電化學氣體檢測設備的技術(shù)挑戰(zhàn)
電化學氣體傳感器是一種久經(jīng)驗證的技術(shù)，其歷史可以追溯到1950年代，當時開發(fā)了用于氧氣監(jiān)測的電化學傳感器。這種技術(shù)的首批應用之一是葡萄糖生物傳感器，用于測量葡萄糖的缺氧情況。在接下來的幾十年中，該技術(shù)得到了發(fā)展，傳感器變得小型化并能檢測多種目標氣體。
電化學氣體傳感器的優(yōu)缺點
電化學氣體傳感器的普及可以歸因于其線性輸出、低功耗要求和良好的分辨率。此外，一旦根據(jù)目標氣體的已知濃度進行校準，其測量的重復性和精度也非常好。數(shù)十年來技術(shù)的發(fā)展，讓這些傳感器可以對特定氣體類型提供非常好的選擇性。
由于其優(yōu)點眾多，工業(yè)應用（例如用于保護工人安全的有毒氣體檢測）率先采用了電化學傳感器。這些傳感器的運行經(jīng)濟性促進了區(qū)域有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)的部署，確保了采礦、化學工業(yè)、沼氣廠、食品生產(chǎn)、制藥工業(yè)等行業(yè)員工的安全環(huán)境條件。
盡管檢測技術(shù)本身在不斷進步，但自電化學氣體檢測出現(xiàn)以來，其基本工作原理以及與生俱來的缺點并未改變。通常，電化學傳感器的保質(zhì)期有限，一般為六個月至一年。傳感器的老化也會對其長期性能產(chǎn)生重大影響。傳感器制造商通常會指定傳感器靈敏度每年最多可漂移20%。此外，雖然目標氣體選擇性已有顯著改善，但傳感器仍存在對其他氣體的交叉敏感性問題，導致測量受到干擾和讀數(shù)出錯的幾率增加。傳感器性能還與溫度相關，必須在內(nèi)部進行溫度補償。
技術(shù)挑戰(zhàn)
設計先進氣體檢測系統(tǒng)需要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)可以分為三類，分別對應于系統(tǒng)生命周期的不同階段。
首先是傳感器制造挑戰(zhàn)，例如制造可重復性以及傳感器的表征和校準。制造過程本身雖然已高度自動化，但不可避免地會給每個傳感器帶來差異。由于這些差異，傳感器必須在生產(chǎn)過程進行表征和校準。
其次，在系統(tǒng)的整個生命周期中都存在技術(shù)挑戰(zhàn)。這包括系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，例如信號鏈設計或功耗考慮。另外，工業(yè)應用中特別注重電磁兼容性(EMC)和功能安全合規(guī)性，這會對設計成本和上市時間產(chǎn)生負面影響。工作條件也起著重要作用，并對保持所需性能和使用壽命提出了挑戰(zhàn)。電化學傳感器在其使用壽命期間會老化和漂移（這是這種技術(shù)的本性），導致需要頻繁校準或更換傳感器。如果在惡劣環(huán)境中運行，性能的變化會進一步加速，如本文后面所述。在延長傳感器使用壽命的同時保持其性能，是許多應用的關鍵要求之一，尤其是在系統(tǒng)擁有成本至關重要的情況下。
第三，即使采用了延長使用壽命的技術(shù)，所有電化學傳感器最終都會達到其生命終點，此時性能不再滿足要求，需要更換傳感器。有效檢測壽命結(jié)束條件是一個挑戰(zhàn)，若能解決這個挑戰(zhàn)，便可減少不必要的傳感器更換，從而大幅降低成本。更進一步，若能準確預測傳感器何時將失效，氣體檢測系統(tǒng)的運行成本將會降低更多。
我司生產(chǎn)的建大仁科硫化氫變送器RS-H2S-*-2-100P采用定電位電解型傳感器對H2S濃度進行監(jiān)測，屬于電化學測量的一種，具有低功耗、高精度、高靈敏度、線性范圍寬、抗干擾能力強、優(yōu)異的重復性和穩(wěn)定性的優(yōu)點。
在全部氣體檢測應用中，電化學氣體傳感器的利用率都在增加，這給此類系統(tǒng)的物流、調(diào)試和維護帶來了挑戰(zhàn)，導致總擁有成本增加。因此，人們采用具有診斷功能的專用模擬前端來減少技術(shù)缺點（主要是傳感器壽命有限）帶來的影響，確保氣體檢測系統(tǒng)長期可持續(xù)且可靠。
