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，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

    氮或純人造氣體來建立零點。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。通常空氣中除了含有氮氣和氧氣外，還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

    以調節(jié)壓力控制器，以便調節(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。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，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。