南频-新闻-手持气体检测仪用到的传感器技术评估,作者Herman Kramer和Key Mangieri
手持气体检测器给有害气体保护的大范围使用引起了很大的兴趣。同时也在这些场景中用到的感应技术产生了混淆。在安全产品中用到的气体检测和监控系统是用来报警工人潜在的毒气暴露中毒和由于氧气缺少的窒息危险。或由可燃气体导致的火灾或爆炸。任何气体监测器的核心都是传感器，就是气体检测的基础。
-对于我的应用到底选择哪一种感应技术比较合适？
-为何一些传感器类型只用于某些气体而不能用于其它？
-我传感器的存储时间和寿命是多少?(图1:工业现场手持气表)
为了回管这些和更多的问题，我们就基本管理，常规的使用，优劣势会讨论每一种传感器技术。当确定了哪种传感器选项是最适合你的应用之后，也会有额外的考虑气体检测器本身的性能。
1，催化传感器Catalytic
也叫做催化燃烧式传感器，通常用来检测可燃气体和从0到100% LEL（低爆炸点）的蒸汽. 传感器的响应取决于气体的化学成分,分子重量和蒸汽压力.而且要求至少氧气浓度5-10%的量在散射的混合气体中才能正常工作.对温度和湿度效应不敏感,提供重复的性能且相当稳定.但是容易中毒或者对某些气体有抑制,这样会降低其灵敏度或者破坏传感器而无法恢复.这类传感器用在固定和手持检测仪。
2,电化学传感器Electro-Chemical
广泛使用PPM水平的毒气检测,对于氧气的要求是几个佰分比（%容量）。毒气传感的种类繁多的包括一氧化碳，硫化氢，二氧化硫，二氧化氮，氯气和其它更多。尽管传感器是设计用来检测某一种特定的气体, 通常会和其它出现的气体产生交叉干扰。电化学传感器通常很小尺寸（基本上≥1英寸的直径）使用很少的功耗,这对于手持气体检测仪是有价值的。传感器可以工作在宽的温度范围（-20℃到+50℃是常见的），不过，为了改善精度,通常要嵌入温度补偿到仪器的电路中.总体来讲，电化学传感器提供非常好的性能给日常的手持和固定仪仪表的毒气监控,而只需要几个百分比的氧气存在。
3,热导式Thermal Conductivity
数年以来热导式传感器被用来测量可燃气体在大于%LEL范围和泄漏检测。热导传感器不需要氧气来工作，对中毒不敏感。其中一个缺陷就是不能和参考气体(就是氮气)一样来测试热传导.它主要用于手持式检测仪.
4,NDIR非色散红外法non-dispersive-infrared
通常叫做红外传感器, 能在惰性环境（不需要或很少要氧气的存在）检测气体, 能够非常针对性地测一种特殊目标气体,不容易中毒. NDIR技术的瓶颈是依赖于一个特定气体的吸收光谱的独特性，NDIR传感器非常稳定,对气体响应快, 可以承受较长的校正周期。红外传感器主要用来检测甲烷,二氧化碳和二氧化氮,同时用于固定和移动仪表
5 ,MOS金属氧化物传感器Metal Oxide Sensors
很多的MOS传感器用于可燃气体的检测，氯化溶剂和一些毒气比如一氧化碳和硫化氢。MOS传感器也叫做固态，天生就不能特定。所以就对一些不知道的环境危险场合非常有用。MOS传感器的输出和气体浓度是呈对数关系的。这就限制了传感器的精度和其整体的测量范围。温湿度和氧气浓度的改变也会影响传感器的性能。尽管MOS传感器相对比较便宜，它的重复性和稳定性很差。由于其单元的加热所以功耗高，这就限制了这类传感器用在手持设备。MOS传感器通常用在低成本，用连线的固定气体检测仪。
6，PID光离子化检测器Photo-Ionization Detector
通常用在高灵敏度（亚PPM水平）和有限的选择性（宽范围的覆盖）的场合中使用。它常用来监测VOC如苯，甲苯，二甲苯，氯化乙稀和乙烷。且提供快速的响应。此技术的优势是快速的响应时间和出色的存储时间（但是寿命却不长）主要的劣势是其漂移和湿度效应。使得校正的要求严格于其它任何的气体检测仪。PID技术主要用于便携式仪器。(图2:手持气体检测仪的传感器及其更换)
7，火焰离子检测仪Flame Ionization Detector
它是个分析型的设备用来检测碳氢化合物和其它可燃化合物。它非常灵敏，给宽范围的易燃气体提供线性的响应。火焰离子检测器的离子能量更低，分散大而导致对所有的气化的碳氢化合物响应。比如甲烷（沼气）和乙烷包含最重的燃料和之上。由于响应因子有限,FID的读取对于实际气体浓度更是代表性，而PID则不能。FID的技术层面比PID更复杂。因为需要氢气来离子化样本。且它必须高纯度。改变或注入氢气筒是一个高压过程所以需要培训。不过。不需要频繁地校正。而PID需要校正且在现场测试之前需要做零点调整，用来补偿背景条件。由于其技术的本质，火焰离子检测仪更倾向于用在特殊的应用,且更加昂贵过其它的检测仪。
二,混合和匹配传感器技术
经过多年的发展,传感器小型化和高级的信号处理使得制造商能使用混合的传感器技术在同样的封装中,来方便最好的整体方案给含多种危险气的环境。多气体仪器带互换的传感器提供一系列应用监控的灵活性。但是，传感器技术不适合于所有的气体类型和交叉干扰会抑制一些传感器组合。任何关于使用的适用性问题应该由仪器厂家指出。
气体检测仪可靠性的性能取决于日常校正和预防性的维护计划。制造商在改善校正的方便性上面快速发展来减少痛苦，但是鉴于在这些长寿命的仪表中所使用的传感器技术，校正继续是一个要求的行为。
三,传感器和校正
与你知道的相反,没有电子方法用来补偿或者一个完全自校正传感器,来修正跌落,冲击,或者过度暴露到气体或者温度.当你想到典型的工业环境,很多工人携带监视器到限制的空间,你意识到有很大的可能它们会颠簸和跌落,存放在一个热的卡车里,或者和强的气体释放的冲击.这些因素影响传感器在最大可能的精度对目标气体反应的稳定性.
经常做仪器校正很重要,来避免测试不精确.用一个已知浓度的测试气体,仪器数据和标气的浓度对比,如果不匹配的话就要做调整. 今天,大多数的直接读取的仪器都提供快速的,按键式的校准,用电路修正替换了传统的电位器调整.(图3:M40多合一LEL,CO, H2S,O2气体检测仪)
用最新的操作系统,很多仪器都能提供跟踪和显示最后一次校正日期/或者下次校正日期.此功能允许用户确信仪器被校正了,且在一个可接受的时间范围保持这个性能.
没有文字的全球的标准或通用步骤来指导公司,主要因为很多类型的设备用在不同的环境和使用条件.最好的方法来确保常规的仪器校正,是开发一个步骤,包含了一个计划给泵测试和全校正给所有的气体检测仪.(图4: DS2 基座)
四,自动校正系统
直到最近,手动校正过程的日常任务,要求自己的职员或者外包的服务技术员来执行维护计划给这些测试仪.很多公司发现了自动校正站或者全功能仪器管理系统的便捷和节约的优势,比如来自Indsci的Docking Station.这些仪器系统确保自动校正功能或者泵测试,校正,充电,数据保持和存储,仪器管理.被证明的成功和同事的接受加强了自动管理的优势,有计划的仪器维护,防呆记录保持和相关的责任减少.
五,总结
此气体监测技术的汇总不穷尽，但是希望从基于对比的目的能广泛。尽管有些技术平台能追溯到50年前，研究和发明的努力断续在挑战和改善用于气体检测的传感器的性能。用一个牢固的电子设计和最适合的传感器技术能让你在抵抗危险气体的个人保护达到最佳匹配。今年的生命防护气体检测仪技术上讲都高级，且性能特制用来提供最好的性能和寿命。不仅仅仪器是基于你的传感器的选择，照料和维护也可以是自动化最终省时和省钱.
关于作者:herman是荷兰布雷达的ISC公司集成系统部的经理，化学工程理学士,大于20年的安全行业的经验,它为ISC公司服务超过10年。Kay是负责计划和管理所有的ISC的市场工作,92年加入ISC之前在卡内基梅隆大学工业管理，市场集中理科硕士毕业.
原文出处indsci
电化学传感器的料号清单:
1, 一氧化碳 3SP_CO_1000, 贴片&插针封装, 20*20*4.88mm
2, 二氧化氮 3SP_NO2_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
3, 硫化氢 3SP_H2S_50, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
4, 二氧化硫 3SP_SO2_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
5, 酒精浓度 3SP_ethanol_1000, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
6, 臭氧 3SP_O3_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
7, 多合一IAQ_100, 室内空气质量监测, 定性分析, 贴片&插针封装, 20*20*3.77
8, 多合一RESP_IRR_20, 人体呼吸有害气体监测, 定性分析, 贴片&插针封装, 20*20*3.77
9, 数字CO模块IOT_CO_1000, 数字输出, 内置校正算法, 即插即用, 44.5 x 20.8 x 8.9 mm
10, 数字气体传感器开发包DGSDK, 1个数字板,7个传感器,开源,带算法,复制到你的设计,减少量产周期.
11, 模拟输出的评估板ULPSM, 带温度补偿公式 |
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