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PID光离子传感器原理解析

电化学传感器原理解析

三电极传感器标准电路图

标气使用推荐

气体传感器常见问题指南

PID光离子传感器

光离子气体传感器又称PID 气体传感器。采用光离子电离气体的原理制成的光离子气体传感器，具有体积小，灵明度高，即插即用，本安型等特点，光离子气体传感器在有机挥发物（VOCs）等微量气体的检测方面具有无可比拟的优势，因此可以非常便捷的集成到手持/台式/固定式气体探测系统中。

光离子气体传感器（PID）是采用光离子电离气体的原理进行气体检测的。具体的说，就是使用离子灯产生的紫外光对目标气体进行照射/轰击，目标气体吸收了足够的紫外光能量后就会被电离，通过检测气体电离后产生的微小电流，即可检测出目标气体的浓度。典型的光离子型气体传感器结构示意图如下：

光离子气体传感器（PID）主要用于有机挥发物（VOCs）的检测，这些挥发物包括：

芳香类：苯、二甲苯、萘等；
饱和烃和不饱和烃类：辛烷、乙烯、环己烷等；
酮、醛、醚类：丙酮、丙醛、丙甲醚等；
卤代烃类、硫代烃类、醇类、酯类、肼类等。
此外，可检测的无机物包括：砷、氨。

下列物质是不能用光离子传感器去探测的：

空气，包括：N2，O2，CO2 和水，
有毒有害气体：CO， HCN，SO2。
天然气：CH4、C2H6.
酸类：HCL，HF，HNO3。

其他：氟利昂、O3

绝大多数空气成分（N2、O2 和CO2）的光离子能量都高于离子灯所能提供的能量，所以空气的成分是不会被检测到的。因此，光离子气体传感器（PID）非常适合用来检测环境气体中的有机挥发物（VOCs），而且不受空气的干扰，检测精度可以达到ppb 级别。

目前，光离子气体传感器（PID）已经被集成到手持、固定式、台式气体探测器以及专业的实验检测仪器上，广泛应用在化工、石油、环保、制药、酿酒等诸多行业，为安全生产、环境保护和危害检测保驾护航。

电化学传感器

气体扩散进入传感器就在催化电极上发生反应，或则为氧化反应（大多数气体），或则为还原反应（二氧化氮、氯和臭氧）。每一反应均可用标准化学方程式的形式表示。例如，一氧化碳在敏感电极上的氧化可用方程式表示如下：

CO+H₂O→CO₂+2H⁺+2e-

根据目标气体在敏感电极上反应的不同，对于其它气体也可以导出类似的方程式：

硫化氢（H₂S）： H₂S+4H₂O→H₂SO4+8H⁺+8e-

二氧化硫（SO₂）：SO₂+2H₂O→H₂SO4+2H⁺+2e

一氧化氮（NO）： NO+2H₂O→HNO₃+3H⁺+3e

二氧化氮（NO₂）：NO₂+2H⁺+2e-→NO+H₂O

氢（H₂）： H₂→2H⁺+2e-

氯（CL₂）： CL₂+2H⁺+2e-→2HCL

氯化氢（HCL）： HCL→1/2CL₂+H⁺+e-

臭氧（O₃）： O₃+2H⁺+2e-→O₂+H₂O

氨（NH₃）： NH₃+ H+→NH₄⁺

磷化氢（PH₃）：PH₃+4H₂O→H₃PO₄+8H⁺+4e-

本公司传感器的设计保证了对被测气体有很高的稳定性，主打三电极标准4系列产品,分工作电极（W），计数电极（C）和参比电极（R）,尤其引进的参比电极使得传感器寿命增长、稳定优越。另外三电极系统的好处在于能给传感器施加一“偏置”电压使得电化学反映活性较低的气体也能被氧化或者被还原。这样一种施加有偏压的器件能促进那些在通常条件下在参考电极电位下不能发生的反应。如在测量ETO、HCl和NO时，传感器的设计使得工作电极在较参考电极电位更正的条件下工作。这就是所谓的“偏压”操作。一般提供300mV或者200mV偏置。

标气使用推荐

气体的合理使用对传感器的标定和测试的准确性影响较大，所以我们工程师需要大致了解一下气体的理化性能，才能合理的对传感器进行标定和分析。

一般正常情况下单个传感器测试，流量控制在100-300ml/min即可。常见于不溶于水的气体，例如：CO，O₂，CH₄，NO,H₂等。

刺激性毒气，这部分气体大都溶于水，少数极易溶于水。常见气体有：H₂S、NH₃、HF、HCl、Cl₂、ETO等等，由于很多标定测试环境达不到洁净实验室/车间要求，外界因素影响标定很大。主要有：

1. 相对湿度大：气体容易吸附并容易水。
2. 温度过低：如在5℃以下，气体活性低，难于释放。
3. 气路过长、气路材质：管道壁容易吸附气体，尤其浓度低。
4. 标气本身的稳定性，这类气体不同厂家配制出的浓度和稳定性差异还是很大的，尤其在浓度低的情况下很难配置，即使配置来的标气使用也不佳。常见于：HF,HCl，Cl2等，浓度在0-10ppm不佳。

吸附性气体按顺序增加排序：

SO₂＜H₂S＜NO₂＜Cl₂＜NH₃＜HCl（HF）＜C₂H₄0＜O₃

面对以上气体，我们的工程师需要采取一定措施以降低吸附性。首先尽量保持环境室温下，相对湿度40-65%，尽量缩短气体路，管路材质应选用聚四氟乙烯或者316不锈钢，即使如此，像Cl₂和HF这类气体仍能吸附，此时用加大流量。另外客户会对传感器探头或者仪器再加O型圈或者过滤网，也应该选用聚四氟乙烯，像不锈钢网对HCl，NH₃，NO₂，O₃等仍较大吸附，影响传感器性能。

为了提高准确度，我们对传感器标定的浓度和流量做合适的数据作为推荐参考，当然如果客户难于做到推荐的，可以尽量选用传感器量程的上限浓度来做校准，吸附强流量可增大。

产品系列	推荐浓度	推荐流量
CO系列	200-400ppm	100-300ml/min
H₂S-AS	20-50ppm	200-400ml/min
NO2-CT	20ppm	200-400ml/min
SO2-CT	20ppm	200-400ml/min
NO-HS	50ppm	200-400ml/min
Cl2-DS/ Cl2-LS	10-20ppm	500ml/min以上
ETO-AS	50ppm	200-400ml/min
THT-LS	20ppm	200-400ml/min
PH₃-CS	10ppm	200-400ml/min
HCN-LS	20ppm	500ml/min以上
HF-DS	10ppm	500ml/min以上
HCl-LS	30ppm	500ml/min以上
NH3系列	30ppm	500ml/min以上
各毒气大量程	一般选用量程中间值浓度上下即可	200-400ml/min

技术

1.校准周期一般多久？

传感器影响因素很多，如：温度、湿度、压强以及暴露于气体类型及浓度的高低、时间的长短。一般建议每12个月标定一次，对于要求高的安全应用，可自行缩短校准周期

2.购买的传感器还需要老化吗？

对于PID传感器以及0mV偏压的电化学传感器不需老化即可使用。我们已对0mV偏压的传感器短接。对于带偏压的传感器购买后至少老化24小时后使用（如：HCl、ETO、NO等传感器）

3.高浓度暴露

对于长时间使用高浓度气体，传感器寿命回减短，并且其恢复时间会很长。

4.传感器pin严禁焊锡焊接，可能会导致壳体电解液泄漏。

5.传感器避免接触有机溶剂，如涂料，各种油渍，药剂，硅橡胶和一些胶黏剂，会导致过滤膜腐蚀严重影响性能。

6.零点的标测定，应在洁净的空气中或者通入N₂.

7, 传感器的防水透气膜禁止撕毁，或者堵塞通气孔。

8，传感器工作需要多少氧气？

一些通过氧化目标气体来生成输出数据的传感器，譬如一氧化碳传感器，在对逆电极需要有氧气来平衡因氧化反应而造成的氧气减少。通常仅需要几千ppm的氧气，而且这由样本气体中的氧气提供。即使样本气体无氧，短时间内传感器内部也有充足的氧气供应。对大多数传感器来说，备用电极也需要少量氧气供应，因为如果传感器持续在绝氧环境中工作，它可能还是会发生信号回落。

9，传感器出现信号比技术指标低很多原因

● 测试通气流量过于小
● 客户传感器上额外放置扩散膜，如有些聚氨酯类还对刺激性气体有强吸附性。若真有必要额外加膜应选聚四氟乙烯材质。
● 没有标气条件下的自配气体

10，关于交叉系数或者灵敏度

我们不保证按其做为标定或者测试的标准数据，此数据受环境影响较大，如大气压，温湿度，地域差异等，客户使用应按实际测试。

11，传感器选择

按选型表根据使用浓度的大小选定，如，大量程的传感器去测试低浓度的气体，将出现分辨率不够无法显示，小量程则相反，测试高浓度会超量程，长时间并可能损坏传感器