當(dāng)氣體濃度過高時(shí),也有可能造成傳感器性能下降。通常,電化傳感器在測(cè)試時(shí),極限氣體濃度是其設(shè)計(jì)濃度的十倍。使用高質(zhì)量催化劑的傳感器應(yīng)該可以承受這樣的情況,并不會(huì)對(duì)其化學(xué)特性或長(zhǎng)期性能造成損壞。而使用低質(zhì)量催化劑的傳感器則有可能造成損壞。
潮濕是對(duì)傳感器影響最大的因素。電化傳感器的理想工作環(huán)境應(yīng)當(dāng)是20℃,60%RH(相對(duì)濕度)。當(dāng)環(huán)境濕度超過60%RH時(shí),電解質(zhì)會(huì)因?yàn)槲账侄♂?。在極端情況下,電解質(zhì)體積會(huì)增加2~3倍,很有可能造成電解質(zhì)從傳感器設(shè)備體通過接口滲漏。而當(dāng)濕度低于60%RH時(shí),電解質(zhì)則有可能脫水。隨著電解質(zhì)脫水,設(shè)備反應(yīng)時(shí)間也會(huì)顯著延長(zhǎng)。
通過對(duì)傳感器進(jìn)行稱重,可以迅速簡(jiǎn)便地判斷出電解質(zhì)的稀釋和脫水情況。與出廠重量相比,當(dāng)傳感器重量有±250mg以上的變化時(shí),則說明傳感器的性能很有可能受到了影響。通過將傳感器置于相反的極端濕度環(huán)境中,電解質(zhì)原來的稀釋或脫水情況都是可逆的。在5~25天的時(shí)間里,傳感器的重量和電解質(zhì)濃度都可以恢復(fù)到初始狀態(tài),性能也一并得到恢復(fù)。
要提醒大家注意的是,傳感器的靈敏度可能會(huì)隨著周圍環(huán)境的情況而變化。一個(gè)原本反應(yīng)不靈敏、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的傳感器可能會(huì)隨著環(huán)境濕度的變化而有所改善。這種情況在四季氣候變化鮮明的國(guó)家則更為突出。氫硫化物傳感器的性能尤其與周邊環(huán)境聯(lián)系更為緊密。一臺(tái)固定式探測(cè)器中的傳感器的靈敏度和反應(yīng)時(shí)間很有可能在按照當(dāng)?shù)氐臏囟葷穸日{(diào)試穩(wěn)定后的兩三周內(nèi)發(fā)生改變。當(dāng)傳感器在安裝前存放在非常干燥的環(huán)境中時(shí)(比如帶空調(diào)的辦公室),這種情況尤為普遍。
在特殊情況下,干擾氣體可能會(huì)因?yàn)楸淮呋瘎┪栈蛘吲c催化劑發(fā)生反應(yīng)生成副產(chǎn)品抑制催化劑,進(jìn)而破壞傳感器電極。
強(qiáng)烈的震動(dòng)和機(jī)械沖擊也可能會(huì)損傷將鉑電極、連接條(某些傳感器中是金屬線)和接口連接在一起的焊點(diǎn),從而損壞傳感器,但是這種情況對(duì)架構(gòu)牢固的傳感器來說并不多見。
含過濾功能的氣體傳感器
在有些傳感器上安裝有化學(xué)過濾器,以盡可能消除干擾氣體,尤其是硫化物氣體帶來的影響。這些過濾器的使用年限有限,通常用ppm/小時(shí)來定義其對(duì)干擾氣體的耐受水平。因?yàn)闅怏w濃度有高低之分,所以ppm/小時(shí)這個(gè)度量單位也許會(huì)不太精確。在目標(biāo)氣體暴露時(shí)間減半的情況下,一個(gè)標(biāo)稱1000ppm/小時(shí)的過濾器也不一定能把使用時(shí)間延長(zhǎng)兩倍。
當(dāng)過濾器飽和時(shí),傳感器與干擾氣體產(chǎn)生交叉反應(yīng)的程度隨之加重(比如探測(cè)硫化氫氣體,H2S,或者二氧化硫,SO2的傳感器)。當(dāng)交叉反應(yīng)發(fā)生時(shí),用戶當(dāng)然無法判斷他們所使用的傳感器到底是在與SO2還是H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
有機(jī)過濾器(碳基)雖然非常高效,但是不可再生,而且在環(huán)境濕度超過50%RH時(shí),過濾器會(huì)因?yàn)闅饪锥氯柡?。所以,化學(xué)過濾器的功效會(huì)在高濕度環(huán)境下下降。
對(duì)氣體傳感器更換工作進(jìn)行計(jì)劃
儀器操作人員渴望通過預(yù)測(cè)傳感器使用年限對(duì)傳感器更換工作進(jìn)行提前計(jì)劃,這樣服務(wù)工程師在現(xiàn)場(chǎng)維修的時(shí)候就可以帶來新的傳感器,避免了設(shè)備停機(jī)或重復(fù)派人的問題。反言之,如果用戶能夠有把握將例行傳感器更換周期延長(zhǎng),那么他們也自然可以降低更換傳感器的成本。
電化學(xué)氣體傳感器使用年限的預(yù)測(cè)是一門非常不精確的科學(xué),設(shè)備的使用年限、壽命會(huì)受到本文中所提及的種種因素影響,每種具體應(yīng)用中的情況各有不同。在實(shí)際操作中,用戶要么根據(jù)制造商的建議按照固定時(shí)間周期對(duì)傳感器進(jìn)行更換,或者根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更換(比如每?jī)扇旮鼡Q一次),抑或是發(fā)現(xiàn)傳感器對(duì)測(cè)試氣體沒有足夠反應(yīng)的時(shí)候進(jìn)行更換。在定期更換模式下,用戶得到保證——傳感器總是“嶄新的”,但恰恰是因?yàn)檫@樣的一再保證,用戶卻多掏了保險(xiǎn)費(fèi),因?yàn)楸桓鼡Q下來的傳感器事實(shí)上還能正常工作相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。只有在表現(xiàn)出靈敏度明顯下降(或者反應(yīng)時(shí)間過分延長(zhǎng))時(shí),傳感器才有可能在服務(wù)周期之間發(fā)生故障(一般僅為六個(gè)月)并進(jìn)行更換。
如何發(fā)現(xiàn)傳感器故障?
在過去的幾十年里,人們?cè)跉怏w傳感器上應(yīng)用了若干種的專利和技術(shù),雖然這些技術(shù)都宣稱可以發(fā)現(xiàn)電化學(xué)傳感器發(fā)生故障的情況,但是大多數(shù)的技術(shù)僅僅是推斷傳感器在某種電極刺激下工作,而且可能僅提供了一種虛假的安全感。展示傳感器處于工作狀態(tài)的唯一可靠方法就是使用測(cè)試氣體并測(cè)量傳感器的反應(yīng)——即快速測(cè)試或者全面校準(zhǔn)。
事實(shí)上,電化學(xué)傳感器并不具備自動(dòng)防故障功能。在干凈的空氣中,它們輸出零信號(hào)電流,在它們報(bào)廢前,即便暴露在目標(biāo)氣體中,仍然輸出零電流。所以,我們無法保證一部氣體探測(cè)儀器對(duì)所發(fā)生的故障進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。