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  注意事项  / Pledge
   


1、为什么要用以空气作背景气的标准气校验电化学毒气传感器?
(1)用于标定和测量电化学传感器的标准气必须用空气作背景气(或称余气)。如果用以氮气作背景气的标准气则会产生误差和影响传感器正常工作。其原因是,电化学传感器内部的对电极上发生耗氧的还原反应,需要电解液中有氧气参与反应(见下表,主流电化学毒气传感器反应方程式)。 空气的主要成份是21%氧气和79%氮气。 如果用以氮气作背景气的标准气,因为标准气中的氧气偏压为零,当此标准气通过传感器时会将传感器内部电解液中的氧逐渐吸走,使传感器不能正常工作。
(2)国际上通行的要求是电化学传感器须使用以空气作背景气的标准气(二氧化氮、氯气、臭氧三个氧化性气体除外)。早前传统的毒气探测报警器使用半导体传感器,不要求标准气以空气作背景气,故普遍使用以氮气作背景气的标准气,这种习惯在有些国家沿用至今,是不正确的。参见国外标准机构对使用电化学毒气传感器要求使用以空气作为背景气(见图2-4)
(3)有毒气体报警器真正工作时是用于检测环境中的毒气(即空气气氛中的毒气),而不是纯氮气中的毒气。所以,用以空气作背景气的标准气进行标定和测量也更接近实际应用情况。
(4)即使用以氮气作背景气的标准气进行标定、测量时没发现误差,也不能保证在真正应用场合下(是在空气气氛中测量)的测量是准确无误的。
备注:图片请在资料下载模块查阅


2、气体报警器运算放大器选用
三电极电化学传感器需插入称之为“恒电位仪”的电路中才能正常工作。由于电化学气体传感器可以等效为一个大电容,且输出微安级的电流,恒电位仪推荐使用增益带宽积较小(100kHz左右)、差模输入阻抗较小(10MΩ左右)的运算放大器,例如OP295、OP90等,这样可以有效地抑制环境噪声对恒电位仪的干扰,避免电路震荡引起漂移等问题。另外,应该避免使用劣质的运算放大器,引起恒电位仪工作不正常从而发生基线漂移现象。
 传感器漂移是指在没见到气体时传感器输出一个电流。自发型电化学传感器的性质决定其自身不可能发生漂移。电化学传感器的工作原理和燃料电池一样,依靠闻到CO等毒气提供能源而产生电流,因此没有气体存在传感器就不会输出电流,这和汽车不加汽油就不会跑是一个道理。(注:假如能发明一个电化学器件不用气体自己就能输出电流,相当于不用能源就能发电,那就可以得诺贝尔奖了。当然这是永远不可能的,因为违反能量守恒定律)。
 那么为什么有些报警器会发生基线漂移呢?引起报警器发生漂移的原因只有下面几点:
1) 传感器内部参比电极引线断路或接触不良(例如:传感器遭碰撞、摔打、跌落等),恒电位仪实际上缺了参比电极(参比电极端浮空floating),所以不能正常工作,工作电极和对电极之间的电位差处于不确定状态,有可能引发传感器内部发生电解水反应,产生电解电流,从而发生报警器漂移;正漂、负漂都有可能。注意,如果是工作电极或对电极断路或接触不良,通常见到的现象是基线为零,对气体没响应。
2) 传感器接脚和线路板上的接插件接触不良,产生同上问题,报警器有可能发生基线漂移;在此过程中由于发生电解反应,传感器可能会遭受永久性损坏或暂时性损坏;如果是暂时性损坏通常将传感器的工作电极和参比电极接脚短路后放置1天或更长就能恢复。
3) 选用增益带宽积太宽(例如:有达2-3MHz的)、差模输入阻抗太大的运算放大器,环境噪音容易耦合进电路发生震荡引起报警器漂移。在此过程中传感器有可能遭受永久性损坏或暂时性损坏。
4) 使用质量低劣的运算放大器,引起恒电位仪工作不正常,从而发生基线漂移。同样,在此过程中传感器有可能遭受永久性或暂时性损坏。
5) 电路中有虚焊,引起恒电位仪工作不正常。
6) 传感器发生电解液泄漏,流入线路板或接脚之间,引起短路等,使恒电位仪不能正常工作而发生漂移。
7) 环境中存在干扰气体如NO2、SO2等,来自雾霾、附近工厂排放、室内其它气源等。这种情况实际不是“漂移”,是真实的气体存在。


3、为什么不建议用呼气、打火机、酒精等不标准的方法试验报警器有无响应?
有些毒气传感器,如氨气传感器,对二氧化碳有微小交叉响应。正常的大气环境中二氧化碳只有0.03%(0.03% = 300ppm),因此在正常情况下使用不用担心二氧化碳的影响。而人呼出的二氧化碳浓度高达4%(4% = 40000ppm),如此浓的二氧化碳气体会对传感器的正常工作造成一定影响。另外,有口臭的人呼气里还有大量硫化氢、氨气、二氧化硫、二氧化氮等气体。因此不建议用人呼气去随意试验报警器。
 也有客户反映用打火机点燃后靠近毒气报警器试验有无响应。有没有响应和具体操作如角度、靠多近等有关;如果发现有一定响应,应该也是燃烧时产生的大量二氧化碳和一氧化碳的影响。打火机燃烧时的情况非常复杂,除生成高浓度的二氧化碳外,还可能产生SO2、NO2等,以及燃烧不完全产生的甲烷、一氧化碳等气体,所以无法预料传感器将有何响应。另外,靠得太近的话燃烧产生的高温有可能损坏传感器。所以不建议用打火机去试验报警器。
 液体酒精挥发时区域浓度可以高达几万个ppm,有可能损坏传感器。因此要避免用酒精去试验报警器,或用酒精去摖试报警器和传感器。
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科普:
 人体呼吸过程中,吸入的气体成份及比例与空气的相同,氮气占78%,氧气占21%,稀有气体占0.94%,二氧化碳占0.03%,水蒸气和其它气体及杂质占0.03%。人在呼吸过程中,呼出的气体成份发生了变化,氮气仍占78%左右,氧气下降至16%左右,二氧化碳上升至4%左右,水蒸气含量也大大增加。


4、电化学传感器驱动电路:恒电位仪
高顿传感电化学毒气传感器均为三电极传感器,三个电极分别为: 工作电极(WE)、参比电极(RE)、对电极(CE)。三电极传感器需要一个称为恒电位仪(Potentiostat)的电路驱动才能正常工作。和传统的二电极电化学传感器相比,由于引入了第三个电极 - 参比电极,传感器工作时的线性、稳定性、响应性能都得到极大改善。但是,恒电位仪的正确设计和性能非常重要;如果恒电位仪工作不正常(例如:运算放大器选型不当、运放质量存在瑕疵、线路虚焊、传感器接脚和电路板接触不良,等),不仅不会获得优良的性能,反而会引起各种问题如零点漂移、震荡,甚至损坏传感器(例如:如果参比电极的接脚和电路板接触不良或开路,传感器内部有可能形成电解电池,发生电解水,产生氢气和氧气,毁坏传感器,使传感器涨裂,漏液)。
 高顿传感推荐以下的传感器驱动电路(恒电位仪),供客户参考:

以上电路适合所有高顿传感制造的4系列和7系列三电极毒气传感器。零偏压传感器属于原电池型,或称自发电池型、燃料电池型,应用时将电路中跳线开路即可。+300mV偏压的传感器属于定电位电解型或电解电池型,将跳线短路即可。零偏压传感器一般在插入报警器稳定2小时后即可进行校正。加偏压的传感器在刚插入报警器后会产生很大的充电电流和法拉第电流(残余电流),因此一般需等12-24小时,待电流下降到接近零点并稳定后再作校正。


5、使用硫化氢传感器注意事项
(1)、 必须使用以空气作为余气的硫化氢标准气,这是由电化学硫化氢传感器的工作原理决定的:在传感器遇到硫化氢气体时,硫化氢在工作电极上发生氧化反应,氧气在对电极上发生还原反应,从而产生持续稳定的可检测电流。如果使用以氮气作余气的标准气,传感器工作状态发生不确定性(Hysteria歇斯底里),影响标定和之后的测量准确性。
(2)、 流量保持在300-500毫升/分钟。标定和之后进行的验证测量必须保持流量一致。
(3)、 必须使用316不锈钢减压器,并用聚四氟乙烯(PTFE)管子。
(4)、 由于硫化氢气体是酸性气体,标气浓度较低(ppm级),很容易在减压器、阀门、通气管路上吸附、反应,从而影响标定、测量结果;因此,有时第一次给气效果会不理想,建议给气2到3次。
(5)、 减压器和通气管路不要和碱性气体如氨气或氧化性气体如氯气、二氧化氮等气体混用,否则将严重影响标定、测量结果。原因是硫化氢气体会和已经存在于或吸附在通气管路里的氨气、氯气等发生反应。如果使用曾经通过氨气、氯气等气体的减压器和管路体系,通常要通硫化氢气体多次才能得到正常响应。


6、使用氨气传感器注意事项
(1)、必须使用以空气作为余气的氨气标准气。这是由电化学氨气传感器的工作原理决定的:在传感器遇到氨气时,氨气在工作电极上发生氧化反应,氧气在对电极上发生还原反应,从而产生持续稳定的可检测电流。如果使用以氮气作余气的标准气,传感器工作状态发生不确定性(Hysteria歇斯底里),影响标定和之后的测量准确性。
(2)、流量保持在500毫升/分钟。标定和之后进行的验证测量必须保持流量一致。
(3)、必须使用316不锈钢减压器,并用聚四氟乙烯(PTFE)管子。
(4)、由于氨气是碱性气体,标气浓度较低(50ppm),很容易在减压器、阀门、通气管路上吸附、反应,从而影响标定、测量结果;因此,通常第一次给气效果会不理想,建议给气2到3次。
(5)、减压器和通气管路不要和酸性气体如硫化氢、SO2和氧化性气体如氯气、二氧化氮等混用,否则将严重影响标定、测量结果,甚至损坏氨气传感器。原因是NH3气体会和已经存在于或吸附在管路里的硫化氢等发生反应。如果使用曾经通过硫化氢等气体的减压器和管路体系,通常要通氨气多次才能正常。
(6)、0-100ppm量程氨气传感器的最大过载是200ppm氨气,因此不能将氨气气体检测报警仪暴露在高浓度的氨气环境下,例如靠近氨水瓶口,否则将损坏传感器(注:市售氨水所含氨的质量百分浓度在25%~28%范围,瓶口氨气浓度可达几千甚至几万ppm)


7、HC-9G可燃气传感器注意事项
(1)、必须使用以空气作为余气的可燃气标准气。
(2)、传感器内部有敏感元件,受到外力撞击时容易损坏,因此传感器要轻拿轻放,不能摔跌、碰撞、打击。
(3)、传感器印加电压为2.5V +/- 0.25V。电压过大会损坏传感器的敏感元件,电压过小响应不佳。 如使用恒电流方式,印加电流为250mA +/- 10mA。
(4)、印加电压应该加在白色引线和黑色引线之间。如果错误地加在白色引线和红色引线、或黑色引线和红色引线之间不仅不能正常工作,还将损坏传感器敏感元件。
(5)、白色引线在内部连接到催化珠,黑色引线连接到参考珠,因此接入仪表时要注意正负方向。如果其它连接都正确,但给气时仪表没有响应显示,则很可能是正负接反了;尝试对调白色引线和黑色引线。
(6)、使用温度范围不能超过传感器的适用温度-55℃ 至 +150℃。
(7)、因为使用不当、跌打、撞击、摔落造成的传感器损坏,即使是在保质期内无锡高顿传感技术有限公司也一概不负责任。


8、使用氯气传感器注意事项
1、请注意氯气传感器的输出电流是负的,和CO、H2S传感器的电流正好相反;如果报警器或测试电路的输出相位不正确,可能导致报警器或测试系统表观上呈现对氯气不响应。
2、流量保持在500-1000毫升/分钟。标定和随后进行的验证测量必须保持流量一致。
3、必须使用氯气专用减压器(316L不锈钢减压器),并用聚氯乙烯管子。
4、氯气是氧化性气体,容易与水反应形成盐酸和次氯酸,因此氯气分子极容易在减压器、阀门、通气管道吸附、反应;标气浓度较低时(通常为10-20ppm)真正抵达传感器的氯气分子已接近零,从而严重影响标定和测量结果,或干脆观察不到传感器响应。因此通常第一次通气效果不会理想,要通气2到3次才会得到正常的传感器响应。这种现象在雨天和湿度高时尤其严重。
5、如上所述,天气对氯气标定和测定有很大影响。建议在干燥的晴天进行标定。阴雨天由于湿度大,氯气会和水作用和吸附,影响标定结果,严重时甚至测不到信号。这种现象南方比北方更严重。
6、减压器和通气管道不要和还原性气体如硫化氢、SO2等混用,否则将严重影响标定、测量结果。原因是氯气会和已经存在于或吸附在管路里的SO2、硫化氢等发生反应。如果使用曾经通过SO2、硫化氢等还原性气体的减压器和管路体系,通常要通氯气许多次才能得到正常响应。
7、氯气标准气的钢瓶质量不过关也会影响标定结果,这是因为氯气和钢瓶金属壁会发生反应和吸附,使钢瓶内氯气浓度不断衰减,严重时可能完全衰减。


9、使用一氧化碳传感器注意事项
(1)、必须使用以空气作为余气的一氧化碳标准气,这是由电化学一氧化碳传感器的工作原理决定的:在传感器遇到一氧化碳气体时,一氧化碳在工作电极上发生氧化反应,氧气在对电极上发生还原反应,从而产生持续稳定的可检测电流。如果使用以氮气作余气的标准气,传感器工作状态发生不确定性(Hysteria歇斯底里),影响标定和之后的测量准确性。
(2)、流量保持在300-500毫升/分钟。标定和之后进行的验证测量必须保持流量一致。



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  南京工业大学高技术研究院 材料化学工程国家重点实验室
 

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