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紫外光離子化氣體傳感器（二）

文章作者：郭安波文章來(lái)源：諾聯(lián)芯

《接上文》

11. 工作溫度范圍(Operating Temperature Range)

定義: 傳感器能夠正常工作，并且性能指標(biāo)符合規(guī)格書(shū)的溫度范圍。

PID在極端低溫和高溫時(shí)讀數(shù)會(huì)怎么變化?

按照PID的原理，只要紫外燈泡能夠點(diǎn)亮，PID輸出的電流是不會(huì)改變的。也就是說(shuō)，VOC的電離受溫度的影響微乎其微。但是，因?yàn)镻ID內(nèi)部有運(yùn)算放大器，放大器在高溫時(shí)，漏電流會(huì)變大，從而造成讀數(shù)不準(zhǔn)。電流轉(zhuǎn)電壓電阻在高溫時(shí)噪聲也會(huì)增大，從而造成高溫時(shí)分辨率惡化。

PID工作在極端低溫和高溫時(shí)，對(duì)傳感器是否有致命損壞?

有。紫外燈上的窗口是一塊透明晶體，這塊晶體的熱膨脹系數(shù)是各向異性的，但是，玻璃管是非晶體，熱膨脹系數(shù)是各向同性的。隨著溫度的降低和升高，晶體窗口和玻璃管之間會(huì)產(chǎn)生裂縫，造成漏氣，使紫外燈失效。

還有什么會(huì)制約PID的溫度范圍?

安全認(rèn)證會(huì)制約溫度范圍。點(diǎn)亮紫外燈需要高壓交流電場(chǎng)，產(chǎn)生高壓需要變壓器。消耗在變壓器上的電能轉(zhuǎn)化為熱能，造成傳感器溫度上升。如果PID需要本質(zhì)安全認(rèn)證，考慮到傳感器本身的溫升，PID的使用溫度也不會(huì)非常高。

12. 工作濕度范圍(Operating Humidity Range)

定義: PID傳感器能夠保證精度的濕度范圍，一般以相對(duì)濕度%RH來(lái)定義。

如果濕度過(guò)高，會(huì)有什么問(wèn)題?

如果濕度過(guò)高，水蒸氣會(huì)吸收紫外光，導(dǎo)致紫外光子數(shù)量的減少。那么被電離的VOC分子數(shù)也會(huì)相應(yīng)減少，從而造成測(cè)量電流的減小。最終用戶(hù)看到的是比真實(shí)值小的讀數(shù)。高濕度情況下，通常會(huì)有-30%左右的誤差。

如果凝露，讀數(shù)會(huì)怎么變?

如果是使用不久的新PID，如果產(chǎn)生凝露，零點(diǎn)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)負(fù)漂，傳感器靈敏度會(huì)降低。但如果使用環(huán)境惡劣，燈表面附著臟物，凝露會(huì)導(dǎo)致漏電現(xiàn)象產(chǎn)生，那將導(dǎo)致正向的滿(mǎn)量程誤報(bào)產(chǎn)生，需立即清洗電子收集電極和UV燈。

如何消除濕度對(duì)PID讀數(shù)的影響?

辦法很多:

1. 用泵吸式采樣法。加速空氣的流動(dòng)，可以減少凝露的產(chǎn)生。

2. 對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行除濕。例如用冷凝器和Nafion管配合進(jìn)行除濕。當(dāng)然經(jīng)過(guò)Nafion管之后，有一部分的VOC會(huì)有損失，即讀數(shù)偏低一點(diǎn)。

3. 減小離子收集電極和紫外燈之間的距離，從而減少水蒸氣對(duì)紫外光的吸收。

4. 在氣路中增加濕度傳感器，用于濕度補(bǔ)償。

13. 壽命(Expected Life)

定義: 在使用過(guò)程中，傳感器能夠保證性能參數(shù)符合規(guī)格書(shū)的時(shí)間，一般以小時(shí)作為單位。

什么是限制PID壽命的關(guān)鍵因素?

1. 首先是紫外燈。一個(gè)玻璃管和一片氟化物透明晶體將惰性氣體包裹在里面，惰性氣體受到高頻強(qiáng)電場(chǎng)的激發(fā)，產(chǎn)生紫外光。如果惰性氣體泄漏，PID自然就失效了。

2. 其次是收集電極。包裹收集電極的必定是絕緣體，一般是特氟龍塑料。特氟龍塑料長(zhǎng)期在紫外光的照射下，碳鏈會(huì)斷裂，所以結(jié)構(gòu)會(huì)被侵蝕。時(shí)間長(zhǎng)了，收集電極組建就需要更換了。

PID的壽命一般有多長(zhǎng)?

傳感器的電子線路部分是用環(huán)氧灌封的，壽命都在5年以上。

壽命最短的是紫外燈。其壽命最長(zhǎng)約10000小時(shí)，最短的只有兩三千小時(shí)。壽命最長(zhǎng)的是10.6eV的紫外燈，稍短的是9.8eV的，最短的是11.7eV的。

壽命和質(zhì)保期有什么不同?

產(chǎn)品壽命是傳感器能夠正常使用的時(shí)間極限。質(zhì)保期則是一個(gè)商務(wù)概念，一般定為一年，意思是如果產(chǎn)品在1年之內(nèi)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，廠家會(huì)提供免費(fèi)的清洗和更換服務(wù)。

14. 儲(chǔ)存溫度(Storage Temperature)

定義：在這個(gè)儲(chǔ)存溫度下，傳感器能長(zhǎng)期保持出廠時(shí)的性能。一般是0-20℃。

PID儲(chǔ)存需要注意些什么？

PID是物理傳感器，不使用的時(shí)候不會(huì)老化。但要注意，當(dāng)將PID從低溫環(huán)境拿到高溫環(huán)境的時(shí)候，可能會(huì)有冷凝水產(chǎn)生。所以，這時(shí)PID需要靜置一段時(shí)間，讓冷凝水揮發(fā)掉再用。還有一個(gè)辦法，就是PID放在一個(gè)密封包裝里，等傳感器溫度和環(huán)境溫度平衡了以后再開(kāi)啟包裝，這樣就不會(huì)有冷凝水產(chǎn)生了。

15. 氣體電離能(Ionization Energy)

定義：絕大多數(shù)氣體都可以被PID電離，不同的氣體電離能是不同的。PID傳感器之所以有用，是因?yàn)樗軌蛴煤苄〉膫鞲衅黧w積和耗電量測(cè)量ppb到ppm級(jí)別濃度的氣體，特別是可揮發(fā)性的有機(jī)物VOC。

PID除了能夠測(cè)量VOC，也能測(cè)量一些無(wú)機(jī)物，下面是一些常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其電離能的列表。按照電離能升序排列。

上表中：TWA表示8小時(shí)工作時(shí)間允許的極限值；Ceiling代表瞬間暴露的極限值。

在什么樣的情況下會(huì)選擇用PID呢？

最簡(jiǎn)單的回答是“根據(jù)傳感技術(shù)的性?xún)r(jià)比來(lái)決定”。例如，有人想測(cè)量氨氣NH3，他就不會(huì)選用PID，因?yàn)殡娀瘜W(xué)NH3傳感器約幾百元一只，但PID可能要幾千元一只，而且壽命短，維護(hù)成本也高。再例如，有人想測(cè)1ppm以下濃度的苯，他就必須選用PID，因?yàn)槠渌麄鞲衅鲗?duì)測(cè)量低濃度苯測(cè)量幾乎無(wú)能為力，可是苯卻又是高致癌物，存在于燃料油中，必須測(cè)量。

烴類(lèi)的電離能和碳鏈長(zhǎng)短有什么關(guān)系呢？

最常見(jiàn)的PID被測(cè)物質(zhì)是可揮發(fā)性的有機(jī)物VOC。但并非所有的VOC都能被PID所測(cè)量。下面我列了一些常見(jiàn)HC氣體的電離能。按照碳鏈長(zhǎng)度升序排列。