中用作隔离层的掺杂剂。还可用作氮准分子激光器的掺加气体。在气象、环境检测及其他部门用作示踪剂、标准气或配制标准混合气。在高压开关中用作灭弧和大容量变压器绝缘材料。也可用于粒子加速器及避雷器中。利用其化学稳定性好和对设备不腐蚀等特点,在冷冻工业上可用作冷冻剂(操作温度-45~0℃之间)。由于对α粒子有高度的停止能力,还用于放射化学。此外还作为一种反吸附剂从矿井煤尘中置换氧。

2、可用于有色金属的冶炼和铸造工艺,也可用于铝及其合金熔融物的脱气和纯化。在微电子业中,可用六氟化硫蚀刻硅表面并去除半导体材料上的有机或无机膜状物,并可在光导纤维的制造过程中,作为单膜光纤隔离层掺杂剂。加有六氟化硫的电流遮断器额定电压高,且不易燃烧,另外,六氟化硫还用于各种加速器、超高压蓄电器、同轴电缆和微波传输的绝缘介质。目前六氟化硫是应用较为广泛的测定大气污染的示踪剂,示踪距离可达100km。六氟化硫化学稳定性好,对设备不腐蚀,在冷冻工业中可作为冷冻剂(操作温度在-45~0℃之间),作制冷剂替代氟利昂,对臭氧层完全没有破坏作用,符合环保和使用性能的要求,是一种很有发展潜力的制冷剂。用作电气绝缘介质和灭弧剂,测定大气污染程度的示踪剂。

3、主要用于高压开关中灭弧,在大容量变压器和高压电缆中作为绝缘材料使用。可在核粒子加速器及避雷器X射线设备中作为气体的绝缘材料,利用SF6化学稳定性好,对设备不腐蚀,在冷冻工业中可作为冷冻剂(操作温度在-45~0℃之间),SF6对α-粒子有高度的停止能力,故在放射化学中也有应用;也可作为一种反吸附剂从矿井煤尘中置换氧。

4、用作电子设备和雷达波导的气体绝缘体。 

急救措施

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。 

泄漏应急处理

应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。如有可能,即时使用。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。 

处置与储存

操作注意事项:密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具(半面罩)。远离易燃、可燃物。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。

储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易(可)燃物、氧化剂分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

气体监测

纯净的SF6气体虽然无毒,但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处,如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险,设计户内通风装置时要考虑到这一情况。

在电弧作用下SF6的分解物如SF4,S2F2,SF2,SOF2,SO2F2,SOF4和HF等,它们都有强烈的腐蚀性和毒性。因此在电力系统GIS等应用SF6的工作场所,要加装SF6气体泄漏监测设备,SF6气体监测的主要方法有一下四种:

1)电化学技术(TGS830、TGS832)费加罗传感器或卤素气体传感器。

电化学技术的原理是被检测气体接触到200°C左右高温的催化剂表面,并与之发生相应的化学反应,从而产生电信号的改变,以此来发现被检测气体。电化学技术其成本低、寿命长、结构简单,可以连续工作的特点。

2)高压击穿技术。

电击穿技术是从SF6在电力上的典型应用——作为绝缘气体应用在GIS开关柜中演变而来的。其工作原理是根据SF6气体绝缘的特性,从置于被检测空气中的高压电极间电压的变化来判断空气中是否含有SF6气体。因其结构相对简单,成本低,检测精度相对高的特点。

3)红外光谱技术(IAC510)

红外光谱吸收技术(又称激光技术)的原理是SF6作为温室气体,对特定波段的红外光有很强烈的吸收特性。红外光谱技术的特点是成本高,结构复杂,灵敏度高,不受环境的影响和干扰,对环境的温度和湿度的变化所带来的检测误差很小,由于其是采用主动抽取测试点气体的原理,带来的效果是发现泄漏早,反应迅速。同时系统结构对工程实施中的布线也带来了很大的方便。

4)电子捕获ECD原理

电子捕获检测器(electron capture detector),简称ECD。 电子捕获检测器也是一种离子化检测器,它是一个有选择性的高灵敏度的检测器,它只对具有电负性的物质,如含卤素、硫、磷、氮的物质有信号,物质的电负性越强,也就是电子吸收系数越大,检测器的灵敏度越高,而对电中性(无电负性)的物质,如烷烃等则无信号。