Газовые сенсоры: Типы и принципы выбора

Газовый датчик - это тип преобразователя, который преобразует объемную долю определенного газа в соответствующий электрический сигнал.

В зонде осуществляется обработка пробы газа, проходящей через газовый сенсор, обычно с удалением примесей и мешающих газов, а также с сушкой или охлаждением индикаторной части прибора.

Это устройство, которое преобразует информацию о компонентах газа, концентрации и другие данные в информацию, которая может быть использована персоналом, приборами, компьютерами и т.д.!

Газовые датчики обычно относят к типу химических датчиков, хотя эта классификация может быть не совсем научной.

I. Типы газовых сенсоров

Ниже перечислены типы газовых датчиков:

1. Термобатарейный датчик газа

Термобатарейный газовый датчик - один из самых ранних газовых датчиков, способный обнаруживать различные газы, такие как углекислый газ, метан, кислород и т.д.

Он состоит из термоэлектрического зонда и печатной платы; термоэлектрический зонд определяет концентрацию газа, а печатная плата передает сигналы на дисплей, чтобы пользователь мог просмотреть результаты измерения.

2. Оптический датчик газа

Оптический газовый датчик - один из новейших газовых датчиков, способный обнаруживать различные газы, такие как углекислый газ, метан, кислород и т.д.

Оптический датчик состоит из оптического зонда и печатной платы; оптический зонд определяет концентрацию газа, передавая сигналы на печатную плату, чтобы пользователь мог просмотреть результаты определения.

3. Электрохимический датчик газа

Электрохимический газовый датчик - это распространенный тип газового датчика, который может обнаруживать различные газы, такие как углекислый газ, метан, кислород и т.д.

Он состоит из электрохимического зонда и печатной платы; электрохимический зонд определяет концентрацию газа, а печатная плата передает сигналы на дисплей, чтобы пользователи могли изучить результаты определения.

4. Металлический датчик газа

Металлический газовый датчик - еще один распространенный тип газовых датчиков, способный обнаруживать различные газы, такие как углекислый газ, метан, кислород и т. д.

Он состоит из металлического зонда и печатной платы; металлический зонд определяет концентрацию газа, а печатная плата передает сигналы на дисплей, чтобы пользователи могли просмотреть результаты определения.

5. Инфракрасный датчик газа

Инфракрасный газовый датчик - это новый тип газовых датчиков, способных обнаруживать различные газы, такие как углекислый газ, метан, кислород и т.д.

Он состоит из инфракрасного зонда и печатной платы; инфракрасный зонд определяет концентрацию газа, а печатная плата передает сигналы на дисплей, чтобы пользователь мог просмотреть результаты определения.

II. Принципы выбора газовых датчиков

Газовый датчик - это устройство, преобразующее объемную долю определенного газа в соответствующий электрический сигнал. Далее мы подробно рассмотрим принципы выбора газовых датчиков.

1. Определение типа датчика в зависимости от объекта измерения и окружающей среды

Для решения конкретной измерительной задачи необходимо сначала определиться с типом газового датчика, который может быть определен только после анализа различных факторов. Даже при измерении одной и той же физической величины можно выбрать несколько типов датчиков.

Целесообразность использования датчика зависит от характеристик измеряемого объекта и условий его использования, включая такие факторы, как размер диапазона, требования к объему датчика в месте измерения, контактный или бесконтактный характер измерения, способ вывода сигнала, источник датчика и стоимость.

Учитывая эти факторы, можно определить тип используемого датчика, а затем рассмотреть его конкретные показатели эффективности.

2. Выбор чувствительности

Как правило, в пределах линейного диапазона датчика предпочтительна более высокая чувствительность. Высокая чувствительность приводит к большим выходным сигналам, соответствующим изменениям измеряемой величины, что облегчает обработку сигнала.

Однако датчик с высокой чувствительностью может также легко улавливать шумы, не связанные с измерением, которые могут усиливаться и влиять на точность измерений. Поэтому датчик должен иметь высокое отношение сигнал/шум, чтобы свести к минимуму помехи из внешнего мира.

Чувствительность датчика зависит от направления. Если измеряемый объект является однонаправленной величиной и его направленность важна, следует выбирать датчик с низкой чувствительностью в других направлениях.

Если измеряемый объект представляет собой многомерный вектор, предпочтительнее использовать датчик с меньшей перекрестной чувствительностью.

3. Характеристики частотной характеристики

Характеристики частотной характеристики датчика определяют частотный диапазон измерений. Он должен поддерживать неискаженные условия измерения в допустимом диапазоне частот.

На практике отклик датчика всегда имеет задержку, и желательно, чтобы эта задержка была как можно меньше. Датчик с высокочастотным откликом может измерять широкий диапазон частот сигнала.

Из-за конструктивных особенностей механических систем, которые часто обладают большой инерцией, для измерения низкочастотных сигналов больше подходят датчики с низкой частотой.

При динамических измерениях характеристики отклика должны соответствовать характеристикам сигнала (стационарным, переходным, случайным и т.д.), чтобы избежать чрезмерных ошибок.

4. Линейный диапазон

Линейный диапазон датчика - это диапазон, в котором выходной сигнал пропорционален входному. Теоретически, в этом диапазоне чувствительность остается постоянной. Более широкий линейный диапазон означает больший диапазон измерений и обеспечивает определенную точность измерений.

При выборе датчика необходимо проверить, соответствует ли его диапазон предъявляемым требованиям после определения его типа.

Однако в реальности ни один датчик не может гарантировать превосходную линейность, а линейность - понятие относительное.

Когда требуемая точность измерения относительно низка, в определенном диапазоне, датчики с небольшими нелинейными погрешностями могут быть аппроксимированы как линейные, что значительно упрощает процесс измерения.

5. Стабильность

Под стабильностью понимается способность датчика сохранять свои характеристики неизменными после определенного периода использования.

Факторы, влияющие на долговременную стабильность датчика, включают не только его структуру, но и среду использования. Поэтому газовый датчик должен обладать высокой адаптивностью к окружающей среде, чтобы обеспечить хорошую стабильность.

Прежде чем выбрать датчик, необходимо изучить условия его эксплуатации и выбрать подходящий датчик или принять соответствующие меры для уменьшения влияния окружающей среды, исходя из этих условий. Стабильность датчика имеет количественные показатели.

После превышения срока использования датчик следует откалибровать перед применением, чтобы определить, изменились ли его характеристики.

В ситуациях, когда датчик должен использоваться в течение длительного времени и не может быть легко заменен или откалиброван, выбранный датчик должен иметь более жесткие требования к стабильности и быть способным выдерживать длительные испытания.

6. Точность

Точность - важный показатель работы датчика и критический фактор, влияющий на точность измерений всей измерительной системы. Чем выше точность датчика, тем он дороже.

Поэтому точность датчика должна соответствовать требованиям к точности всей измерительной системы, и нет необходимости выбирать слишком высокую точность.

Таким образом, можно выбрать более дешевый и простой датчик из множества датчиков, отвечающих той же цели измерения.

Если целью измерения является качественный анализ, следует выбирать датчик с высокой повторяемостью, и нет необходимости выбирать датчик с отличной количественной точностью.

Если целью является количественный анализ и необходимы точные значения измерений, следует выбрать датчик с уровнем точности, соответствующим требованиям.