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红外气体传感器(4)

 

  13. 零点漂移(Zero Drift)

  定义:

  传感器零点随时间的变化量。一般以ppm/MON,或%VOL/YEAR的单位来计量。

  零点漂移多少是能够接受的呢?

  在工业安全领域,NDIR CH4传感器零点的漂移至少需要控制在1000ppm/MON以内。按照消防认证标准,零点和测量点的月漂移必须小于0.25%VOL/MON。但这个漂移值在实际应用中是远远不够的,因为工业现场能够接受的漂移值是0.25%VOL/6MON。

  下面的图是诺联芯产品LARK-1 CH4 90天的零点漂移的曲线。按照GB15322.1的要求,1个月的漂移量需要小于2500ppm,LARK-1 CH4 3个月漂移量小于250ppm。也就是说,LARK-1 CH4的零点漂移量比国标优2500/250*3 = 30 倍。

  

 

  和催化燃烧传感器相比,零点漂移谁会好一些?

  如果是用催化燃烧原理和NDIR原理相比,一定是NDIR传感器会好很多。因为市面上绝大部分NDIR传感器都能做到5年漂移小于10%真值。而催化燃烧传感器能够达到这个水平的是凤毛麟角。

  NDIR传感器的零点误差和测量误差有关系吗?

  有密切的关系。如果零点误差为E,测量点误差会大很多,甚至达到2E,或更高。

  14. 平均故障间隔时间(MTBF)

  定义:

  英文全称是“Mean Time Between Failure”。是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量,是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说,是指相邻两次故障之间的平均工作时间,也称为平均故障间隔。

  NDIR传感器的正常工作时间是几年?

  到目前为止,没有确切的统计数据。根据经验,5年的寿命是一定能达到的。红外光源的寿命是整个传感器中寿命最短的,但也能达到几万个小时。如果设计的好,一个红外传感器使用10年也不是没有可能。

  NDIR传感器最容易出现什么故障?

  该类传感器最常出现的故障是读数负漂。但一年标一次零点也就够了。

  为了延长NDIR传感器使用寿命,需要对气体做些什么预处理?

  最好对气体进行除尘、除湿、去油。这样才能保持传感器内部光路清洁。如果内部光路被尘土、油污给污染了,那么其读数一定不会准了,并且该损坏是永久性的。

  15. 交叉灵敏度(Cross Sensitivity)

  定义:

  检测某特定气体的NDIR传感器对其它气体也有响应,这种现象叫做交叉干扰。传感器对其他气体的响应值和气体真值之间的比值,叫做交叉干扰系数,简写“X$”。

  NDIR传感器的交叉干扰和电化学传感器相比如何?

  NDIR传感器的交叉干扰会小很多,也就是选择性很好。拿CO传感器来举例,EC CO传感器对H2S、SO2、NO2都会有较大响应,但NDIR CO传感器对以上这些气体几乎没有响应。这个优点是由不同气体的红外吸收光谱所决定的。

  

 

  以上的红外吸收谱中,各种气体的浓度如下:H2O 5600ppm,CH4 6100ppm,CO2 370ppm,CO 2900ppm。从这些数字中分析可以得知,CH4是最难将分辨率提高的,而CO2则是最容易将分辨率提高的。

  可以用NDIR 甲烷传感器来测量丙烷或异丁烷吗?

  可以。在碳氢类物质之中,几乎都有HC单键或双键,而这两种化学键的红外吸收波段都在3.3微米附近。NDIR CH4传感器的红外吸收波段在3.3微米,而且丙烷和异丁烷在3.3微米附近也有吸收,所以,用NDIR CH4传感器可以用来测量丙烷或异丁烷。

  如果用测CH4的NDIR传感器测丙烷或异丁烷,会是线性的吗?

  不是。在不同的浓度点上交叉灵敏度会有一些差别,但对应关系曲线画出来是单调的。

  16. 读数1小时漂移量

  “读数1小时漂移量”这个参数是本人从事传感器行业多年之后,自己独创出来的一个参数。它的含义是:如果传感器以固定的流量通入固定浓度的气体,其读数在一个小时之内能稳定到什么程度。它可以按照极差来计算,即Delta = Max(reading) - Min(reading)。

  下面的曲线是LARK-1 CH4通入25000ppm CH4之后,传感器一个小时的读数曲线,在一个小时之内,读数下降仅387ppm。需要注意的是,这个读数并不是零点的稳定性,不可以跟零点的稳定性等价起来。NDIR传感器零点时的灵敏度最大,因此,零点是最稳定的,LARK-1 CH4 1小时零点的漂移量可以控制在50ppm之内;随着浓度的增加,传感器的分辨率会恶化,读数1小时漂移量也会恶化。

  

 

  17. EMC性能

  EMC是“电磁兼容性”的英文首字母缩写。EMC包括两方面的测试:

  1. 本器件对外的无线电发射,是否会对其他设备造成影响,该测试简称EMI测试;

  2. 如果其他设备发射出无线电波,对本传感器的正常工作是否造成影响。是否能够正常工作通常是以读数的改变量来衡量的。

  NDIR传感器功率小,大约1W,又是低频器件,所以它对外的电磁辐射几乎可以忽略不计。但是,NDIR CH4传感器的灵敏度非常的小,1ppm CH4所对应的信号都不到0.5微伏,非常容易受到外界电磁干扰的影响。因此,NDIR传感器设计中的EMC性能是最有挑战性的。

  诺联芯出品的LARK-1 CH4系列的传感器在EMC方面做了优化,我们做电磁干扰的测试条件是这样的:

  1. 用一台450MHz发射频率,3W发射功率的对讲机作为EMI源。

  2. 分别在传感器的上方、左方和右方距离10cm的地方,按下对讲键,并且持续10秒时间,观察读数的变化。按照这样的辐射强度换算成辐射场强的话,大约在100V/m,这个数字是国标GB15322和GB12358中所规定辐射场强10v/m的10倍。

  下面就是LARK-1 CH4收到电磁辐射干扰时候的读数,因为EMC测试具有偶然性,而且不同的传感器之间也有差异性,我就将两只传感器的测试曲线拿出来,供各位用户参考。在第一张图中,1572ppm换算成爆炸极限的话,只有3%LEL,其他的连1%LEL也不到。

  

 

  全文终

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