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北京北信科遠儀器有限責任公司
主營產(chǎn)品： 搖擺式脫色搖床,實驗室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
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2023-10-11 閱讀(1057)
傳感器的標定
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定。傳感器固定安裝位置是很重要
的，位置必須使標定容易完成。標定的時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
議傳感器的標定的時間間隔。然而，在傳感器安裝后的三十天，按照慣例應頻繁的對傳感器進行檢查。
在這個周期內(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)的設計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。在這段時間里，任何可能的問題都可確認和修改。經(jīng)驗說明：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，在這段時間里將會出現(xiàn)。
在前三十天，傳感器應做周檢察。而后，制定維修計劃包括標定的時間間隔。正常情況下，每月
標定足以滿足傳感器的效率和靈敏度，同時月檢察也能保證傳感器的精度。
由上，傳感器的標定方法和過程被立即確定。標定的過程簡單、直接、容易。這種標定是一種簡
單的安全檢查，不象實驗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
儀滿足簡單、可重復和經(jīng)濟。標定的過程將具有一致性和追溯性。標定的過程將在傳感器安裝的現(xiàn)場完
成。
氣體傳感器的標定包括兩步驟：首先是"零點"設置；然后是"量程"的標定。
步驟1："零點"設置
定義氣體的零點沒有確定的標準。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。這是因為這種瓶裝氮氣和人造氣體容易獲得。由于這個原因，人們普遍認
為使用瓶裝氮氣和人造氣體是傳感器零點設置的一種好方法。
不幸的是，這種方法不太準確。通?？諝庵谐撕械獨夂脱鯕馔猓€含有微量的其他氣體。同
樣，周圍的空氣中含有很小百分數(shù)的水蒸氣。因此，假設該區(qū)域的空氣是清新的，使用周圍的空氣作為
傳感器的零點具有現(xiàn)實和實踐意義。這個參考點依建立的不同而不同。因此，區(qū)域內(nèi)傳感器的一個好參
考點，總是認為該區(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)實的零點，因為它將代表安
裝周圍空氣條件。水蒸汽的缺乏可能引起設定零點的數(shù)字低于傳感器周圍空氣的零點數(shù)既零點漂移。這
就是固態(tài)型傳感器和光電離探測器使用時值得注意的地方。
標定的方法?？紤]到所有因素，如傳感器的型號和應用條件，應遵循以下建議的標定方法：
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，儀表的指示接
近零（讀數(shù)），零點設置的過程可以跳過。當出現(xiàn)疑問時，可使用塑料袋來得到一些在傳感器周圍認為
是"清新"的空氣。這是一個非?？於菀椎倪^程。這種方法對于區(qū)別真報警和誤報警是非常有效的。
B．
壓縮空氣有一優(yōu)點就是，氣體在瓶中容易控制并容易攜帶。通過設備很容易、方便的得到空氣。
這種空氣中含義少量的氮氫化合物、一氧化碳、二氧化碳和一些其他干擾氣體。然而，這種氣體的特點
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)過這個過程，才可以使用該氣體對各種型號的傳感器進行標定。然而，值得注意的是
一氧化碳氣體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
氧化碳傳感器零點設置的好方法，很容易獲得基本的零點。
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器，因為這類傳感器要
求在采樣的氣體中含有一些水蒸汽。這個問題解決的簡單辦法是，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)和設計"圖1.說明此概念。
標定氣--控制器--NAFION干燥管或加濕材料--到傳感器
圖1. 增加標定氣體的濕度
步驟2. 量程的標定
量程的標定可以是相當容易或非常復雜和昂貴，這取決于該氣體的種類和濃度的范圍。按照原則
，為了到達滿意的精度，目標氣體與背景環(huán)境氣體的平衡混合物是好的標定氣體。然而，雖然可以做
到，但對操作工的技能要求比正常的要高。實際上，大多數(shù)的標定氣體是從化學工廠買來的。下面的章
節(jié)介紹幾種量程標定的方法。
A. 預混合標定氣體
預混合標定氣體的方法是氣體傳感器標定的首要和流行的方法。預混合標定氣體可以被壓縮和
存儲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)場標定時，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危險品設計的。對于標定
氣體，這些氣瓶通常壁很厚，可承受的壓力為2000 psi。
為了傳感器的標定，使高壓氣體從高壓氣瓶中流出，需要一個減壓器。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psi
，同時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備.
許多氣體可以與空氣預混合同時在一定的壓力下存儲
但是一些氣體只能與惰性氣體混合，如氮氣。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。關于存儲和保存期限的詳細內(nèi)容，可從制造廠商獲得。通常高
蒸汽壓的氣體具有低反應如甲烷、一氧化碳、二氧化碳，可以與空氣混合存儲在高壓下。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在低壓下。大多數(shù)高反應化學物都可以與氮氣混合。對于某
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氣混合，對傳感器的讀數(shù)會有很大的影響。
在標定過程中，為了得到適當?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
感器零點設置。
為了估計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，估計混合氣體的體積為440CC*（1200/14.7）=35.918CC。
如果標定的流量數(shù)率為每分鐘1000CC，每個傳感器的標定需要大約一分鐘，那么一個氣瓶可標定
的時間大約是30分鐘。
B．滲透設備
滲透設備是一個密封容器，裝有氣液相均衡化學物質(zhì)。氣體分子通過滲透容器的邊緣或頂蓋進行
滲透。氣體分子的滲透速率取決于物質(zhì)的滲透率和溫度。滲透率是長周期穩(wěn)定的。與滲透化學物質(zhì)混合
形成的恒定的標定氣體，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物質(zhì)，隨著產(chǎn)生了存儲和安全問題。給定氣體的滲透率對于應用來說
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物質(zhì)所具有的滲透率太
低而沒有任何用途。
滲透設備大多數(shù)可以在實驗室中找到，常常應用于分析儀器上。對于氣體監(jiān)視，傳感器標定需要
的濃度是典型的高滲透設備。因此它的應用受到了限制。
C．交叉標定
利用交叉標定方法，主要是每個傳感器都遭受其他氣體的干擾。例如，要標定100% LEL的乙烷氣
體，通常用50%
ELE的甲烷氣體來代替實際的乙烷氣體。這是因為乙烷在室溫時是液態(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定場合，同時它具有長壽命。50%的乙烷混合氣容易得到。因此
，可燃氣體報警儀的制造商建議使用甲烷作為標定其他氣體的代用品。
有兩種方法可完成甲烷作為標定其他氣體的代用品。第一種方法是用甲烷標定可燃氣體報警儀，
同時，用所獲得的讀數(shù)乘以手冊中的響應因數(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，因此響應因數(shù)的使用符合滿刻度量程。例如，當用甲烷標定傳感器時，戊烷
的輸出僅僅是甲烷的一半。因此戊烷的響應因數(shù)是0.5。所以當傳感器實際檢測戊烷而用甲烷標定時，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定氣，但是標定讀數(shù)為雙倍值。例如，使用50%LEL 的甲烷標定
氣標定100%LEL
戊烷。雖然標定時使用的是甲烷氣，但儀器標定后，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定。同樣，紅外線探測器對于任何氣體都以相同
的波長吸收，可以使用交叉標定的方法。交叉標定方法的優(yōu)點是允許傳感器的標定使用一種氣體其量程
容易獲得和處理。
然而，使用交叉標定的方法也會出現(xiàn)一些問題。一是每個傳感器的響應因數(shù)有所不同，原因是不
可能在制造傳感器時使每個傳感器都一樣。例如，在催化型傳感器中，加熱器電壓在手冊中已說明。另
外響應因數(shù)不能使用。響應特性將隨加熱器電壓的設立的不同而變化。因此，使用實際的目標氣體對傳
感器進行標定作周期的檢測是一種好的方法。
穩(wěn)定非易燃和無毒的各種濃度氣體可以從供應商中獲得。詳細情況請與儀器制造廠商聯(lián)系。
D. 氣體混合
不是所以的標定氣體都可用。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
定氣體不可用。然而，許多混合氣可通過稀釋后，對低濃度量程氣體監(jiān)視器進行標定。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，應使用下列公式：
Vb=C/Cb*V Va=(C-Cb)/C*V Va=V-Vb
這里：
Cb= 在50%時，瓶中的濃度
C = 在20%時，新的濃度
V = 2000CC時，整個體積
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 空氣進行混合得到20%LEL的標定氣。
另一個例子是稀釋25000PPM 的甲烷標氣變成100PPM的混合氣。
Vb=100/2500*2000=8 CC
因此
Va=2000-8=1992 CC
用8CC的混合標氣與1992CC的空氣混合，2000立方厘米100PPM的混合氣就獲得。
