影響氣體傳感器使用壽命的因素
氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器,是氣體檢測儀的核心部件,使用氣體檢測儀可以檢測待測環(huán)境中有毒有害氣體的濃度,傳感器的使用壽命受到很多因素的影響,比如:極端溫度、氣體濃度、空氣濕度、干擾氣體、震動及機械沖擊等等因素的影響。
一、極端溫度可以影響傳感器壽命
通常,制造商所宣稱的設(shè)備操作溫度范圍通常在-30℃到+50℃之間變化。然而,高質(zhì)量的傳感器能夠在短時間內(nèi)承受突破此范圍的溫度。比如,傳感器(如H2S或CO)在短時間(1~2小時)暴露于60℃到65℃是沒有問題的。但是,如果極端情況重復(fù)發(fā)生則會造成電解質(zhì)揮發(fā),也有可能造成零基線讀數(shù)移動和反應(yīng)遲緩等情況。
溫度過低時,傳感器的靈敏度會降低。也許傳感器可以在-40℃的低溫工作,但是對氣體的靈敏度會大幅度下降(靈敏度甚至可能降低高達80%),而且反應(yīng)時間也會延長許多,另外,當(dāng)溫度降到-35℃以下時,電解質(zhì)還有結(jié)冰的危險。
二、氣體濃度影響傳感器的性能
當(dāng)氣體濃度過高時,也有可能造成傳感器性能下降。通常,電化傳感器在測試時,極限氣體濃度是其設(shè)計濃度的十倍。使用高質(zhì)量催化劑的傳感器應(yīng)該可以承受這樣的情況,并不會對其化學(xué)特性或長期性能造成損壞。而使用低質(zhì)量催化劑的傳感器則有可能造成損壞。
三、空氣濕度對傳感器的影響
潮濕是對傳感器影響最大的因素。電化傳感器的理想工作環(huán)境應(yīng)當(dāng)是20℃,60%RH(相對濕度)。當(dāng)環(huán)境濕度超過60%RH時,電解質(zhì)會因為吸收水分而稀釋。在極端情況下,電解質(zhì)體積會增加2~3倍,很有可能造成電解質(zhì)從傳感器設(shè)備體通過接口滲漏。而當(dāng)濕度低于60%RH時,電解質(zhì)則有可能脫水。隨著電解質(zhì)脫水,設(shè)備反應(yīng)時間也會顯著延長。
通過對傳感器進行稱重,可以迅速簡便地判斷出電解質(zhì)的稀釋和脫水情況。與出廠重量相比,當(dāng)傳感器重量有±250mg以上的變化時,則說明傳感器的性能很有可能受到了影響。通過將傳感器置于相反的極端濕度環(huán)境中,電解質(zhì)原來的稀釋或脫水情況都是可逆的。在5~25天的時間里,傳感器的重量和電解質(zhì)濃度都可以恢復(fù)到初始狀態(tài),性能也一并得到恢復(fù)。
要提醒大家注意的是,傳感器的靈敏度可能會隨著周圍環(huán)境的情況而變化。一個原本反應(yīng)不靈敏、反應(yīng)時間長的傳感器可能會隨著環(huán)境濕度的變化而有所改善。這種情況在四季氣候變化鮮明的國家則更為突出。氫硫化物傳感器的性能尤其與周邊環(huán)境聯(lián)系更為緊密。一臺固定式探測器中的傳感器的靈敏度和反應(yīng)時間很有可能在按照當(dāng)?shù)氐臏囟葷穸日{(diào)試穩(wěn)定后的兩三周內(nèi)發(fā)生改變。當(dāng)傳感器在安裝前存放在非常干燥的環(huán)境中時(比如帶空調(diào)的辦公室),這種情況尤為普遍。
含過濾功能的傳感器
在有些傳感器上安裝有化學(xué)過濾器,以盡可能消除干擾氣體,尤其是硫化物氣體帶來的影響。這些過濾器的使用年限有限,通常用ppm/小時來定義其對干擾氣體的耐受水平。因為氣體濃度有高低之分,所以ppm/小時這個度量單位也許會不太精確。在目標(biāo)氣體暴露時間減半的情況下,一個標(biāo)稱1000ppm/小時的過濾器也不一定能把使用時間延長兩倍。
當(dāng)過濾器飽和時,傳感器與干擾氣體產(chǎn)生交叉反應(yīng)的程度隨之加重(比如探測硫化氫氣體,H2S,或者二氧化硫,SO2的傳感器)。當(dāng)交叉反應(yīng)發(fā)生時,用戶當(dāng)然無法判斷他們所使用的傳感器到底是在與SO2還是H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
有機過濾器(碳基)雖然非常高效,但是不可再生,而且在環(huán)境濕度超過50%RH時,過濾器會因為氣孔堵塞而飽和。所以,化學(xué)過濾器的功效會在高濕度環(huán)境下下降。
四、干擾氣體影響傳感器
在特殊情況下,干擾氣體可能會因為被催化劑吸收或者與催化劑發(fā)生反應(yīng)生成副產(chǎn)品抑制催化劑,進而破壞傳感器電極。
五、震動及機械沖擊,對儀器的影響
強烈的震動和機械沖擊也可能會損傷將鉑電極、連接條(某些傳感器中是金屬線)和接口連接在一起的焊點,從而損壞傳感器,但是這種情況對架構(gòu)牢固的傳感器來說并不多見。
氣體傳感器的“常規(guī)”使用年限
檢測一氧化碳或硫化氫等普通氣體的電化學(xué)傳感器的使用年限通常為2~3年。而一些特殊氣體,如氟化氫氣體的傳感器的使用年限僅僅只有12~18個月。具體使用壽命,視環(huán)境傳感器壽命會有相應(yīng)的延長和縮短。
在理想情況下,即溫度和濕度分別保持在20℃和60%RH左右,同時沒有污染物的侵入時,已知有的電化學(xué)傳感器工作超過11年!周期性地暴露在目標(biāo)氣體環(huán)境中并不會限制傳感器的使用年限,優(yōu)質(zhì)的傳感器通常都裝備充足的催化劑和結(jié)實耐用的導(dǎo)體,這些材料并不會因為化學(xué)反應(yīng)而輕易消耗殆盡。
以上就是關(guān)于影響氣體傳感器使用壽命的因素的講解,在使用氣體檢測儀過程中,盡量避免在不利于傳感器壽命延長的環(huán)境中使用,如果在極限環(huán)境中使用,建議增加預(yù)處理裝置。