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紫外光离子化气体传感器(二)

文章作者:郭安波 文章来源:诺联芯

《接上文》

11. 工作温度范围(Operating Temperature Range)

定义: 传感器能够正常工作,并且性能指标符合规格书的温度范围。

 

PID在极端低温和高温时读数会怎么变化?

按照PID的原理,只要紫外灯泡能够点亮,PID输出的电流是不会改变的。也就是说,VOC的电离受温度的影响微乎其微。但是,因为PID内部有运算放大器,放大器在高温时,漏电流会变大,从而造成读数不准。电流转电压电阻在高温时噪声也会增大,从而造成高温时分辨率恶化。

 

PID工作在极端低温和高温时,对传感器是否有致命损坏?

有。紫外灯上的窗口是一块透明晶体,这块晶体的热膨胀系数是各向异性的,但是,玻璃管是非晶体,热膨胀系数是各向同性的。随着温度的降低和升高,晶体窗口和玻璃管之间会产生裂缝,造成漏气,使紫外灯失效。

 

还有什么会制约PID的温度范围?

安全认证会制约温度范围。点亮紫外灯需要高压交流电场,产生高压需要变压器。消耗在变压器上的电能转化为热能,造成传感器温度上升。如果PID需要本质安全认证,考虑到传感器本身的温升,PID的使用温度也不会非常高。

 

12. 工作湿度范围(Operating Humidity Range)

定义: PID传感器能够保证精度的湿度范围,一般以相对湿度%RH来定义。

 

如果湿度过高,会有什么问题?

如果湿度过高,水蒸气会吸收紫外光,导致紫外光子数量的减少。那么被电离的VOC分子数也会相应减少,从而造成测量电流的减小。最终用户看到的是比真实值小的读数。高湿度情况下,通常会有-30%左右的误差。

 

如果凝露,读数会怎么变?

如果是使用不久的新PID,如果产生凝露,零点信号会出现负漂,传感器灵敏度会降低。但如果使用环境恶劣,灯表面附着脏物,凝露会导致漏电现象产生,那将导致正向的满量程误报产生,需立即清洗电子收集电极和UV灯。

 

如何消除湿度对PID读数的影响?

办法很多:

1. 用泵吸式采样法。加速空气的流动,可以减少凝露的产生。

2. 对进气进行除湿。例如用冷凝器和Nafion管配合进行除湿。当然经过Nafion管之后,有一部分的VOC会有损失,即读数偏低一点。

3. 减小离子收集电极和紫外灯之间的距离,从而减少水蒸气对紫外光的吸收。

4. 在气路中增加湿度传感器,用于湿度补偿。

 

13. 寿命(Expected Life)

定义: 在使用过程中,传感器能够保证性能参数符合规格书的时间,一般以小时作为单位。

 

什么是限制PID寿命的关键因素?

1. 首先是紫外灯。一个玻璃管和一片氟化物透明晶体将惰性气体包裹在里面,惰性气体受到高频强电场的激发,产生紫外光。如果惰性气体泄漏,PID自然就失效了。

2. 其次是收集电极。包裹收集电极的必定是绝缘体,一般是特氟龙塑料。特氟龙塑料长期在紫外光的照射下,碳链会断裂,所以结构会被侵蚀。时间长了,收集电极组建就需要更换了。

 

PID的寿命一般有多长? 

传感器的电子线路部分是用环氧灌封的,寿命都在5年以上。

寿命最短的是紫外灯。其寿命最长约10000小时,最短的只有两三千小时。寿命最长的是10.6eV的紫外灯,稍短的是9.8eV的,最短的是11.7eV的。

 

寿命和质保期有什么不同?

产品寿命是传感器能够正常使用的时间极限。质保期则是一个商务概念,一般定为一年,意思是如果产品在1年之内发生质量问题,厂家会提供免费的清洗和更换服务。

 

14. 储存温度(Storage Temperature)

定义:在这个储存温度下,传感器能长期保持出厂时的性能。一般是0-20℃。

 

PID储存需要注意些什么?

PID是物理传感器,不使用的时候不会老化。但要注意,当将PID从低温环境拿到高温环境的时候,可能会有冷凝水产生。所以,这时PID需要静置一段时间,让冷凝水挥发掉再用。还有一个办法,就是PID放在一个密封包装里,等传感器温度和环境温度平衡了以后再开启包装,这样就不会有冷凝水产生了。

 

15. 气体电离能(Ionization Energy)

定义:绝大多数气体都可以被PID电离,不同的气体电离能是不同的。PID传感器之所以有用,是因为它能够用很小的传感器体积和耗电量测量ppb到ppm级别浓度的气体,特别是可挥发性的有机物VOC。

 

PID除了能够测量VOC,也能测量一些无机物,下面是一些常见无机物及其电离能的列表。按照电离能升序排列。

上表中:TWA表示8小时工作时间允许的极限值;Ceiling代表瞬间暴露的极限值。

 

在什么样的情况下会选择用PID呢?

最简单的回答是“根据传感技术的性价比来决定”。例如,有人想测量氨气NH3,他就不会选用PID,因为电化学NH3传感器约几百元一只,但PID可能要几千元一只,而且寿命短,维护成本也高。再例如,有人想测1ppm以下浓度的苯,他就必须选用PID,因为其他传感器对测量低浓度苯测量几乎无能为力,可是苯却又是高致癌物,存在于燃料油中,必须测量。

 

烃类的电离能和碳链长短有什么关系呢?

最常见的PID被测物质是可挥发性的有机物VOC。但并非所有的VOC都能被PID所测量。下面我列了一些常见HC气体的电离能。按照碳链长度升序排列。

通过比较,我们发现三个规律:

1. 碳链越长的HC物质,其电离能越低,越容易测量。

2. 烯烃比烷烃容易电离。

3. 苯系物又比烷烃、烯烃容易电离。

 

除了纯烃类,还有哪些VOC可以被PID电离?

除了含碳C、氢H、氧O,还有很多有机物是含有氮N、硫S、磷P、氟F、氯Cl、溴Br、碘I。下面是一些常见的有机物的电离能列表。按照电离能升序排列。

 

通过比较,我们发现以下规律:

1. 含N、S、P的有机物电离能较低。

2. 含F、Cl、Br、I的有机物电离能较高。氟化物电离能最高,然后依次是氯化物、溴化物,碘化物电离能最低。

 

无论您需要测量何种气体,欢迎您和我联系。我们会为您提供专业的气体传感技术咨询。  联系人:郭安波


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