南频-应用笔记-传感器总览

一,范围

此应用手册描述了SPEC电化学气体传感器的操作原理和性能考虑

1, 电化学传感器操作原理

原厂的产品是安培型的气体传感器,根据气体分数容积来成比例地改变电流,一个典型的电化学传感器是如图显示的用两个电极和液体电解液接触.



气体是通过工作(感应)电极来测试的,通常是一个催化金属,来优化和目标气体的反应.测得的气体进入毛细扩散屏障,和电极反应,电化学反应的电子通过外部电路流进或者流出工作电极,基于反应的气体量，工作电极的电流是此传感器的输出信号,工作电极电流和气体浓度是线性的,

副电极的唯一作用就是第二个"半细胞",
允许电子进入或者离开电解液,第3个电极参考电极来改进稳定性,SNR和响应时间,在电解液中提供一个稳定的电化学电动势,
通常保护了的而不暴露在气体样本面前,非常重要不允许有电流通过到参考电极,否则会改变电动势.

2, 传感器如何生产的总览

以前的电化学传感器大个且难以大量生产.原厂使用塑料层压和印刷电路技术做高性能电化学传感器,同时用尺寸小的低成本封装，两个滚子,一个是热的,黏液受热和基材,两个方向移动,印刷电化学膜不动，低功耗,工业安全,环境感知,家庭一氧化碳,更小的尺寸,大量生产



3, 恒压电路操作,

在固定偏置情况下,我们的传感器性能最好。表1推荐了我们传感器的不同偏置。注意:如果标注的是一个偏置范围,那么推荐的偏置就是粗体字体.

控制工作电极的电势且将电流转换成电压的电路叫做恒压器.一个简化的传感器和恒压器如图3

参考电极(RE)的电势是通过U1的脚2的恒定的电压而形成的.U2的脚5形成了工作电极(WE)的电势.WE相对于RE的电压叫做传感器的偏置电压.U2是运放将WE极的电流转换成电压, U1是运放, 产生电压给辅助电(CE),足够产生一个电流,完全相等&相反于工作电极(WE)电流。

注意:

A, 相对于U1的脚3,电化学电池的正偏置是通过配置U2的脚5的电压来完成
B, TIA的增益用R6来实现;电容C1和C2和电阻R5可以调整来匹配电化学电池的特性
C, 模拟或者数字滤波可以改善电路的信噪比特性

4, 测试性能考量:

下面章节讨论的内容
A,电源启动稳定性
B,响应时间&线性度
C,短期环境效应
D,和其它气体的跨灵敏度
E,气体样本 & 材料考虑
F, 校正
G,恶劣环境操作
H, 可靠性测试

4.1开机稳定

在固定偏置情况下,我们的传感器性能最好.在仪表行业,我们建议偏置电压一直打开,因为允许传感器处于"一直待命状态".

4.2 响应时间&线性度

响应非常快, 15秒达到90%,但是为了提高准确度,在校正量程之前,还是建议暴露至少1分钟

在很宽范围的浓度是线性的,级数的三阶量级之后才会有误差（和红外一氧化碳传感器的对比),所以,校正只需要一个单一的气体即可完成.推荐浓度靠近动态范围的中间的时候校正.



4.3 短期环境效应

所有传感器都会受温度影响,因为反应多少和温度相关.幸运的是,基准/0电流和灵敏度/量程对于温度依赖是可以重复的,所以可以很容易补偿.

快速的湿度改变会导致基准/零电流的尖峰,快速稳定回到其原始水平。传感器的灵敏度,范围不受短暂的RH改变而受到影响.

原厂的传感器建议在环境气压下使用,尽量使用最小的真空或者压力在传感器表面。但是, 传感器输出随气压的改变也是接近线性的.

传感器是在标准条件下校正的(温湿度和海拔大气压). 为了获得最佳精度,建议在实际使用场合的气压下校正.

4.4 其它气体的交叉灵敏度

我们的传感器是对目标气体最优化设计。有可能干扰气体和目标气体混合导致产生错误的(正或者负)信号.交叉灵敏度在规格书里面有关于大多数通用的干扰气体。多合一定性产品解释。

4.5 恶劣环境使用需要使用的防护措施

4.5.1传感器需要一直杜绝灰,油,和凝固的湿气。多孔滤网要贴在进气孔上。如果有凝固的湿气,信号和响应时间急剧下降,凝固的环境没有,干燥之后传感器回归常态.

4.5.2通过可替换的可穿透气体的膜片.当对付活性气体比如硫化氢, NO2,SO2和O3的时候,这几种气体测试的选材更重要，可以但是不限于围墙, 管道, 分水器,泵和阀件。

4.5.3常规热属性材料比如ABS和苯乙烯表面吸收导致刮掉气体的表面吸附.铝,铜和聚合物比如尼龙和大多数橡胶会和这些气体反应, 表面吸收产生导致浓度降低,直到表面饱和. 如果没有了气体样本,表面就会释放继而被传感器探测到=慢慢回到环境信号.对于用户来讲就是一个慢的传感器恢复.

4.5.4避免到达传感器之前就吸附, 建议特氟龙，聚丙烯，不锈钢材料。高精度情况下迭尔林(聚甲醛树脂)和聚碳酸酯比较适合机加工器件. Viton弗橡胶和EPDM乙丙橡胶是惯性材料用来密封和驱动膜片.

注意: 当灰尘或者水滴覆盖在用于气体扩散的进气孔，电子自测的方法不能检测由于气体扩散的流逝所导致的响应丢失。如果气体没有到达感应电极, 甚至一个完美的功能的气体传感器也不会响应。在产品设计的时候要保护传感器的感应面,避免灰尘和油污的堆积.这个可以通过可替换的可穿透气体的膜片来实现.

4.6 鉴定和校正 :

产品设计和产品系统设计会极大地影响任何的传感器,包括我们的传感器.为了获得最好的效果,我们建议每个用户在最终产品里面校正.我们保证最高品质的电化学传感器,我们有责任协助你来获得我们产品最佳性能. 我们建议将原厂的工程数据作为一个起点,不是终点,不要将原厂的规格书数据作为产品的评估数据.请仔细阅读每个传感器的规格书并随时咨询我们关于传感器的操作和使用.

- 标准气体,根据传感器的上限浓度来配置,或者知道已知灵敏度来配置,100ppm

4.7 非常恶劣环境的使用

连续(大于10天)低湿度<15%会导致某些传感器的灵敏度(nA/ppm)丢失.同样, 高温情况下>40c持续10天也会这样

4.8 可靠性和寿命

工作电极是分析物的电化学反应的催化极,其本身并不消耗和反应.所以,乐观状态下,传感器会稳定响应工作在无限周期.常规室内环境(23 ± 3 °C, 50 ± 20% RH),寿命10年应该是没有问题的.目前测试显示每百万小时失效率是1.3 FPMH,换个说法就是平均无故障时间是90年=790000/(24*365)累积工作时间,这些测试基于UL2034标准.

写作AN-110寿命自测的目的是用来指导家庭一氧化碳检测仪的设计师基于UL2034标准来开发管理电路.这个信息可以用于其他的本公司的传感器,帮助检测不同的失效模式,线断,短路,液体电解液在极限条件下的干枯

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料号清单:

1, 一氧化碳 3SP_CO_1000, 贴片&插针封装, 20*20*4.88mm
2, 二氧化氮 3SP_NO2_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
3, 硫化氢 3SP_H2S_50, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
4, 二氧化硫 3SP_SO2_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
5, 酒精浓度 3SP_ethanol_1000, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
6, 臭氧 3SP_O3_20, 贴片&插针封装, 20*20*3.98mm
7, 多合一IAQ_100, 室内空气质量监测, 定性分析, 贴片&插针封装, 20*20*3.77
8, 多合一RESP_IRR_20, 人体呼吸有害气体监测, 定性分析, 贴片&插针封装, 20*20*3.77
9, 数字CO模块IOT_CO_1000, 数字输出, 内置校正算法, 即插即用, 44.5 x 20.8 x 8.9 mm

应用:

1,住宅和商业建筑CO监控
2,工业监控
3,通风排气控制
4,娱乐车和轮船CO监控
5,室内空气质量
6,室外空气质量

SPEC-Sensors气体传感器的样品,技术支持,参考设计,评估板请联系代理商 =>座机0755-82565851 邮件 dwin100@dwintech.com 手机156-2521-4151

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