催化燃烧传感器参数的定义..

催化燃烧传感器参数的定义(一)—供电方式和被测气种2016-02-1511:06:011.供电方式(OperatingPrinciple)定义：催化燃烧传感器因为是成对使用的，俗称黑白珠，因此，它也叫催化珠，催化珠是串联使用的，供电方式有恒电压和恒电流之分。多数催化珠是恒压使用的，但也有少量催化珠是恒流工作的。催化燃烧传感器功率一般较大，通常是几百毫瓦。催化燃烧传感器有一个特点，功率越大的催化珠，其长期稳定性也会相对较好，但缺点就是珠子太大，震动中容易断丝，下图1-1是催化颗粒原理图图1-1催化颗粒原理图问：给催化珠的供电电压误差要控制在多少？答：催化珠在出厂的时候都是经过严格配对的，也就是说检测元件“黑珠”和补偿元件“白珠”冷态电阻和工作热态电阻几乎是一模一样的。尽管如此，我们还是希望用户的供电电压一致性要好，供电电压尽量控制在3%以内，下图1-2是推荐操作电路。图1-2问：除了供电电压的误差，还有什么参数是供电芯片的比较重要的参数？答：温度漂移，或称温度系数。因为催化珠的输出电压随可燃气体浓度变化很微弱，基本上是1%LEL的浓度变化只对应几百微伏。所以，如果供电芯片的温度系数过大，催化珠的电压输出就会有温度漂移，最终导致传感器的零点温度特性不是一条水平的直线。问：在给催化珠上电的瞬间，催化珠会损坏吗？答：损坏的可能性是有的。当催化珠冷态的时候，电阻是工作状态时候的大约1/2。也就是说，当恒流工作的时候，每次上电，催化珠都会经受一次大电流的冲击，这像打开白炽灯的瞬间一样。白炽灯不是在开灯的瞬间最容易断丝吗？最近，有一些客户应用会在几分钟内让催化珠开关一次，从而导致催化珠损坏。因此，本人建议，在上电的短暂时间里，为催化珠做恒流上电、或做电压台阶式上电。2.被测气种(GasDetected)定义：催化燃烧传感器的标准被测气体是甲烷CH4，而且浓度范围为5%vol。当然，也有专门用于测乙炔的催化珠。除了CH4之外，绝大多数可燃气也是可以用催化珠检测的，例如：CO、H2、NH3、C2H6等等。上表是City的催化燃烧传感器CAT-16的交叉干扰表。但要注意，不同厂家的催化珠交叉干扰是不一样的，千万不要套用。问：是不是所有的可燃气体都能够用催化燃烧传感器测呢？答：不是的。含有卤素的碳氢HC类有机物就会使催化珠中毒，卤素包括氟、氯、溴、碘。含有有机硅的挥发性气体也会使催化珠中毒，有机硅大量存在于工业环境，例如润滑油的挥发物。含有硫的气体也会使催化珠中毒，例如H2S和SO2。问：如果没有会让催化珠中毒的元素，那是不是其他任何可燃气都能测呢？答：也不是这样。碳链长度超过4个碳的气体，用催化珠测量效果也不好。这涉及到一个失效的原因——积碳。因为催化珠上的催化剂是针对催化CH4而开发的，因此催化珠在催化碳链较长的可燃气时，催化活性可能会不够，从而造成碳粉堆积在催化珠上，造成灵敏度下降。另外，如果碳链过长，意味着气体的比重会比较大，这些气体在工业环境会贴着地面蔓延，而固定式仪表的表头通常是离地面30CM，气体可能会无法进入传感器，下图1-3为固定仪表。图1-3问：如果气体中含有卤素、有机硅、硫或长的碳链，用什么办法测呢？答：如果是这样的被测气体，那我推荐用红外原理的仪表来测量，例如NDIR原理的气体检测仪表。NDIR原理的仪表检测限比催化燃烧传感器更低，寿命长很多倍，不需要氧气参与，也永远不会中毒。如果被测气体比重比较大，我推荐采用泵吸式的采样方法，这样不仅相应速度快，而且检测限更低。催化燃烧传感器参数的定义(二)—测量范围和工作电压2016-02-1509:52:453.测量范围(MeasurementRange)定义：一般说来，催化燃烧传感器的测量范围是100%LEL的甲烷CH4。当然，如果被测气体不是CH4，也有可能超过100%LEL或不到100%LEL。问：100%LEL是什么意思？答：LEL(LowExplosionLevel)是爆炸下限的意思，也就是说，当可燃气浓度在100%LEL以下的时候，气体即使用火点，也是不会爆炸的。如果浓度超过100%LEL，且有氧气和火花点燃，就会爆炸。甲烷的LEL是5%vol，即5%vol对应100%LEL。再举个换算的例子，50%LEL对应多少%vol呢？简单地算一下，是2.5%vol，即5%vol的一半。问：当用测CH4的催化珠测其他可燃气体的时候，校正因子是如何计算的？答：校正因子(RelativeResponse或CorrectionFactor)都是实测的。CF和EC传感器的交叉干扰系数是类似的，计算方法也是类似的。一些品牌的催化珠会给出CF，如果不在这份清单中，也是可以测的，但需要自己做些实验来验证,下图1-1是一些气体对应的校正因子.图1-1问：如果可燃气浓度很低或很高，例如超过100%LEL之后，会发生什么呢？答：如果可燃气浓度很低，例如PPM级别的浓度，催化燃烧传感器是无法分辨的。因为过低的气体浓度产生的热量不足以改变催化珠的温度，催化珠的电阻也就不会改变，所以无法检测。如果可燃气超过100%LEL，催化珠的温度会过高，催化珠上的陶瓷材料会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。另外，如果是高浓度的HC类气体，催化剂会来不及催化，从而造成催化珠积碳，即一层碳粉堆积在催化珠表面，造成灵敏度降低。4.工作电压(OperationVoltage)定义：催化珠能够正常工作的电压，电压是加在两个串联的催化珠之上的，这个电压有一个允许的范围。高于或低于允许的工作电压，催化珠都不能得到很好的性能。问：如果供电电压低于工作电压，会发生什么？答：如果供电电压过低，那么催化珠的温度就不到催化剂能够正常工作的温度，导致其灵敏度会过低，甚至不会发生催化反应。另外，灵敏度还会随着温度的变化而变化，最终导致灵敏度的温度特性不好，下图1-2是推荐操作电路。图1-2问：如果供电电压高于工作电压，会发生什么？答：如果供电电压过高，那么催化珠上的多孔陶瓷会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。问：如果采用脉冲式供电，需要注意些什么？答：首先，催化珠必须是为脉冲式供电而设计的，并且经过严格的测试，特别是高低温和有机硅抗毒实验；其次，脉冲式供电最好是恒流供电，因为过多的电流冲击会损坏催化珠。催化燃烧传感器的定义（三）—灵敏度和工作温度范围2016-02-1509:48:555.灵敏度(Sensitivity)定义：催化燃烧传感器的输出是电压输出，一般用通入1%vol甲烷的输出电压改变量来衡量催化燃烧传感器的灵敏度。灵敏度的范围可以从几个mV/%volCH4到二十几mV/%volCH4。问：催化燃烧传感器的灵敏度是越高越好吗？答：不是的。灵敏度高往往意味着催化珠的铂金丝比较细，热容小，传导散热慢，同样的热能可以使催化珠上升的温度高，导致最终探测元件铂金丝的电阻上升得比较多。高灵敏度的催化珠往往都是便携表使用的。而低灵敏度的催化珠铂金丝比较粗，珠子大，热容也大，传导散热快，同样的热能使催化珠上升的温度也就比较低，导致最终探测元件铂金丝的电阻上升得比较少。问：铂金丝粗或细对应用有什么影响呢？答：铂金丝粗的催化珠一般都用于固定表，这种催化珠电阻小，供电电压低，工作电流大，功耗也很大。这种催化珠用在固定表长期稳定性更好，但缺点是不抗摔，容易断丝。铂金丝细的催化珠一般都用于便携表，这种催化珠电阻大，供电电压高，工作电流小，功耗也较小。这种催化珠除了省电，还有一个优点就是抗摔，抗摔的原因是催化珠的质量较轻。问：灵敏度除了和铂金丝粗细有关系，还和什么有关系？答：和催化剂有关系。不同的催化剂催化CH4的效率不同，造成催化珠获得CH4燃烧的热量不同。因为催化剂的调配要考虑多方面的要求，如：催化珠温度、催化效率、抗硫中毒、抗有机硅中毒、高低温性能、传感器线性、长期稳定性等等，所以催化剂的调配和工艺制作相当困难。6.工作温度范围(TemperatureRange)定义：催化燃烧传感器能够满足规格书上所有性能所能承受的工作温度。问：哪种催化珠的工作温度范围更宽一些？答：用于固定式的较大的催化珠工作温度范围更宽一些。因为中国的消防认证CCCF要求的是-40℃-70℃的工作温度范围，因此绝大多数用于便携表的催化珠并不适用于固定仪表。问：催化珠是否和电化学传感器一样，温度低的时候灵敏度更低？答：不是。对于优良的催化珠而言，是需要做到无论高温还是低温，灵敏度变化应该很小。只有这样，仪表用户才不用做温度补偿软件算法。问：在极端的温度下，通过消防认证的标准是什么？答：国标GB15322.1是甲烷固定表通过消防认证的执行标准。在-40℃和70℃这两个温度点上，通入25%LEL和50%LEL的CH4气体，如果误差小于等于±10%LEL，高低温实现即算合格。催化燃烧传感器参数的定义(四)—湿度范围和响应时间2016-02-1509:47:237.湿度范围(HumidityRange)定义：催化珠能够保证性能，并且不会损坏的工作环境的湿度。一般以相对湿度%RH来表示。问：最恶劣的湿度环境是什么样的呢？答：最恶劣的湿度环境是地下管网。在下水道中或电缆沟中，接近饱和湿度。在这样的地方，不仅湿度高，而且有可能O2浓度低，如果是下水道，还有可能存在H2S。因此，地下管网对催化燃烧传感器的要求是最高的。问：如果环境中湿度高，催化珠又是间歇式工作模式，会发生什么？答：会发生断丝，致命性损坏。发生机理是这样的：1.恒压供电的一瞬间，电流会是正常工作时候的两倍，在这个瞬间比较容易断丝。2.在湿度高的环境中，催化珠如果不工作，表面上会结露，在上电的瞬间，温度迅速上升，液态水迅速气化，会使催化珠爆裂。问：如果环境中湿度高，但催化珠是长期持续工作的，会有影响吗？答：对催化珠没有影响。催化珠只怕液态水，不怕气态水。8.响应时间(ResponseTime)定义：将一定浓度的可燃气通入催化燃烧传感器，响应值到达平稳值的一定比例所需要的时间。通常来说用T50和T90来表征催化燃烧传感器的响应速度。问:催化珠的响应时间和催化燃烧传感器的响应时间是一回事吗？答:不是一回事。催化珠所在的腔体体积是很小的，所以响应时间很快。但是，催化珠封装成传感器之后，死体积增大了，隔爆烧结片也有阻碍气流的作用，因此响应时间会变长。问:T50和T90要求达到多少秒算合格?答:如果要满足IEC60079-29-1的性能测试，T50要满足小于10秒，T90要求小于30秒。问:有哪些因素会影响响应时间?答:影响响应时间的因素有:气流大小、烧结片目数、烧结片厚度、进气的方向、传感器内的死体积、气体扩散的方式。催化燃烧传感器参数的定义(五)—零点漂移和灵敏度漂移2016-02-1510:22:30今天介绍催化燃烧传感器用户最关心的两个参数——零点漂移和灵敏度漂移。在工业现场，对仪表维护人员来说，最烦心的事情莫过于仪表需要经常标定和更换传感器。不仅费时、费钱，还给生产和维护的人员增加很多麻烦。因此，零点漂移和灵敏度漂移小的仪表，在现场最受欢迎。9.零点漂移(BaselineDrift)定义:在洁净空气中，黑白催化珠和两只电阻构成的惠斯通电桥的输出电压为零点，这个零点随时间的变化量称为零点漂移，单位为mV/月，mV/年，%LEL/月或%LEL/年。问：催化珠出厂的时候，零点的失调电压为多少？答：不同的催化珠出厂时，零点失调电压都不相同。固定表用的催化珠零点失调电压低的可以到正负20mV，而便携表用的零点失调电压可以到正负30mV，甚至更高。问：工业现场多少时间检定一次催化燃烧固定表？答：一般说来，6个月一次。要保证在6个月中，催化珠的零点漂移需要小于3%LEL。问：现在市场上零点漂移最小的催化珠是什么型号，小到什么程度？答：City公司的CAT-16，零点的年漂移量是正负3%LEL。10.灵敏度漂移(SensitivityDrift)定义：在通入一定浓度的甲烷气时，黑白催化珠和两只电阻构成的惠斯通电桥的输出电压随时间的漂移量，单位也为mV/月，mV/年，%LEL/月或%LEL