傳感器的標(biāo)定

    為了保證傳感器的精度和系統(tǒng)的完整性，氣體傳感器需要被標(biāo)定。傳感器固定安裝位置是很重要

    的，位置必須使標(biāo)定容易完成。標(biāo)定的時(shí)間間隔依傳感器的不同而不同。通常，傳感器的制造廠商將建

    議傳感器的標(biāo)定的時(shí)間間隔。然而，在傳感器安裝后的三十天，按照慣例應(yīng)頻繁的對(duì)傳感器進(jìn)行檢查。

    在這個(gè)周期內(nèi)，觀察該傳感器是否適合新的環(huán)境。

    同樣，廠家并沒有在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中說明傳感器性能影響的因素。如果傳感器的功能作用能連續(xù)大

    約三十天，說明安裝的可信度很高。在這段時(shí)間里，任何可能的問題都可確認(rèn)和修改。經(jīng)驗(yàn)說明：傳感

    器第一次安裝后三十天，按照操作的希望值，完成傳感器的各種功能。大多數(shù)問題如傳感器位置的不適

    合、其他氣體的干擾、密度的降低，在這段時(shí)間里將會(huì)出現(xiàn)。

    在前三十天，傳感器應(yīng)做周檢察。而后，制定維修計(jì)劃包括標(biāo)定的時(shí)間間隔。正常情況下，每月

    標(biāo)定足以滿足傳感器的效率和靈敏度，同時(shí)月檢察也能保證傳感器的精度。

    由上，傳感器的標(biāo)定方法和過程被立即確定。標(biāo)定的過程簡(jiǎn)單、直接、容易。這種標(biāo)定是一種簡(jiǎn)

    單的安全檢查，不象實(shí)驗(yàn)室分析儀要求很高的精度。為了某一區(qū)域氣體的質(zhì)量和安全，要求氣體的監(jiān)視

    儀滿足簡(jiǎn)單、可重復(fù)和經(jīng)濟(jì)。標(biāo)定的過程將具有一致性和追溯性。標(biāo)定的過程將在傳感器安裝的現(xiàn)場(chǎng)完

    成。

    氣體傳感器的標(biāo)定包括兩步驟：首先是"零點(diǎn)"設(shè)置；然后是"量程"的標(biāo)定。

    步驟1："零點(diǎn)"設(shè)置

    定義氣體的零點(diǎn)沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)。許多分析過程，包括一些特殊的分析過程如EPA方法，都使用純

    氮或純?nèi)嗽鞖怏w來建立零點(diǎn)。這是因?yàn)檫@種瓶裝氮?dú)夂腿嗽鞖怏w容易獲得。由于這個(gè)原因，人們普遍認(rèn)

    為使用瓶裝氮?dú)夂腿嗽鞖怏w是傳感器零點(diǎn)設(shè)置的一種好方法。

    不幸的是，這種方法不太準(zhǔn)確。通?？諝庵谐撕械?dú)夂脱鯕馔?，還含有微量的其他氣體。同

    樣，周圍的空氣中含有很小百分?jǐn)?shù)的水蒸氣。因此，假設(shè)該區(qū)域的空氣是清新的，使用周圍的空氣作為

    傳感器的零點(diǎn)具有現(xiàn)實(shí)和實(shí)踐意義。這個(gè)參考點(diǎn)依建立的不同而不同。因此，區(qū)域內(nèi)傳感器的一個(gè)好參

    考點(diǎn)，總是認(rèn)為該區(qū)域的空氣清新，如某一辦公室區(qū)域。這將給出更接近現(xiàn)實(shí)的零點(diǎn)，因?yàn)樗鼘⒋戆?/p>

    裝周圍空氣條件。水蒸汽的缺乏可能引起設(shè)定零點(diǎn)的數(shù)字低于傳感器周圍空氣的零點(diǎn)數(shù)既零點(diǎn)漂移。這

    就是固態(tài)型傳感器和光電離探測(cè)器使用時(shí)值得注意的地方。

    標(biāo)定的方法?？紤]到所有因素，如傳感器的型號(hào)和應(yīng)用條件，應(yīng)遵循以下建議的標(biāo)定方法：

    A．

    根據(jù)操作人員的判斷，傳感器周圍的氣體是清新的，沒有非正常條件存在，這時(shí)，儀表的指示接

    近零（讀數(shù)），零點(diǎn)設(shè)置的過程可以跳過。當(dāng)出現(xiàn)疑問時(shí)，可使用塑料袋來得到一些在傳感器周圍認(rèn)為

    是"清新"的空氣。這是一個(gè)非?？於菀椎倪^程。這種方法對(duì)于區(qū)別真報(bào)警和誤報(bào)警是非常有效的。

    B．

    壓縮空氣有一優(yōu)點(diǎn)就是，氣體在瓶中容易控制并容易攜帶。通過設(shè)備很容易、方便的得到空氣。

    這種空氣中含義少量的氮?dú)浠衔铩⒁谎趸?、二氧化碳和一些其他干擾氣體。然而，這種氣體的特點(diǎn)

    是濕度低，解決的辦法是在采樣系統(tǒng)中使用帶有活性碳的過濾器，過濾掉所使用的潮濕氣體中不想要的

    氣體和水蒸汽。經(jīng)過這個(gè)過程，才可以使用該氣體對(duì)各種型號(hào)的傳感器進(jìn)行標(biāo)定。然而，值得注意的是

    一氧化碳?xì)怏w并不能通過帶有活性碳的過濾器而濾掉。

    因此，規(guī)則規(guī)定：氣瓶中的一氧化碳含量必須與周圍環(huán)境氣體的含量相同。此外，使用蘇達(dá)灰過

    濾器可以濾出一氧化碳。由于在采樣系統(tǒng)管線上使用蘇達(dá)灰過濾器可以濾出一氧化碳，所以此方法是二

    氧化碳傳感器零點(diǎn)設(shè)置的好方法，很容易獲得基本的零點(diǎn)。

    雖然人造氣體通常是非常純，但是它不能用于固態(tài)型傳感器和光電離探測(cè)器，因?yàn)檫@類傳感器要

    求在采樣的氣體中含有一些水蒸汽。這個(gè)問題解決的簡(jiǎn)單辦法是，在采樣系統(tǒng)管線上使用潮濕的薄綿紙

    。它的作用是使采樣流中潮濕，對(duì)傳感器有足夠的水蒸汽。另外可選擇使用NAFION管，其描述在第十章"

    采樣系統(tǒng)和設(shè)計(jì)"圖1.說明此概念。

    標(biāo)定氣--控制器--NAFION干燥管或加濕材料--到傳感器

    圖1. 增加標(biāo)定氣體的濕度

    步驟2. 量程的標(biāo)定

    量程的標(biāo)定可以是相當(dāng)容易或非常復(fù)雜和昂貴，這取決于該氣體的種類和濃度的范圍。按照原則

    ，為了到達(dá)滿意的精度，目標(biāo)氣體與背景環(huán)境氣體的平衡混合物是好的標(biāo)定氣體。然而，雖然可以做

    到，但對(duì)操作工的技能要求比正常的要高。實(shí)際上，大多數(shù)的標(biāo)定氣體是從化學(xué)工廠買來的。下面的章

    節(jié)介紹幾種量程標(biāo)定的方法。

    A. 預(yù)混合標(biāo)定氣體

    預(yù)混合標(biāo)定氣體的方法是氣體傳感器標(biāo)定的首要和流行的方法。預(yù)混合標(biāo)定氣體可以被壓縮和

    存儲(chǔ)在一定壓力下的氣瓶中。這些瓶子的尺寸可以是任意的，但是在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定時(shí)，人們喜歡尺寸小而輕

    的氣瓶。這些小而攜便的氣瓶可分為兩類：低壓和高壓氣體設(shè)備。

    低壓氣瓶瓶壁薄重量輕通常是不回收和一次性的。高壓氣瓶是為純化學(xué)危險(xiǎn)品設(shè)計(jì)的。對(duì)于標(biāo)定

    氣體，這些氣瓶通常壁很厚，可承受的壓力為2000 psi。

    為了傳感器的標(biāo)定，使高壓氣體從高壓氣瓶中流出，需要一個(gè)減壓器。它是由壓力控制器、壓力

    表、流量限流孔組成。流量限流孔是一種在給定的壓力下，允許一定量的空氣流量所適合的極小線孔。

    在操作中，瓶中的高壓僅僅降低幾個(gè)psi

    ，同時(shí)提供定量的氣體通過限流孔。流量的速率通常在600-1000 cc/min。各種型號(hào)的減壓器都可

    以調(diào)節(jié)壓力控制器，以便調(diào)節(jié)出想要的流量。圖2.

    示出了高壓和低壓瓶設(shè)備.

    許多氣體可以與空氣預(yù)混合同時(shí)在一定的壓力下存儲(chǔ)

    但是一些氣體只能與惰性氣體混合，如氮?dú)?。而一些混合物僅僅可以放在特殊條件下的瓶中。每

    種混合氣都有它不同的有效期或使用期。關(guān)于存儲(chǔ)和保存期限的詳細(xì)內(nèi)容，可從制造廠商獲得。通常高

    蒸汽壓的氣體具有低反應(yīng)如甲烷、一氧化碳、二氧化碳，可以與空氣混合存儲(chǔ)在高壓下。低蒸汽壓的氣

    體如液態(tài)碳烴溶劑僅僅可以與空氣混合存儲(chǔ)在低壓下。大多數(shù)高反應(yīng)化學(xué)物都可以與氮?dú)饣旌稀?duì)于某

    些傳感器如固定型傳感器，不論氣體的混合物是與空氣或氮?dú)饣旌希瑢?duì)傳感器的讀數(shù)會(huì)有很大的影響。

    在標(biāo)定過程中，為了得到適當(dāng)?shù)淖x數(shù)，有些傳感器需要有潮濕度。這種加濕過程步驟同步驟1中傳

    感器零點(diǎn)設(shè)置。

    為了估計(jì)氣瓶壓縮混合氣體的體積，用氣瓶的總壓力除以大氣壓力然后乘以氣瓶的體積，如下：

    Vmax= V*(P/Pa)

    這里

    Vmax= 混合氣體的體積

    V = 氣瓶的體積

    P = 氣瓶的壓力

    Pa = 大氣壓力

    例如：給出演示的瓶子體積為440 CC，假定瓶子的壓力為1200

    psi在大氣壓的情況下，估計(jì)混合氣體的體積為440CC*（1200/14.7）=35.918CC。

    如果標(biāo)定的流量數(shù)率為每分鐘1000CC，每個(gè)傳感器的標(biāo)定需要大約一分鐘，那么一個(gè)氣瓶可標(biāo)定

    的時(shí)間大約是30分鐘。

    B．滲透設(shè)備

    滲透設(shè)備是一個(gè)密封容器，裝有氣液相均衡化學(xué)物質(zhì)。氣體分子通過滲透容器的邊緣或頂蓋進(jìn)行

    滲透。氣體分子的滲透速率取決于物質(zhì)的滲透率和溫度。滲透率是長(zhǎng)周期穩(wěn)定的。與滲透化學(xué)物質(zhì)混合

    形成的恒定的標(biāo)定氣體，在給出溫度后就知道其滲透率。這就需要恒溫口徑測(cè)量器和流量控制器。然而

    ，滲透管連續(xù)以恒定速率輸送化學(xué)物質(zhì)，隨著產(chǎn)生了存儲(chǔ)和安全問題。給定氣體的滲透率對(duì)于應(yīng)用來說

    可能是太高或太低。例如，高蒸汽壓的氣體滲透太快而非常低的蒸汽壓氣體化學(xué)物質(zhì)所具有的滲透率太

    低而沒有任何用途。

    滲透設(shè)備大多數(shù)可以在實(shí)驗(yàn)室中找到，常常應(yīng)用于分析儀器上。對(duì)于氣體監(jiān)視，傳感器標(biāo)定需要

    的濃度是典型的高滲透設(shè)備。因此它的應(yīng)用受到了限制。

    C．交叉標(biāo)定

    利用交叉標(biāo)定方法，主要是每個(gè)傳感器都遭受其他氣體的干擾。例如，要標(biāo)定100% LEL的乙烷氣

    體，通常用50%

    ELE的甲烷氣體來代替實(shí)際的乙烷氣體。這是因?yàn)橐彝樵谑覝貢r(shí)是液態(tài)具有低蒸汽壓。因此說使用

    精確的混合氣并保持它在高壓力下是很困難的。

    換句話說，甲烷具有很高的蒸汽壓并非常穩(wěn)定。此外，它可以與空氣混合并保持在很高的壓力下

    。與乙烷混合氣相比甲烷可用于更多的標(biāo)定場(chǎng)合，同時(shí)它具有長(zhǎng)壽命。50%的乙烷混合氣容易得到。因此

    ，可燃?xì)怏w報(bào)警儀的制造商建議使用甲烷作為標(biāo)定其他氣體的代用品。

    有兩種方法可完成甲烷作為標(biāo)定其他氣體的代用品。第一種方法是用甲烷標(biāo)定可燃?xì)怏w報(bào)警儀，

    同時(shí)，用所獲得的讀數(shù)乘以手冊(cè)中的響應(yīng)因數(shù)來代替其他氣體的讀數(shù)。較為常用催化型傳感器就是如此。

    催化型傳感器是線系輸出，因此響應(yīng)因數(shù)的使用符合滿刻度量程。例如，當(dāng)用甲烷標(biāo)定傳感器時(shí)，戊烷

    的輸出僅僅是甲烷的一半。因此戊烷的響應(yīng)因數(shù)是0.5。所以當(dāng)傳感器實(shí)際檢測(cè)戊烷而用甲烷標(biāo)定時(shí)，讀

    數(shù)乘以0.5以獲得戊烷的讀數(shù)。

    第二種方法仍然是使用甲烷作為標(biāo)定氣，但是標(biāo)定讀數(shù)為雙倍值。例如，使用50%LEL 的甲烷標(biāo)定

    氣標(biāo)定100%LEL

    戊烷。雖然標(biāo)定時(shí)使用的是甲烷氣，但儀器標(biāo)定后，其讀數(shù)為戊烷氣體的濃度。

    許多低量程有害氣體傳感器可以使用交叉氣體標(biāo)定。同樣，紅外線探測(cè)器對(duì)于任何氣體都以相同

    的波長(zhǎng)吸收，可以使用交叉標(biāo)定的方法。交叉標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是允許傳感器的標(biāo)定使用一種氣體其量程

    容易獲得和處理。

    然而，使用交叉標(biāo)定的方法也會(huì)出現(xiàn)一些問題。一是每個(gè)傳感器的響應(yīng)因數(shù)有所不同，原因是不

    可能在制造傳感器時(shí)使每個(gè)傳感器都一樣。例如，在催化型傳感器中，加熱器電壓在手冊(cè)中已說明。另

    外響應(yīng)因數(shù)不能使用。響應(yīng)特性將隨加熱器電壓的設(shè)立的不同而變化。因此，使用實(shí)際的目標(biāo)氣體對(duì)傳

    感器進(jìn)行標(biāo)定作周期的檢測(cè)是一種好的方法。

    穩(wěn)定非易燃和無毒的各種濃度氣體可以從供應(yīng)商中獲得。詳細(xì)情況請(qǐng)與儀器制造廠商聯(lián)系。

    D. 氣體混合

    不是所以的標(biāo)定氣體都可用。即使它可用，也有可能在一定的濃度或固定的背景混合氣下，該標(biāo)

    定氣體不可用。然而，許多混合氣可通過稀釋后，對(duì)低濃度量程氣體監(jiān)視器進(jìn)行標(biāo)定。例如，50%LEL甲

    烷其濃度為2.5%或25000PPM。為了混合20%LEL體積為2000CC的氣體，應(yīng)使用下列公式：

    Vb=C/Cb*V Va=(C-Cb)/C*V Va=V-Vb

    這里：

    Cb= 在50%時(shí)，瓶中的濃度

    C = 在20%時(shí)，新的濃度

    V = 2000CC時(shí)，整個(gè)體積

    Vb= 混合氣的體積

    Va= 空氣或其他稀釋后體積

    Vb=20/50*2000=800 CC

    Va=2000-800=1200 CC

    最后用800 CC 混合氣與1200CC 空氣進(jìn)行混合得到20%LEL的標(biāo)定氣。

    另一個(gè)例子是稀釋25000PPM 的甲烷標(biāo)氣變成100PPM的混合氣。

    Vb=100/2500*2000=8 CC

    因此

    Va=2000-8=1992 CC

    用8CC的混合標(biāo)氣與1992CC的空氣混合，2000立方厘米100PPM的混合氣就獲得。