影响气体传感器使用寿命的因素

发布日期:2020/12/25 访问量: 1144

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器,是气体检测仪的核心部件,使用气体检测仪可以检测待测环境中有毒有害气体的浓度,传感器的使用寿命受到很多因素的影响,比如:极端温度、气体浓度、空气湿度、干扰气体、震动及机械冲击等等因素的影响。

一、极端温度可以影响传感器寿命

通常,制造商所宣称的设备操作温度范围通常在-30℃到+50℃之间变化。然而,高质量的传感器能够在短时间内承受突破此范围的温度。比如,传感器(如H2S或CO)在短时间(1~2小时)暴露于60℃到65℃是没有问题的。但是,如果极端情况重复发生则会造成电解质挥发,也有可能造成零基线读数移动和反应迟缓等情况。

温度过低时,传感器的灵敏度会降低。也许传感器可以在-40℃的低温工作,但是对气体的灵敏度会大幅度下降(灵敏度甚至可能降低高达80%),而且反应时间也会延长许多,另外,当温度降到-35℃以下时,电解质还有结冰的危险。

二、气体浓度影响传感器的性能

当气体浓度过高时,也有可能造成传感器性能下降。通常,电化传感器在测试时,极限气体浓度是其设计浓度的十倍。使用高质量催化剂的传感器应该可以承受这样的情况,并不会对其化学特性或长期性能造成损坏。而使用低质量催化剂的传感器则有可能造成损坏。

三、空气湿度对传感器的影响

潮湿是对传感器影响最大的因素。电化传感器的理想工作环境应当是20℃,60%RH(相对湿度)。当环境湿度超过60%RH时,电解质会因为吸收水分而稀释。在极端情况下,电解质体积会增加2~3倍,很有可能造成电解质从传感器设备体通过接口渗漏。而当湿度低于60%RH时,电解质则有可能脱水。随着电解质脱水,设备反应时间也会显著延长。

通过对传感器进行称重,可以迅速简便地判断出电解质的稀释和脱水情况。与出厂重量相比,当传感器重量有±250mg以上的变化时,则说明传感器的性能很有可能受到了影响。通过将传感器置于相反的极端湿度环境中,电解质原来的稀释或脱水情况都是可逆的。在5~25天的时间里,传感器的重量和电解质浓度都可以恢复到初始状态,性能也一并得到恢复。
要提醒大家注意的是,传感器的灵敏度可能会随着周围环境的情况而变化。一个原本反应不灵敏、反应时间长的传感器可能会随着环境湿度的变化而有所改善。这种情况在四季气候变化鲜明的国家则更为突出。氢硫化物传感器的性能尤其与周边环境联系更为紧密。一台固定式探测器中的传感器的灵敏度和反应时间很有可能在按照当地的温度湿度调试稳定后的两三周内发生改变。当传感器在安装前存放在非常干燥的环境中时(比如带空调的办公室),这种情况尤为普遍。

含过滤功能的传感器

在有些传感器上安装有化学过滤器,以尽可能消除干扰气体,尤其是硫化物气体带来的影响。这些过滤器的使用年限有限,通常用ppm/小时来定义其对干扰气体的耐受水平。因为气体浓度有高低之分,所以ppm/小时这个度量单位也许会不太精确。在目标气体暴露时间减半的情况下,一个标称1000ppm/小时的过滤器也不一定能把使用时间延长两倍。

当过滤器饱和时,传感器与干扰气体产生交叉反应的程度随之加重(比如探测硫化氢气体,H2S,或者二氧化硫,SO2的传感器)。当交叉反应发生时,用户当然无法判断他们所使用的传感器到底是在与SO2还是H2S发生化学反应。

有机过滤器(碳基)虽然非常高效,但是不可再生,而且在环境湿度超过50%RH时,过滤器会因为气孔堵塞而饱和。所以,化学过滤器的功效会在高湿度环境下下降。

四、干扰气体影响传感器

在特殊情况下,干扰气体可能会因为被催化剂吸收或者与催化剂发生反应生成副产品抑制催化剂,进而破坏传感器电极。

五、震动及机械冲击,对仪器的影响

强烈的震动和机械冲击也可能会损伤将铂电极、连接条(某些传感器中是金属线)和接口连接在一起的焊点,从而损坏传感器,但是这种情况对架构牢固的传感器来说并不多见。

气体传感器的“常规”使用年限

检测一氧化碳或硫化氢等普通气体的电化学传感器的使用年限通常为2~3年。而一些特殊气体,如氟化氢气体的传感器的使用年限仅仅只有12~18个月。具体使用寿命,视环境传感器寿命会有相应的延长和缩短。

在理想情况下,即温度和湿度分别保持在20℃和60%RH左右,同时没有污染物的侵入时,已知有的电化学传感器工作超过11年!周期性地暴露在目标气体环境中并不会限制传感器的使用年限,优质的传感器通常都装备充足的催化剂和结实耐用的导体,这些材料并不会因为化学反应而轻易消耗殆尽。

以上就是关于影响气体传感器使用寿命的因素的讲解,在使用气体检测仪过程中,尽量避免在不利于传感器寿命延长的环境中使用,如果在极限环境中使用,建议增加预处理装置。

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