标题气体传感器常用术语讲解（上）

       问:量程范围有多宽?

       答:不同的气体传感器都有各自的量程范围，低至1ppm，高至100%vol。1ppm量程的传感器是测量特毒的毒气，100%vol量程的是测量高浓氧气。医疗氧传感器的量程比较特殊。

       例如：200,000%mbar，这个单位的意思是在大约2个标准大气压下，传感器高能测到100%vol，计算式为

2,000mbar*100%vol=200,000%mbar(1标准大气压=1013mbar)

       问:输出和气体浓度是什么关系？

       答:EC传感器有的是电流源，即输出电流和被测气体浓度成正比；有的是电压源，即输出电压和气体浓度成正比。这种“成正比”的关系在仪表行业称为“线性”，即被测气体浓度和输出电流或电压成线性。

       问:什么是过载量程?

       答:有些传感器的规格书上除了量程，还有一个参数叫“过载量程”(OVERLOAD RANGE)。这个参数是告诉用户：在这个浓度下，传感器可以短时间(几分钟)测量而传感器不会永久性损坏，但性能无法符合规格书上所列参数。如果超过过载量程，会造成传感器永久损坏。

       问:灵敏度单位是什么？

       答:对毒气传感器来说，常见的单位是nA/ppm或uA/ppm。对常量氧传感器来说，其单位是uA@20.9%VOL O2，意思是在空气中，输出的电流是多少微安。对微量氧传感器来说，其单位是mV@20.9%vol O2，当然，我不赞成微量氧传感器放在空气中测试，因为微量氧传感器是测ppmO2的，长时间暴露在空气中，会让它很快失效。对医疗氧气传感器来说，其单位是mV@20.9%vol O2，医疗氧气传感器的大量程都是100%vol。

       问:灵敏度会变化吗？在什么情况下会变化？

       答:EC传感器的灵敏度是会变化的，影响灵敏度的因素包括：温度、湿度、压力、流速、寿命、干扰气体。以上参数，在规格书所定义的范围内变化是不会影响传感器寿命的，但如果超过了这些范围，传感器可能会受到不可逆的破坏。

       问:为什么响应时间很重要？

       答:因为气体传感器主要是保护人身安全的。当氧气或毒气超过对人体有害的范围，人员必须撤离该环境，撤离时间越短越好。因此，传感器响应时间越短，就留给撤离人员越多的时间。

       问:如何确定零点，如何确定平衡点呢？

       答:对于常规气体传感器，当它暴露在空气中，3分钟之内读数变化不超过一个分辨率，即认为是平衡了。具体地说，对O2传感器来说，读数变化不超过±0.1%，即认为是平衡了；对CO传感器来说，读数变化不超过1ppm，即认为平衡了；对H2S传感器来说，读数变化不超过0.1ppm，即认为平衡了；对分辨率为10ppm的H2传感器来说，读数变化不超过10ppm，即认为平衡了。

       问:有的传感器通气后读数会一直上升，如何确定平衡点呢？

       答:对于吸附性强的气体，其传感器的T90计算和CO、H2S常规气体是不一样的。例如，在NH3传感器的规格书上“T90”后面会跟上一句“<60s calculated from 5 min. exposure time”。它的意思是说，通气5分钟，即认为是平衡，然后用5分钟时候的灵敏度还计算T90时间。这里的“通气5分钟”也是有技术条件的：

       • NH3气体流速为500±100ml/min；

       • 管路和流量计是特氟龙材质或不锈钢的；

       • NH3浓度在量程范围之内；

       • 流动的NH3气体和传感器之间不能有任何薄膜或钢网的阻挡。

       归零时间定义：归零时间是表述从传感器通气平衡状态恢复到3个分辨率的读数所需要的时间。例如，CO传感器的分辨率是1ppm，标准气是500ppm，当传感器信号从500ppm回到3ppm的这段时间，就是归零时间了。

       问:用不同浓度的标准气体测试EC传感器，RT90时间和归零时间会不一样吗？

       答:是会不一样的。浓度越高，RT90时间和归零时间越长。扩散的模式符合菲克定理。

       问:不同的温度下，EC传感器的响应时间和恢复时间一样吗？

       答:不一样。温度越高，响应时间和恢复时间越短，温度越低越长。

       问:所有的EC传感器在规格书上都写了RT90和归零时间吗？

       答:到目为止，少数传感器有归零时间。

       问:毒气传感器和氧气传感器RT时间的计算方法一样吗？

       答:不一样。毒气传感器从零气往上升计算T90，从平衡标准气下降计算RT90和归零时间。而氧气传感器是从空气20.9%vol下降到纯N2计算T90，这主要是从工业人员安全考虑。

       问:如何计算信号标准差？

       答:在传感器信号被放大之后，会送入模数转换器ADC。系统噪声需要用标准差(STDEV)来衡量，STDEV可以通过Office Excel里的STDEV()函数来计算。

       问:如何计算灵敏度？

       答:将传感器和电路板系统的零点CTS平均值和通气平衡后的CTS平均值相减，取绝对值，再除以通气浓度即可得到。例如，零点CTS平均值为1952CTS，3ppm通气平衡后的CTS平均值为2139CTS。问该系统的灵敏度是多少？

       通过上面两问和解答，我们就可以计算出来系统的分辨率了：

       3*STDEV/灵敏度=3*1.7/62.3=0.08ppm

       问:传感器的分辨率和精度有什么关系？

       答:并无直接关系。传感器的分辨率是由上面的公式计算所得。传感器本身并无精度的概念，所以传感器的规格书上也没有精度的参数定义。精度是描述仪器、仪表读数和气体真实值之间的差值，也叫准确性，表示方法有±xppm@100ppm，±5%Reading，±5%rel或±10%F.S.。

       问:重复性在规格书上有定义吗？

       答:绝大多数传感器在规格书上都不写该参数，但传感器在研发验证的时候是一定要做此实验的。仪器仪表在做认证的时候，也是一定要做此实验的。

       问:重复性和长期稳定性之间有什么关系？

       答:重现性是考察传感器一天之内的稳定性，长期稳定性是考察28天的稳定性。重复性不好的传感器长期稳定性也不会很好，因为传感器的读数在一天之内都不够确定，如何能相信它在长期之内获得准确的读数呢？

       问:一天之内气温有变化，那怎么知道是温漂还是重现性不良呢？

       答:建议重现性测试在一个一天温度变化不超过5℃的房间内进行，因为在5℃之内，传感器的灵敏度几乎是没有变化的。这样就可以排除传感器因为温漂而产生误差的可能性了。