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哪些因素会影响气体传感器的读数(一)

诺联芯电子科技 作者:郭安波 2016-02-15 12:59:51 
哪些因素会影响传感器的读数?这个看似简单的问题,其实背后隐藏着很多原理性的知识,涉及面很广。当遇到气体仪表读数不准的时候,很多朋友首先会想到传感器故障。这也难怪,气体传感器并不是没有缺点的传感器。当我们遇到此类问题的时候,只能抽丝剥茧,将诸多因素一一排查,才能找出根本的问题,并解决之。
影响气体传感器读数的因素大约分为以下这些:
1. 气体浓度
2. 平衡气(或叫背景气)
3. 环境温度
4. 环境湿度
5. 气体压强
6. 气体流量 
    7. 传感器寿命 
    8. 交叉灵敏度
从第一项开始谈起:
1. 气体浓度
毋庸置疑,气体传感器对被测气体的浓度是敏感的。气体浓度越大,传感器输出信号改变量就越大。为什么用“改变量”这个词,而不简单地用“信号”呢?那是因为气体传感器的输出信号形式是多样的,信号变化量和气体浓度之间的关系也是多样的。
各种气体传感器的信号是怎么样变化的呢?
催化燃烧传感器元件(简称LEL)的电阻是随可燃气浓度而变化的。
当用一只探测元件、一只补偿元件、两只固定电阻组成惠斯通电桥的时候,催化燃烧传感器的输出表现为电压输出。电压输出在低浓度(<3%vol CH4)时,是呈线性变化的,在高浓度时,呈现出非线性。电压的改变量以mV计。
电化学传感器(简称EC)的信号形式是电流。
输出电流是随被测气体浓度增大而增大的。对于控电位型(也叫定点位电解法)的电化学传感器来说,其输出电流随被测气体浓度呈线性变化;对于原电池型的氧气传感器来说,其输出电流呈近似线性的Ln()对数曲线变化。如下图1-1:

图1-1
    非色散红外传感器(简称NDIR)的信号形式是电压输出。
当被测气体不存在时,输出电压峰峰值最大。当被测气体浓度增大时,输出电压峰峰值随之变小。但这种变化不是和气体浓度呈线性关系,而是遵循朗伯比尔定律。浓度低的时候,灵敏度大,浓度高的时候,信号的灵敏度会变小。用数学公式表示某一浓度点的灵敏度为:dV/dC。式中V为信号峰峰值,C为气体浓度,如下图1-2。
图1-2
光离子化传感器(简称PID)的信号形式是电流输出。
当被测气体不存在时,输出电流接近于零。当被测气体浓度增大时,输出电流随之增大。这种变化不是和气体浓度呈线性关系,浓度低的时候,灵敏度高,浓度高的时候,灵敏度低。用数学公式表示某一浓度点的灵敏度为:dI/dC。式中I为电流信号大小,C为气体浓度,如下图1-3。

图1-3
金属氧化物传感器(简称MOS)的信号形式是电阻改变,这一点和LEL传感器类似。
当被测气体不存在时,MOS传感器的PN结电阻最大。当被测气体浓度增大时,PN结电阻随之变小。这种变化和气体浓度呈非线性关系。气体浓度低的时候,灵敏度高,浓度高的时候,灵敏度低。用数学公式表示某一浓度点的灵敏度为:dR/dC。式中R为PN结电阻大小,C为气体浓度。
待续!
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