说明:
传感器是人们检查、测量外界某种参量时,用来将输入参量转换为另一种容易检查、测量参量的装置。传感器中用来感知和转换被测量的元件,则称为敏感元件。外部世界,乃至人体内部,有各种各样的物理量、化学量,可以用传感器将其转换成容易检查、测量、传输和控制的电参量或其他某种参量(如光参量)。1、温度传感器类温度传感器能将被测机器内、炉内或人体的温度,转换成相应的电参量(电压、电阻等)。电参量很容易被精密测量,经过校准的传感器能将被测点的温度准确测量出来。用这种装置,温度既可以远距离测量,也可以用计算机对多点进行集中巡测,还可以通过计算机根据被测温度,按照一定规律,来调节加热源以控制温度变化。2、液体、液位类传感器荷重传感器、压力传感器、液面传感器可以将荷重、管道液体压力、液面高度转换成电参量加以测量。通过安装在水库及其河流上的传感器,可以及时掌握全流域水情,借助计算机可以适时控制水的蓄放。3、气体类传感器用甲烷传感器、一氧化碳传感器、酒精传感器,可以实时测量煤矿中甲烷的含量、居室中烧煤取暖产生的一氧化碳含量,检测汽车驾驶员是否饮酒,并及时发出警报切断汽车电源使汽车无法起动。氧气传感器可以用来测量锅炉或汽车燃烧后气体中的过氧量,以实时控制空燃比来提高能源利用率和避免环境污染。4、湿度类传感器湿度传感器可以将空气中的湿度转换成电阻值或电容量的变化,并通过计算机和执行器对被测空气湿度加以调整,以使其达到某一规定范围值。以上仅介绍了几种类型传感器的作用。实际上,在工业、农业、自然环境,乃至人体中,有各种各样的物理量、化学量都可以用传感器进行感知或测量,与计算机、执行器结合起来,就可以对各种各样的参量进行实时的检查、测量乃至反馈控制。
说明:
当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时,在工作电极的催化作用下,一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为: CO+H2O→CO2+2H++2e- 在工作电极上发生氧化反应产生的H+离子和电子,通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上,与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为: 1/2O2+2H++2e-→H2O 因此,传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为: 2CO+O2 →2CO2 这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着,并在电极间产生电位差。 但是由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化,这使得极间电位难以维持恒定,因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。 为了维持极间电位的恒定,我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中,其输出端所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应,因此它可以使极间的电位维持恒定(即恒电位),此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。当气体传感器产生输出电流时,其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小,便可检测出一氧化碳的浓度,并且有很宽的线性测量范围。这样,在气体传感器上外接信号采集电路和相应的转换和输出电路,就能够对一氧化碳气体实现检测和监控。 一氧化碳传感器广泛使用在矿山,汽车,家庭等空气质量安全检测的地方。
说明:
有很多朋友问电化学传感器的问题。朋友们的信息反馈有一些很专业,很到位,有一些信息我无法很快捕捉到问题的关键点。经过分析,我发现很大一部分是和对传感器参数的理解相关。下面对传感器的参数一一作解释,统一标准,从而降低客户的沟通成本。1. 量程范围(RANGE)定义:能够保证传感器规格书所列各项参数的最高气体浓度。问:量程范围有多宽?答:不同的气体传感器都有各自的量程范围,低至1PPM,高至100%VOL。1PPM量程的传感器是测量特毒的毒气,100%VOL量程的是测量高浓氧气。医疗氧传感器的量程比较特殊,例如:200,000%mbar,这个单位的意思是在大约2个标准大气压下,传感器最高能测到100%VOL,计算式为2,000mbar*100%VOL=200,000%mbar。(1标准大气压=1013mbar)问:输出和气体浓度是什么关系?答:EC传感器有的是电流源,即输出电流和被测气体浓度成正比;有的是电压源,即输出电压和气体浓度成正比。这种“成正比”的关系在仪表行业称为“线性”,即被测气体浓度和输出电流或电压成线性。问:什么是过载量程?答:有些传感器的规格书上除了量程,还有一个参数叫“过载量程”(OVERLOAD RANGE)。这个参数是告诉用户:在这个浓度下,传感器可以短时间(几分钟)测量而传感器不会永久性损坏,但性能无法符合规格书上所列参数。如果超过过载量程,会造成传感器永久损坏。2. 灵敏度(SENSITIVITY)定义:被测气体改变一个单位浓度,传感器输出电流或电压的改变量。问:灵敏度单位是什么?答:对毒气传感器来说,最常见的单位是nA/PPM或uA/PPM。对常量氧传感器来说,其单位是uA@20.9%VOL O2,意思是在空气中,输出的电流是多少微安。对微量氧传感器来说,其单位是mV@20.9%VOL O2,当然,我不赞成微量氧传感器放在空气中测试,因为微量氧传感器...
说明:
电化学式气体传感器包括离子电极型、定电位型和珈伐尼电池型等。1、 离子电极型气体传感器 由电解液、固定参照电极和PH电极组成。通过透气膜使被测气体和外界达到平衡,在电解液中达到如下化学平衡(以被测气体为CO2为例)。 CO2+H2O=H++HCO3- 根据质量作用法则,HCO3- 的浓度一定和在设定的范围内H+ 浓度和CO2分压成比例,根据PH值才能知道CO2的浓度。适当的组合电解液和电极,可以检测多种气体。如NH3、SO2、NO2(PH电极)HCN(Ag电极)、卤素(卤化物电极)等传感器已实用化。2、 珈伐尼电池式气体传感器 已氧传感器为例。这种传感器由隔离膜、铅电极(阳)、电解液和白金电极(阴)组成一个珈伐尼电池。当被测气体通过聚四氟乙烯隔膜扩散到达负极表面时,即可发生还原反应。在白金电极上被还原成OH- 离子,阳极上铅被氧化成Pb(OH)2,溶液中产生电流。这时流过外电路的电流和透过聚四氟乙烯膜的氧的速度成比例,阴极上氧分压几乎为零,氧透过的速度和外部的氧分压成比例。3、 定位电解法气体传感器 定位电解法气体传感器又称控制电位电解法气体传感器。它是由工作电极、辅助电极、参比电极以及聚四氟乙烯制...
说明:
我们需要定期用校准气检查电化学传感器或整个仪器的性能,当传感器的灵敏度低于其初始值的50%或响应时间过高时更换传感器。使用气体传感器在与预期用途最相似的条件下校准设备,在应用中使用代表气体基质的气体混合物,执行量程校准与目标气体。在一些罕见的情况下,可以使用不同气体的交叉敏感性。 使用仅在氮气中平衡的校准气体即没有氧气是完全没有问题的。传感器内部有足够的氧气一段时间的校准。使用完全干燥的校准气体混合物是不危险的。在校准的时间内传感器不会变干。DDS气体传感器可在3分钟之内完成校准/测量打开。必须先建立一个可能的偏置电压,并且传感器必须是适应环境温度。开始进行校准/测量基准稳定。校准间隔取决于应用程序,环境等因素的数量条件,规定和准确性要求。传感器的长期输出漂移在恒定的条件下随时间变小。 输出信号(灵敏度)和传感器的基线是温度相关的参数。一般来说,灵敏度随着温度的升高而增加,在-40℃时比在室温下低得多。基本上,这是由气体的性质和传感器内部的化学反应给出的。 对于一些气体,基线与零点不同,主要是在高温下特别是有偏差的传感器,强烈建议整体获取温度依赖曲线仪器。 采样系统,电子学,电子学与电子学的交互传感器,都对最终的温度依赖性产生重大影响测量读数。