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2023-10-11 閱讀(1020)
傳感器的標(biāo)定
為了保證傳感器的精度和系統(tǒng)的完整性,,氣體傳感器需要被標(biāo)定,。傳感器固定安裝位置是很重要
的,位置必須使標(biāo)定容易完成。標(biāo)定的時間間隔依傳感器的不同而不同,。通常,傳感器的制造廠商將建
議傳感器的標(biāo)定的時間間隔,。然而,,在傳感器安裝后的三十天,按照慣例應(yīng)頻繁的對傳感器進(jìn)行檢查,。
在這個周期內(nèi),,觀察該傳感器是否適合新的環(huán)境。
同樣,,廠家并沒有在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中說明傳感器性能影響的因素,。如果傳感器的功能作用能連續(xù)大
約三十天,說明安裝的可信度很高,。在這段時間里,,任何可能的問題都可確認(rèn)和修改,。經(jīng)驗(yàn)說明:傳感
器第一次安裝后三十天,按照操作的希望值,,完成傳感器的各種功能,。大多數(shù)問題如傳感器位置的不適
合、其他氣體的干擾,、密度的降低,,在這段時間里將會出現(xiàn)。
在前三十天,,傳感器應(yīng)做周檢察,。而后,制定維修計(jì)劃包括標(biāo)定的時間間隔,。正常情況下,,每月
標(biāo)定足以滿足傳感器的效率和靈敏度,同時月檢察也能保證傳感器的精度,。
由上,,傳感器的標(biāo)定方法和過程被立即確定。標(biāo)定的過程簡單,、直接,、容易。這種標(biāo)定是一種簡
單的安全檢查,,不象實(shí)驗(yàn)室分析儀要求很高的精度,。為了某一區(qū)域氣體的質(zhì)量和安全,要求氣體的監(jiān)視
儀滿足簡單,、可重復(fù)和經(jīng)濟(jì),。標(biāo)定的過程將具有一致性和追溯性。標(biāo)定的過程將在傳感器安裝的現(xiàn)場完
成,。
氣體傳感器的標(biāo)定包括兩步驟:首先是"零點(diǎn)"設(shè)置,;然后是"量程"的標(biāo)定。
步驟1:"零點(diǎn)"設(shè)置
定義氣體的零點(diǎn)沒有確定的標(biāo)準(zhǔn),。許多分析過程,,包括一些特殊的分析過程如EPA方法,都使用純
氮或純?nèi)嗽鞖怏w來建立零點(diǎn),。這是因?yàn)檫@種瓶裝氮?dú)夂腿嗽鞖怏w容易獲得,。由于這個原因,人們普遍認(rèn)
為使用瓶裝氮?dú)夂腿嗽鞖怏w是傳感器零點(diǎn)設(shè)置的一種好方法,。
不幸的是,,這種方法不太準(zhǔn)確。通??諝庵谐撕械?dú)夂脱鯕馔?,還含有微量的其他氣體,。同
樣,周圍的空氣中含有很小百分?jǐn)?shù)的水蒸氣,。因此,,假設(shè)該區(qū)域的空氣是清新的,,使用周圍的空氣作為
傳感器的零點(diǎn)具有現(xiàn)實(shí)和實(shí)踐意義,。這個參考點(diǎn)依建立的不同而不同。因此,,區(qū)域內(nèi)傳感器的一個好參
考點(diǎn),,總是認(rèn)為該區(qū)域的空氣清新,如某一辦公室區(qū)域,。這將給出更接近現(xiàn)實(shí)的零點(diǎn),,因?yàn)樗鼘⒋戆?/p>
裝周圍空氣條件。水蒸汽的缺乏可能引起設(shè)定零點(diǎn)的數(shù)字低于傳感器周圍空氣的零點(diǎn)數(shù)既零點(diǎn)漂移,。這
就是固態(tài)型傳感器和光電離探測器使用時值得注意的地方,。
標(biāo)定的方法??紤]到所有因素,,如傳感器的型號和應(yīng)用條件,應(yīng)遵循以下建議的標(biāo)定方法:
A.
根據(jù)操作人員的判斷,,傳感器周圍的氣體是清新的,,沒有非正常條件存在,這時,,儀表的指示接
近零(讀數(shù)),,零點(diǎn)設(shè)置的過程可以跳過。當(dāng)出現(xiàn)疑問時,,可使用塑料袋來得到一些在傳感器周圍認(rèn)為
是"清新"的空氣,。這是一個非常快而容易的過程,。這種方法對于區(qū)別真報警和誤報警是非常有效的,。
B.
壓縮空氣有一優(yōu)點(diǎn)就是,氣體在瓶中容易控制并容易攜帶,。通過設(shè)備很容易,、方便的得到空氣。
這種空氣中含義少量的氮?dú)浠衔?、一氧化碳,、二氧化碳和一些其他干擾氣體。然而,,這種氣體的特點(diǎn)
是濕度低,,解決的辦法是在采樣系統(tǒng)中使用帶有活性碳的過濾器,,過濾掉所使用的潮濕氣體中不想要的
氣體和水蒸汽。經(jīng)過這個過程,,才可以使用該氣體對各種型號的傳感器進(jìn)行標(biāo)定,。然而,值得注意的是
一氧化碳?xì)怏w并不能通過帶有活性碳的過濾器而濾掉,。
因此,,規(guī)則規(guī)定:氣瓶中的一氧化碳含量必須與周圍環(huán)境氣體的含量相同。此外,,使用蘇達(dá)灰過
濾器可以濾出一氧化碳,。由于在采樣系統(tǒng)管線上使用蘇達(dá)灰過濾器可以濾出一氧化碳,所以此方法是二
氧化碳傳感器零點(diǎn)設(shè)置的好方法,,很容易獲得基本的零點(diǎn),。
雖然人造氣體通常是非常純,但是它不能用于固態(tài)型傳感器和光電離探測器,,因?yàn)檫@類傳感器要
求在采樣的氣體中含有一些水蒸汽,。這個問題解決的簡單辦法是,在采樣系統(tǒng)管線上使用潮濕的薄綿紙
,。它的作用是使采樣流中潮濕,,對傳感器有足夠的水蒸汽。另外可選擇使用NAFION管,,其描述在第十章"
采樣系統(tǒng)和設(shè)計(jì)"圖1.說明此概念,。
標(biāo)定氣--控制器--NAFION干燥管或加濕材料--到傳感器
圖1. 增加標(biāo)定氣體的濕度
步驟2. 量程的標(biāo)定
量程的標(biāo)定可以是相當(dāng)容易或非常復(fù)雜和昂貴,這取決于該氣體的種類和濃度的范圍,。按照原則
,,為了到達(dá)滿意的精度,目標(biāo)氣體與背景環(huán)境氣體的平衡混合物是好的標(biāo)定氣體,。然而,,雖然可以做
到,但對操作工的技能要求比正常的要高,。實(shí)際上,,大多數(shù)的標(biāo)定氣體是從化學(xué)工廠買來的。下面的章
節(jié)介紹幾種量程標(biāo)定的方法,。
A. 預(yù)混合標(biāo)定氣體
預(yù)混合標(biāo)定氣體的方法是氣體傳感器標(biāo)定的首要和流行的方法,。預(yù)混合標(biāo)定氣體可以被壓縮和
存儲在一定壓力下的氣瓶中。這些瓶子的尺寸可以是任意的,,但是在現(xiàn)場標(biāo)定時,,人們喜歡尺寸小而輕
的氣瓶。這些小而攜便的氣瓶可分為兩類:低壓和高壓氣體設(shè)備,。
低壓氣瓶瓶壁薄重量輕通常是不回收和一次性的,。高壓氣瓶是為純化學(xué)危險品設(shè)計(jì)的,。對于標(biāo)定
氣體,這些氣瓶通常壁很厚,,可承受的壓力為2000 psi,。
為了傳感器的標(biāo)定,使高壓氣體從高壓氣瓶中流出,,需要一個減壓器,。它是由壓力控制器、壓力
表,、流量限流孔組成,。流量限流孔是一種在給定的壓力下,,允許一定量的空氣流量所適合的極小線孔,。
在操作中,瓶中的高壓僅僅降低幾個psi
,,同時提供定量的氣體通過限流孔,。流量的速率通常在600-1000 cc/min。各種型號的減壓器都可
以調(diào)節(jié)壓力控制器,,以便調(diào)節(jié)出想要的流量,。圖2.
示出了高壓和低壓瓶設(shè)備.
許多氣體可以與空氣預(yù)混合同時在一定的壓力下存儲
但是一些氣體只能與惰性氣體混合,如氮?dú)?。而一些混合物僅僅可以放在特殊條件下的瓶中,。每
種混合氣都有它不同的有效期或使用期。關(guān)于存儲和保存期限的詳細(xì)內(nèi)容,,可從制造廠商獲得,。通常高
蒸汽壓的氣體具有低反應(yīng)如甲烷,、一氧化碳、二氧化碳,,可以與空氣混合存儲在高壓下,。低蒸汽壓的氣
體如液態(tài)碳烴溶劑僅僅可以與空氣混合存儲在低壓下。大多數(shù)高反應(yīng)化學(xué)物都可以與氮?dú)饣旌?。對于?/p>
些傳感器如固定型傳感器,,不論氣體的混合物是與空氣或氮?dú)饣旌?,對傳感器的讀數(shù)會有很大的影響,。
在標(biāo)定過程中,,為了得到適當(dāng)?shù)淖x數(shù),,有些傳感器需要有潮濕度,。這種加濕過程步驟同步驟1中傳
感器零點(diǎn)設(shè)置,。
為了估計(jì)氣瓶壓縮混合氣體的體積,用氣瓶的總壓力除以大氣壓力然后乘以氣瓶的體積,,如下:
Vmax= V*(P/Pa)
這里
Vmax= 混合氣體的體積
V = 氣瓶的體積
P = 氣瓶的壓力
Pa = 大氣壓力
例如:給出演示的瓶子體積為440 CC,假定瓶子的壓力為1200
psi在大氣壓的情況下,,估計(jì)混合氣體的體積為440CC*(1200/14.7)=35.918CC。
如果標(biāo)定的流量數(shù)率為每分鐘1000CC,,每個傳感器的標(biāo)定需要大約一分鐘,,那么一個氣瓶可標(biāo)定
的時間大約是30分鐘,。
B.滲透設(shè)備
滲透設(shè)備是一個密封容器,裝有氣液相均衡化學(xué)物質(zhì),。氣體分子通過滲透容器的邊緣或頂蓋進(jìn)行
滲透。氣體分子的滲透速率取決于物質(zhì)的滲透率和溫度,。滲透率是長周期穩(wěn)定的,。與滲透化學(xué)物質(zhì)混合
形成的恒定的標(biāo)定氣體,在給出溫度后就知道其滲透率,。這就需要恒溫口徑測量器和流量控制器,。然而
,滲透管連續(xù)以恒定速率輸送化學(xué)物質(zhì),,隨著產(chǎn)生了存儲和安全問題,。給定氣體的滲透率對于應(yīng)用來說
可能是太高或太低。例如,,高蒸汽壓的氣體滲透太快而非常低的蒸汽壓氣體化學(xué)物質(zhì)所具有的滲透率太
低而沒有任何用途,。
滲透設(shè)備大多數(shù)可以在實(shí)驗(yàn)室中找到,常常應(yīng)用于分析儀器上,。對于氣體監(jiān)視,,傳感器標(biāo)定需要
的濃度是典型的高滲透設(shè)備。因此它的應(yīng)用受到了限制,。
C.交叉標(biāo)定
利用交叉標(biāo)定方法,,主要是每個傳感器都遭受其他氣體的干擾。例如,,要標(biāo)定100% LEL的乙烷氣
體,,通常用50%
ELE的甲烷氣體來代替實(shí)際的乙烷氣體。這是因?yàn)橐彝樵谑覝貢r是液態(tài)具有低蒸汽壓,。因此說使用
精確的混合氣并保持它在高壓力下是很困難的,。
換句話說,甲烷具有很高的蒸汽壓并非常穩(wěn)定,。此外,,它可以與空氣混合并保持在很高的壓力下
。與乙烷混合氣相比甲烷可用于更多的標(biāo)定場合,,同時它具有長壽命,。50%的乙烷混合氣容易得到。因此
,,可燃?xì)怏w報警儀的制造商建議使用甲烷作為標(biāo)定其他氣體的代用品,。
有兩種方法可完成甲烷作為標(biāo)定其他氣體的代用品。第一種方法是用甲烷標(biāo)定可燃?xì)怏w報警儀,
同時,,用所獲得的讀數(shù)乘以手冊中的響應(yīng)因數(shù)來代替其他氣體的讀數(shù),。較為常用催化型傳感器就是如此。
催化型傳感器是線系輸出,,因此響應(yīng)因數(shù)的使用符合滿刻度量程,。例如,當(dāng)用甲烷標(biāo)定傳感器時,,戊烷
的輸出僅僅是甲烷的一半,。因此戊烷的響應(yīng)因數(shù)是0.5。所以當(dāng)傳感器實(shí)際檢測戊烷而用甲烷標(biāo)定時,,讀
數(shù)乘以0.5以獲得戊烷的讀數(shù),。
第二種方法仍然是使用甲烷作為標(biāo)定氣,但是標(biāo)定讀數(shù)為雙倍值,。例如,,使用50%LEL 的甲烷標(biāo)定
氣標(biāo)定100%LEL
戊烷。雖然標(biāo)定時使用的是甲烷氣,,但儀器標(biāo)定后,,其讀數(shù)為戊烷氣體的濃度。
許多低量程有害氣體傳感器可以使用交叉氣體標(biāo)定,。同樣,,紅外線探測器對于任何氣體都以相同
的波長吸收,可以使用交叉標(biāo)定的方法,。交叉標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是允許傳感器的標(biāo)定使用一種氣體其量程
容易獲得和處理,。
然而,使用交叉標(biāo)定的方法也會出現(xiàn)一些問題,。一是每個傳感器的響應(yīng)因數(shù)有所不同,原因是不
可能在制造傳感器時使每個傳感器都一樣,。例如,,在催化型傳感器中,加熱器電壓在手冊中已說明,。另
外響應(yīng)因數(shù)不能使用,。響應(yīng)特性將隨加熱器電壓的設(shè)立的不同而變化。因此,,使用實(shí)際的目標(biāo)氣體對傳
感器進(jìn)行標(biāo)定作周期的檢測是一種好的方法,。
穩(wěn)定非易燃和無毒的各種濃度氣體可以從供應(yīng)商中獲得。詳細(xì)情況請與儀器制造廠商聯(lián)系,。
D. 氣體混合
不是所以的標(biāo)定氣體都可用,。即使它可用,也有可能在一定的濃度或固定的背景混合氣下,該標(biāo)
定氣體不可用,。然而,,許多混合氣可通過稀釋后,對低濃度量程氣體監(jiān)視器進(jìn)行標(biāo)定,。例如,,50%LEL甲
烷其濃度為2.5%或25000PPM。為了混合20%LEL體積為2000CC的氣體,,應(yīng)使用下列公式:
Vb=C/Cb*V Va=(C-Cb)/C*V Va=V-Vb
這里:
Cb= 在50%時,,瓶中的濃度
C = 在20%時,新的濃度
V = 2000CC時,,整個體積
Vb= 混合氣的體積
Va= 空氣或其他稀釋后體積
Vb=20/50*2000=800 CC
Va=2000-800=1200 CC
最后用800 CC 混合氣與1200CC 空氣進(jìn)行混合得到20%LEL的標(biāo)定氣,。
另一個例子是稀釋25000PPM 的甲烷標(biāo)氣變成100PPM的混合氣。
Vb=100/2500*2000=8 CC
因此
Va=2000-8=1992 CC
用8CC的混合標(biāo)氣與1992CC的空氣混合,,2000立方厘米100PPM的混合氣就獲得,。