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  常规说明  / Solution
   

一、电化学传感器概述
最早的电化学传感器可以追溯到20世纪50年代,当时用于氧气监测。到了20世纪80年代中期,小型电化学传感器开始用于检测PEL范围内的多种不同有毒气体,并显示出了良好的敏感性与选择性。目前,为保护人身安全起见,各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。
工作原理
电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。
气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是憎水屏障,最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应,以形成充分的电信号,同时防止电解质漏出传感器。
穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应,传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。
通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流,电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。
在实际中,由于电极表面连续发生电化发应,传感电极电势并不能保持恒定,在经过一段较长时间后,它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能,人们引入了参考电极。
参考电极安装在电解质中,与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应,同时测量反电极,测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。
电化学传感器包含以下主要元件:
A. 透气膜(也称为憎水膜):透气膜用于覆盖传感(催化)电极,在有些情况下用于控制到达电极表面的气体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器称为镀膜传感器。或者,也可以用高孔隙率特氟隆膜覆盖,而用毛管控制到达电极表面的气体分子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提供机械性保护之外,薄膜还具有滤除不需要的粒子的功能。为传送正确的气体分子量,需要选择正确的薄膜及毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或迅速燥结。
B. 电极:选择电极材料很重要。电极材料应该是一种催化材料,能够执行在长时间内执行半电解反应。通常,电极采用贵金属制造,如铂或金,在催化后与气体分子发生有效反应。视传感器的设计而定,为完成电解反应,三种电极可以采用不同材料来制作。
C. 电解质:电解质必须有够促进电解反应,并有效地将离子电荷传送到电极。它还必须与参考电极形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解质蒸发过于迅速,传感器信号会减弱。
D. 过滤器:有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限,每种过滤器均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭,如图5所示。活性炭可以滤除多数化学物质,但不能滤除一氧化碳。通过选择正确的滤材,电化学传感器对其目标气体可以具有更高的选择性。
电化传感器的制造方法多种多样,最终取决于要检测的气体和制造商。然而,传感器的主要特性在本质上非常相似。以下介绍电化传感器的一些共同特性:
1.在三电极传感器上,通常由一个跳线来连接工作电极和参考电极。如果在储存过程中将其移除, 则传感器需要很长时间来保持稳定并准备使用。某些传感器要求电极之间存在偏压,而且在这种情况下,传感器在出厂时带有九伏电池供电的电子电路。传感器稳定需要30分钟至24小时,并需要三周时间来继续保持稳定。
2.多数有毒气体传感器需要少量氧气来保持功能正常。传感器背面有一个通气孔以达到该目的。建议在使用非氧气背景气应用场合中与制造商执行复检。
3.传感器内电池的电解质是一种水溶剂,用憎水屏障予以隔离,憎水屏障具有防止水溶剂泄漏的作用。然而,和其它气体分子一样,水蒸汽可以穿过憎水屏障。在大湿度条件下,长时间暴露可能导致过量水分蓄积并导致泄漏。在低潮湿条件下,传感器可能燥结。设计用于监控高浓度气体的传感器具有较低孔率屏障以限制通过的气体分子量,因此它不受湿度影响,和用于监控低浓度气体的传感器一样,这种传感器具有较高孔率屏障并允许气体分子自由流动。
压力与温度
电化学传感器受压力变化的影响极小。然而,由于传感器内的压差可能损坏传感器,因此整个传感器必须保持相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感,因此通常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。
一般而言,在温度高于25°C时,传感器读数较高;低于25°C时,读数较低。温度影响通常为每摄氏度0.5%至1.0%,视制造商和传感器类型而定。
选择性
电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传感器要检测的气体浓度。最好的电化学传感器是检测氧气的传感器,它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。其它电化学传感器容易受到其它气体的干扰。干扰数据是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中,干扰浓度可能很高,会导致读数错误或误报警。
预期寿命
电化学传感器的预期寿命取决于几个因素,包括要检测的气体和传感器的使用环境条件。一般而言,规定的预期寿命为一至三年。在实际中,预期寿命主要取决于传感器使用中所暴露的气体总量以及其它环境条件,如温度、压力和湿度。
小结
电化学传感器对工作电源的要求很低。实际上,在气体监测可用的所有传感器类型中,它们的功耗是最低的。因此,这种传感器广泛用于包含多个传感器的移动仪器中。它们是有限空间应用场合中使用最多的传感器。
传感器的预期寿命由其制造商根据他们认为正常的条件进行预测。然而,传感器的预期寿命很大程度上取决于环境污染、温度及其暴露的湿度。
典型的电化学传感器的规格
传感器类型:2或3电极,通常为3电极
范围:可允许暴露极限的2-10倍
预期寿命:正常为12至24个月,取决于制造商与传感器
温度范围:–40°C至+45°C
相对湿度:15-95%,无凝露
响应时间:< 50秒
长期偏移:每月下移2%

二、变送器和传感器区别
传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器。 
     变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器,传感器则是将物理信号转换为电信号的器件,过去常讲物理信号,现在其他信号也有了。一次仪表指现场测量仪表或基地控制表,二次仪表指利用一次表信号完成其他功能:诸如控制,显示等功能的仪表。
     传感器和变送器本是热工仪表的概念。传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。根据需要还可将模拟量变换为数字量。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。还有一种变送器不是将物理量变换成电信号,如一种锅炉水位计的“差压变送器”,他是将液位传感器里的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧,以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。当然还有把电气模拟量变换成数字量的也可以叫变送器。以上只是从概念上说明传感器和变送器的区别。

三、气体探测器、可燃气体探测器有效检测范围
购买气体探测器之前首先要了解熟悉气体探测器的有效检测范围:
主要讲可燃气体和有毒气体:
可燃气体:室内检测半径7.5米,室外15米;
有毒气体:室内1米,室外2米。
熟悉其有效检测范围,合理安装气体探测器,使其能力发挥到极致。

四、有毒气体探测器的安装规范
《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中有毒气体探测器的安装规范
  消防器材中的有毒气体探测器最常安装在石油化工企业了,那在国家机构规定的《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中,有毒气体探测器的安装规范是什么样?下面就列出有毒气体探测器的安装规范,为大家安装有毒气体探测器提供一个指导。
SH3063-1999《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中指出:
1) 有毒气体探测器宜安装在无冲击、无振动、无强电磁场干扰的场所,且周围留有不<0.3m 的净空。
2) 检测有毒有害气体时,检测仪宜安装于距释放源 1m 范围内。
a. 检测 H2、NH3 等比空气轻的有毒有害气体时,有毒气体探测器应安装于释放源上方。
b.检测 H2S、CL2、SO2 等比空气重的有毒有害气体时,有毒气体探测器应安装于释放源下方。
c. 检测 CO、O2 等比重与空气接近,且易与空气混合的有毒有害气体时,宜安装在易于呼吸的空间内。
3) 有毒气体探测器的安装与接线除按制造厂规定的要求以外,应遵照GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》有关规定执行。
总之:有毒气体探测器安装应选择阀门、管道接口、出气口等易泄漏处附近方圆1 米的范围内,尽可能靠近,但不要影响其它设备操作,同时尽量避免高温、高湿环境及外部影响(如溅水、油及造成机械损坏的可能性。)同时应考虑便于维护、标定。

五、可燃气体报警器日常维护说明
可燃气体报警器【天然气】在使用中应该注意的问题:
(1)、报警器产生浓度报警信号后,所输出的控制信号被锁定,即使燃气浓度不再继续超限,所控制的设备也无法自动恢复报警前的状态,必须人工进行恢复(按下RSTE/ENTR键持续3S)。
(2)、控制器接入主电后,再打开备电,电源指示板会发出故障报警声,按消音键即可消除。
(3)、控制器系统浓度报警后,请勿打开电器开关,确认燃气泄露的原因,并及时作出处理。原因不明时请联络有关燃气部门作出彻底检查。
(4)、报警时为燃气泄露浓度已超过设定的报警浓度确认燃气泄露的原因排除后,按RSTE/ENTR键清除报警状态。
(5)、探测器周围浓度过高的烟雾、喷气式杀虫剂,可燃性溶剂亦有可能引起报警。
(6)、探测器断电时间过长,首次通电可能发出报警声属于正常现象,按RSTE/ENTR键清除报警状态。
(7)、探测器的位置固定后,请勿任意移动其位置。

六、使用电化学气体传感器时的注意事项
请在使用规格允许范围内使用:
气体灵敏度测定时,请在洁净的大气中进行;
直接把测定气体对传感器的通气面强烈吹风的状态下测定时,对气体的灵敏度将会很高。气体灵敏度测定时,应避免测定气体从正面吹来;
管脚禁止折断和弯曲;
气体的通气面不要阻塞、不要污染,有时孔堵塞是导致灵敏度低下的原因;
不可过度的撞击或震动;
外壳有损伤等情况下请不要使用;
高浓度的气体环境中长时间使用后恢复到初期状态较缓慢;
传感器避免接触有机溶剂、涂料、药剂、油类及高浓度气体;
电解液泄漏会造成损害,请不要随意拆开传感器;
传感器贮存时工作电极与参比电极应处于短路状态;
安装时禁用锡焊。

七、催化燃烧、电化学传感器的使用寿命
传感器的使用寿命
 气体传感器是气体报警器中最为核心的元器件。各种气体传感器都具有一定的使用年限,也就是所说的传感器的寿命。一般来讲,LEL传感器的使用寿命比较长,可以使用三年左右;红外和光离子化传感器的寿命为三年或更长一些;电化学特定气体传感器的使用寿命相对就短一些,一般是一到两年;氧气传感器的寿命最短,大概在一年左右(电化学传感器的寿命取决于其中电解液的干涸,所以如果长时间不用,将其密封放在较低温度的环境中可以延长一定的使用寿命)。  固定式气体报警器由于体积相对比较大,传感器的寿命也相对较长一些。所以说要尽可能在传感器的有限期内使用,一旦失效就应该及时更换。



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