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TA-06 专利格栅电极消除湿度对PID的影响

专利格栅电极消除湿度对PID的影响

简介

过去,PID最大的局限性是对周围环境湿度的敏感性。湿度的影响有两方面:1)因湿度增高造成的淬灭效应导致了对VOC响应降低(假阴性)和2)当湿度高于90%RH响应急剧升高和漂移(假阳性)。当传感器是新的或是最近清洁过的不会出现第二种情况,但经过几天的使用后由于细微的灰尘会聚积在传感器上,造成传感器壁上的电流泄露,此时就会造成一定问题。该种读数的升高在土壤顶空测量时尤为明显,或者是在美国墨西哥湾沿岸这类地区,仪器在空调房里校准后带到室外的潮湿空气中,湿度通常就会接近100%RH了。

 

在,多种可以减小湿度影响的解决办法:1)仪器装有湿度传感器,且使用补偿算法校正PID的读数2)入接上干燥管以干燥气流和3)通过Nafion® 管来加湿校准气体使其与环境空气的湿度相平衡。但这些方法也有很多局限性。湿度传感器比PID传感器的响应慢,会导致出现漂移补偿的现象。虽然新的RH传感器响应会更快,但湿度对每种传感器的影响都不同,所以补偿算法会导致同一制造商的不同装置出现超过或低于补偿。干燥管会增加成本,减慢PID的响应以及因为吸附而降低响应,特别是较重的化合物。还有加湿校准气体只适用于特定的湿度,且湿度改变后就不再准确了。补偿和加湿校准气体都无法解决在高湿度下的漂移高数问题。

 

100 ppm异丁烯RH影响

1比较了湿度对英国离子科学有限公司新版本的Tiger(固件版本V4.20)和竞争对手的设备1的影响。设备1 无论在开启或关闭的状态下都可以操作湿度补偿。该设备在开启模式下提供湿度补偿,并需要通过电脑下载切换到关闭模式。Tiger没有湿度补偿模式,因为其传感器本身就不受湿度的影响,如图1所示。设备1的湿度补偿模式关闭时,当湿度增高,对100ppm异丁烯的读数降低,在湿度接近100%时响应降至只有60ppm

 

1. Tiger和竞争对手设备1RH影响                     图2. Cub和竞争对手设备2RH影响

 

 

湿度补偿模式打开后,在接近100%RH下测量100 ppm异丁烯,设备1过度补偿,且显示读数高达160 ppm。相反,Tiger在任何湿度下读数都接近100 ppm,只有百分之几的实验误差。

 

2通过对Cub和设备2两种小型PID(都带有10.6 eV灯)的比较,也能得出相似的结论:Cub不受湿度影响,响应读数接近100 ppm;但设备2在接近100% RH时响应读数会降至60 ppm 。设备2无湿度补偿模式,因此在高湿度下只会读出低读数。

 

不同浓度下的RH影响

85%RH101000 ppm异丁烯浓度下进行了更多的湿度测试。图3显示在所有浓度下,Tiger读数在标准读数的10%以内;而竞争对手的设备2有更明显的误差 ,湿度补偿关闭时误差可达-34%,开启湿度补偿后误差高达+62%设备1在低于500 ppm的浓度时会过度补偿,超过700ppm时则补偿不足。

 

3. 85%RH下测量误差与异丁烯浓度

 

 

总结

与本身不受湿度影响的传感器相比,湿度补偿肯定不够精确。设备1使用的补偿算法在异丁烯浓度低于600 ppm时会出现明显的过度补偿,以及高湿度下,异丁烯浓度高于800 ppm时会出现补偿不足。而补偿关闭时,除非异丁烯浓度高于700 ppm,否则在高湿度下设备读数会偏低。因此,读数过低或过高都会导致过度暴露的危险,此时则可能在不需要时动用到个人防护设备。英国离子科学有限公司的PID不会出现这种湿度影响,他们能提供更精确的读数。

 

附录:消除湿度影响的原理

4和图5比较了普通PID和英国离子科学有限公司PID的传感器设计。大多数PID中气流都会穿过滤膜,虽然经过过滤,但还是有些微小的尘粒会进入传感器并堆积在壁上。而在Ion Science的传感器中,99%的气流都会穿过传感器,只有约1%会透过滤膜扩散,使得传感器能保持干净。图4和图5左边的放大图显示了灰尘堆积在壁上。当这些污染遇上高湿度,它会比干净的Teflon ® 吸收更多的水蒸气,从而带有导电性并可能导致电流泄漏。传统PID的泄漏表现为漂移的、持续增长的读数,而英国离子科学有限公司PID的格栅电极能捕获泄漏电流,无假阳性响应。虽然没有图解,但英国离子科学有限公司的传感器还具有一个更短的光程,从而通过水蒸气来消除假阴性淬火,如图1和图2所示。

 

 

传统PID

 

 

 4.  普通PID传感器设计,气流穿过传感器室,无格栅电极

 

Ion Science PID

 5.   英国离子科学有限公司PID传感器的防污设计和格栅电极消除假阳性和假阴性湿度影响

 

 



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