1. 量程范圍(RANGE)

定義：能夠保證傳感器規(guī)格書所列各項參數(shù)的最高氣體濃度。

問：量程范圍有多寬?

答：不同的氣體傳感器都有各自的量程范圍，低至1ppm，高至100%vol。1ppm量程的傳感器是測量特毒的毒氣，100%vol量程的是測量高濃氧氣。醫(yī)療氧傳感器的量程比較特殊。

例如：200,000%mbar，這個單位的意思是在大約2個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，傳感器最高能測到100%vol，計算式為

2,000mbar*100%vol=200,000%mbar(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1013mbar)

問：輸出和氣體濃度是什么關(guān)系？

答：EC傳感器有的是電流源，即輸出電流和被測氣體濃度成正比；有的是電壓源，即輸出電壓和氣體濃度成正比。這種“成正比”的關(guān)系在儀表行業(yè)稱為“線性”，即被測氣體濃度和輸出電流或電壓成線性。

問：什么是過載量程?

答：有些傳感器的規(guī)格書上除了量程，還有一個參數(shù)叫“過載量程”(OVERLOAD RANGE)。這個參數(shù)是告訴用戶：在這個濃度下，傳感器可以短時間(幾分鐘)測量而傳感器不會永久性損壞，但性能無法符合規(guī)格書上所列參數(shù)。如果超過過載量程，會造成傳感器永久損壞。

常見單位：

? VOL%：指混合氣體的濃度體積比。在檢測二氧化碳、氧氣時使用該單位；

? LEL%：指可燃?xì)怏w爆炸下限的百分比。即可燃?xì)怏w與空氣混合時，遇到最小點(diǎn)火能量，發(fā)生爆炸的最低濃度。

? UEL%：可燃性氣體與空氣混合，著火導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生的最高濃度值。

? PPM：PPM是英文part per million的縮寫，表示百萬分之幾，體積濃度（ppm），表示一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)。PPB: PPM是英文part per billion的縮寫，氣體濃度的10億分之一?！?ppm=1000ppb

? 氣體摩爾體積：單位物質(zhì)的量的氣體所占的體積，符號為Vm，常用單位L/mol 或m3/mol。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(0℃，101KP的狀態(tài))，1mol任何氣體所占體積都約為22.4L。

我們國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也都是采用質(zhì)量濃度單位（如：mg/m3）表示。

2.靈敏度(SENSITIVITY)

定義：被測氣體改變一個單位濃度，傳感器輸出電流或電壓的改變量。

問：靈敏度單位是什么？

答：對毒氣傳感器來說，最常見的單位是nA/ppm或uA/ppm。對常量氧傳感器來說，其單位是uA@20.9%VOL O2，意思是在空氣中，輸出的電流是多少微安。對微量氧傳感器來說，其單位是mV@20.9%vol O2，當(dāng)然，我不贊成微量氧傳感器放在空氣中測試，因為微量氧傳感器是測ppm級O2的，長時間暴露在空氣中，會讓它很快失效。對醫(yī)療氧氣傳感器來說，其單位是mV@20.9%vol O2，醫(yī)療氧氣傳感器的最大量程都是100%vol。

問：靈敏度會變化嗎？在什么情況下會變化？

答：EC傳感器的靈敏度是會變化的，影響靈敏度的因素包括：溫度、濕度、壓力、流速、壽命、干擾氣體。以上參數(shù)，在規(guī)格書所定義的范圍內(nèi)變化是不會影響傳感器壽命的，但如果超過了這些范圍，傳感器可能會受到不可逆的破壞。

3. 響應(yīng)時間(Response Time)

定義：傳感器信號從零點(diǎn)上升到通氣平衡點(diǎn)一定百分比，所需的時間成為響應(yīng)時間，通常用T90來描述。從零點(diǎn)上升到平衡信號值的50%所需要的時間稱為T50，從零點(diǎn)上升到70%所需的時間稱為T70,從零點(diǎn)上升到90%所需的時間稱為T90。

問：為什么響應(yīng)時間很重要？

答：因為氣體傳感器主要是保護(hù)人身安全的。當(dāng)氧氣或毒氣超過對人體有害的范圍，人員必須撤離該環(huán)境，撤離時間越短越好。因此，傳感器響應(yīng)時間越短，就留給撤離人員越多的時間。

問：如何確定零點(diǎn)，如何確定平衡點(diǎn)呢？

答：對于常規(guī)氣體傳感器，當(dāng)它暴露在空氣中，3分鐘之內(nèi)讀數(shù)變化不超過一個分辨率，即認(rèn)為是平衡了。具體地說，對O2傳感器來說，讀數(shù)變化不超過±0.1%，即認(rèn)為是平衡了；對CO傳感器來說，讀數(shù)變化不超過1ppm，即認(rèn)為平衡了；對H2S傳感器來說，讀數(shù)變化不超過0.1ppm，即認(rèn)為平衡了；對分辨率為10ppm的H2傳感器來說，讀數(shù)變化不超過10ppm，即認(rèn)為平衡了。

問：有的傳感器通氣后讀數(shù)會一直上升，如何確定平衡點(diǎn)呢？

答：對于吸附性強(qiáng)的氣體，其傳感器的T90計算和CO、H2S常規(guī)氣體是不一樣的。例如，在NH3傳感器的規(guī)格書上“T90”后面會跟上一句“<60s calculated from 5 min. exposure time”。它的意思是說，通氣5分鐘，即認(rèn)為是平衡，然后用5分鐘時候的靈敏度還計算T90時間。這里的“通氣5分鐘”也是有技術(shù)條件的：

? NH3氣體流速為500±100ml/min；

? 管路和流量計是特氟龍材質(zhì)或不銹鋼的；

? NH3濃度在量程范圍之內(nèi)；

? 流動的NH3氣體和傳感器之間不能有任何薄膜或鋼網(wǎng)的阻擋。

常見有吸附性的氣體包括：H2S、CL2、SO2、NH3、HCL、HF、F2等等。常見的沒有吸附性的氣體包括：O2、H2、CH4、CO、CO2等等。

4. 恢復(fù)時間(Recovery Time)和歸零時間

恢復(fù)時間定義：恢復(fù)時間是表述傳感器從標(biāo)準(zhǔn)氣體回復(fù)到零點(diǎn)氣體時，信號回復(fù)快慢的一個參數(shù)。常用的是RT90，它的意思是，從傳感器通氣平衡狀態(tài)恢復(fù)到10%信號所花的時間。例如，CO標(biāo)準(zhǔn)氣是500ppm，當(dāng)傳感器信號從500ppm回到50ppm(500ppm*10%=50ppm)的這段時間，就是RT90了。

歸零時間定義：歸零時間是表述從傳感器通氣平衡狀態(tài)恢復(fù)到3個分辨率的讀數(shù)所需要的時間。例如，CO傳感器的分辨率是1ppm，標(biāo)準(zhǔn)氣是500ppm，當(dāng)傳感器信號從500ppm回到3ppm的這段時間，就是歸零時間了。

問：用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體測試EC傳感器，RT90時間和歸零時間會不一樣嗎？

答：是會不一樣的。濃度越高，RT90時間和歸零時間越長。擴(kuò)散的模式符合菲克定理。

問：不同的溫度下，EC傳感器的響應(yīng)時間和恢復(fù)時間一樣嗎？

答：不一樣。溫度越高，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間越短，溫度越低越長。

問：所有的EC傳感器在規(guī)格書上都寫了RT90和歸零時間嗎？

答：到目前為止，少數(shù)傳感器有歸零時間。

問：毒氣傳感器和氧氣傳感器RT時間的計算方法一樣嗎？

答：不一樣。毒氣傳感器從零氣往上升計算T90，從平衡標(biāo)準(zhǔn)氣下降計算RT90和歸零時間。而氧氣傳感器是從空氣20.9%vol下降到純N2計算T90，這主要是從工業(yè)人員安全考慮。

5. 分辨率(Resolution)

定義：分辨率是描述傳感器能夠分辨的最小的氣體濃度改變量的參數(shù)。分辨率和靈敏度和噪聲相關(guān)，類似電子技術(shù)里面的一個參數(shù)——信噪比。計算公式是：分辨率=3 X 60秒信號標(biāo)準(zhǔn)差/靈敏度

問：如何計算信號標(biāo)準(zhǔn)差？

答：在傳感器信號被放大之后，會送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。系統(tǒng)噪聲需要用標(biāo)準(zhǔn)差(STDEV)來衡量，STDEV可以通過Office Excel里的STDEV()函數(shù)來計算。

問：如何計算靈敏度？

答：將傳感器和電路板系統(tǒng)的零點(diǎn)CTS平均值和通氣平衡后的CTS平均值相減，取絕對值，再除以通氣濃度即可得到。例如，零點(diǎn)CTS平均值為1952CTS，3ppm通氣平衡后的CTS平均值為2139CTS。問該系統(tǒng)的靈敏度是多少？

計算公式：|2139-1952|/3 = 62.3 CTS/ppm

通過上面兩問和解答，我們就可以計算出來系統(tǒng)的分辨率了：

3*STDEV/靈敏度=3*1.7/62.3=0.08ppm

問：傳感器的分辨率和精度有什么關(guān)系？

答：并無直接關(guān)系。傳感器的分辨率是由上面的公式計算所得。傳感器本身并無精度的概念，所以傳感器的規(guī)格書上也沒有精度的參數(shù)定義。精度是描述儀器、儀表讀數(shù)和氣體真實值之間的差值，也叫準(zhǔn)確性，表示方法有±xppm@100ppm，±5%Reading，±5%rel或±10%F.S.。

6. 重復(fù)性(Repeatability)

定義：在同一天之內(nèi)，每小時通氣一次同樣濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣，獲得6次通氣平衡的讀數(shù)，然后計算6次讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。該標(biāo)準(zhǔn)差越接近于零，說明傳感器的重新性越好。下圖是電化學(xué)傳感器的6次重復(fù)性實驗曲線。

問：重復(fù)性在規(guī)格書上有定義嗎？

答：絕大多數(shù)傳感器在規(guī)格書上都不寫該參數(shù)，但傳感器在研發(fā)驗證的時候是一定要做此實驗的。儀器儀表在做認(rèn)證的時候，也是一定要做此實驗的。

問：重復(fù)性和長期穩(wěn)定性之間有什么關(guān)系？

答：重現(xiàn)性是考察傳感器一天之內(nèi)的穩(wěn)定性，長期穩(wěn)定性是考察28天的穩(wěn)定性。重復(fù)性不好的傳感器長期穩(wěn)定性也不會很好，因為傳感器的讀數(shù)在一天之內(nèi)都不夠確定，如何能相信它在長期之內(nèi)獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)呢？

問：一天之內(nèi)氣溫有變化，那怎么知道是溫漂還是重現(xiàn)性不良呢？

答：建議重現(xiàn)性測試在一個一天溫度變化不超過5℃的房間內(nèi)進(jìn)行，因為在5℃之內(nèi)，傳感器的靈敏度幾乎是沒有變化的。這樣就可以排除傳感器因為溫漂而產(chǎn)生誤差的可能性了。

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