一種電化學(xué)傳感器的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電化學(xué)傳感器的標(biāo)定方法，具體涉及一種通過擬合電化學(xué)傳感器 的零點及量程的溫度曲線W及交叉干擾的溫度曲線，對傳感器的輸出進行標(biāo)定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 最早的電化學(xué)傳感器可W追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時用于氧氣監(jiān)測。到了 20世 紀(jì)80年代中期，小型電化學(xué)傳感器開始用于檢測陽L范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體，并顯示 出了良好的敏感性與選擇性。
[0003] 目前，六氣化硫（W下簡稱sig電氣設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，對送種電氣設(shè)備分解 物檢測工作也更加被關(guān)注，國內(nèi)有多家單位都有生產(chǎn)該類檢測設(shè)備。氣體具有卓越的 絕緣性能和滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于各種輸變電設(shè)備中。純凈的氣體在常溫常壓下無 色、無味、無毒，不可燃，理化性質(zhì)穩(wěn)定，但若設(shè)備內(nèi)部存在局部放電、重燃和嚴(yán)重過熱性故 障時，Si^e氣體將發(fā)生分解，產(chǎn)生SO 2、HzS、C0、HF、SOFz、SO2F2、SF4、化等有害化合物，不僅會 使SFe電氣設(shè)備絕緣性能下降，而且會嚴(yán)重威脅人身安全。
[0004] 由于SFe電氣設(shè)備內(nèi)部故障時所產(chǎn)生的分解產(chǎn)物的濃度小，因此要求檢測方法必 須有較高的靈敏度和穩(wěn)定性。電化學(xué)法比化學(xué)比色法、電離法、動態(tài)離子法靈敏度高、穩(wěn)定 性好、耗氣量少、響應(yīng)速度快，能有效地檢出設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障。因此，SFe電氣設(shè)備分 解產(chǎn)物中S化、HzS、C0等有害氣體大多采用電化學(xué)法進行監(jiān)測，基于該要求的電化學(xué)傳感器 來自不同生產(chǎn)廠商，對送種電化學(xué)傳感器的性能指標(biāo)提出準(zhǔn)確的評價，是實際應(yīng)用中不可 或缺。
[0005] 由于絕大多數(shù)電化學(xué)傳感器的輸入-輸出特性是準(zhǔn)線性的，在電化學(xué)傳感器的制 造、裝配、研制、使用、修理等不同過程中，都需要對傳感器進行標(biāo)定。傳感器的標(biāo)定，是指通 過某種試驗建立傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系進而確定該傳感器在不同使用條件下的誤 差的過程。
[0006] 現(xiàn)在壓力傳感器、振動傳感器和溫度傳感器都有自己的標(biāo)定方法，氣體傳感器的 標(biāo)定還一直依賴于使用由標(biāo)準(zhǔn)計量部口提供的標(biāo)準(zhǔn)濃度物質(zhì)進行標(biāo)定的方法。
[0007] 關(guān)于氣體傳感器的標(biāo)定，有文獻記載，包括"零點"標(biāo)定和"量程"的標(biāo)定的操 作。按照目前被認(rèn)可和采用的標(biāo)準(zhǔn)操作，檢測過程中要求連續(xù)供氣，但對于低濃度、高揮發(fā) 性、高反應(yīng)活性及高危險性（有毒有害易燃易爆）等標(biāo)定樣品不易配制、儲存、攜帶或使用， 存在技術(shù)及安全風(fēng)險。
[0008] 文獻記載中標(biāo)定過程大多直接W傳感器的測量值為標(biāo)定對象。但電化學(xué)傳感器的 零點極易漂移，量程也隨時間不斷衰減，造成測量值也相應(yīng)變化，導(dǎo)致與溫度沒有固定函數(shù) 相關(guān)性，送些因素會影響標(biāo)定結(jié)果。
[0009] 傳感器輸入-輸出之間的工作特性，總是存在著非線性、滯后和不重復(fù)性，對于線 性傳感器而言，就希望找出一條直線使它落在傳感器每次測量時實際呈現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)曲線內(nèi)， 并相對各條曲線上的最大偏離值與該直線的偏差為最小，來作為標(biāo)定直線。標(biāo)定工作線可 用直線方程y = kx+b來表示，方程中的b是傳感器的初始零點輸出值，k是傳感器的輸出 靈敏度，通過求解方程式，即可確定標(biāo)定時傳感器的理論零點和理論斜率。由于方程式中的 X和y是傳感器測量得到的實驗數(shù)據(jù)，現(xiàn)在有不同的方法對多個數(shù)據(jù)點進行擬合，使之在某 種意義下誤差最小。擬合就是把平面上一系列的點，用一條光滑的曲線連接起來。因為送 條曲線有無數(shù)種可能，從而有各種擬合方法。擬合的曲線一般可W用函數(shù)表示。根據(jù)送個 函數(shù)的不同有不同的擬合名字。
[0010] 按照目前的標(biāo)定方法，用電化學(xué)氣體傳感器測量氣體濃度時，其信號S通常滿足 如下測量方程：s = L*C+C。;其中，C為一定氣體濃度值；C。為傳感器在無氣體感應(yīng)時的信號 輸出值，即零點；L為傳感器氣體感應(yīng)靈敏度。目前采用平均斜率法進行擬合，計算比較簡 單，使用時比較方便。但是，實際的輸入輸出關(guān)系并不是直線關(guān)系，標(biāo)定過程中存在著較大 的誤差。
[0011] 目前缺少針對不同生產(chǎn)商出廠的，監(jiān)測S&電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的電化學(xué)傳感器的 標(biāo)定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種電化學(xué)傳感器的標(biāo)定方法，對使用中的傳感 器提供性能評價，滿足使用者對傳感器性能的測試甄選的現(xiàn)實要求。
[0013] 本發(fā)明提出了一種電化學(xué)傳感器的標(biāo)定方法，該方法包括：
[0014] 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，通過動態(tài)配氣裝置向待標(biāo)定電化學(xué)傳感器輸入不同濃度的標(biāo)準(zhǔn) 氣，測定所述電化學(xué)傳感器的輸出值，確定該傳感器的標(biāo)定零點；
[0015] 于-2(TC~4(TC溫度范圍內(nèi)，擬合所述待標(biāo)定電化學(xué)傳感器的零點及量程的溫度 曲線；
[0016] 于-2(TC~4(TC溫度范圍內(nèi)，擬合所述待標(biāo)定電化學(xué)傳感器交叉干擾的溫度曲 線。
[0017] 在本發(fā)明的一個實施方案中，通過動態(tài)配氣裝置向待標(biāo)定電化學(xué)傳感器配比輸出 濃度為 5 μ L/L、10 μ L/U20 μ L/U50 μ L/L 濃度的氣體。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的標(biāo)定方法，溫度曲線采用最小二乘法二次多項式處理和求取擬 合而得到。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的標(biāo)定方法，擬合待標(biāo)定電化學(xué)傳感器的零點及量程的溫度曲 線、擬合待標(biāo)定電化學(xué)傳感器交叉干擾的溫度曲線，均通過于-2(TC~4(TC溫度范圍內(nèi)選 定至少5個數(shù)據(jù)點。
[0020] 在本發(fā)明的一個實施方案中，于-2(TC~4(TC溫度范圍內(nèi)選定至少7個數(shù)據(jù)點，且 所述數(shù)據(jù)點間的差值相同。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的標(biāo)定方法，標(biāo)準(zhǔn)氣根據(jù)所標(biāo)定電化學(xué)傳感器監(jiān)測對象而定，干 擾氣是對所標(biāo)定電化學(xué)傳感器有吸收的氣體。
[0022] 在本發(fā)明的一個實施方案中，電化學(xué)傳感器可W為用于監(jiān)測六氣化硫電氣設(shè)備的 電化學(xué)傳感器。
[0023] 在本發(fā)明的一個實施方案中，電化學(xué)傳感器可W包括二氧化硫電化學(xué)傳感器、硫 化氨電化學(xué)傳感器或一氧化碳電化學(xué)傳感器等。
[0024] 在本發(fā)明的一個實施方案中，電化學(xué)傳感器為二氧化硫電化學(xué)傳感器，所述標(biāo)準(zhǔn) 氣可W為二氧化硫與六氣化硫的混合氣，所述干擾氣可W包括一氧化碳和/或硫化氨；
[00巧]在本發(fā)明的一個實施方案中，電化學(xué)傳感器為一氧化碳電化學(xué)傳感器，所述標(biāo)準(zhǔn) 氣可W為一氧化碳與六氣化硫的混合氣，所述干擾氣可W包括SO和/或硫化氨；
[0026] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述電化學(xué)傳感器為硫化氨電化學(xué)傳感器，所述標(biāo) 準(zhǔn)氣可W為硫化氨與六氣化硫的混合氣，所述干擾氣可W包括一氧化碳和/或二氧化硫。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明提供的標(biāo)定方法，需要確定傳感器的標(biāo)定零點，采用動態(tài)配氣技術(shù)提 供標(biāo)準(zhǔn)氣，測定所述電化學(xué)傳感器的輸出值后實現(xiàn)零點的標(biāo)定。動態(tài)配氣法是使已知濃度 的原料氣與稀釋氣按恒定比例連續(xù)不斷地進入混合器混合，從而可W連續(xù)不斷地配制并供 給一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣動態(tài)輸出，根據(jù)兩股氣流的流量比可計算出稀釋倍數(shù)，根據(jù)稀釋倍數(shù) 計算出標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度。
[002引在具體實施方案中，所述動態(tài)輸出不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣，可W是從5 μ L/L到50 μ L/ L。所述標(biāo)準(zhǔn)氣為原料氣與稀釋氣的混合氣，標(biāo)準(zhǔn)氣濃度為標(biāo)準(zhǔn)氣中所含原料氣體積與標(biāo)準(zhǔn) 氣總體積之比，例如：對于SFe電氣設(shè)備檢測所用SO 2電化學(xué)傳感器時，稀釋氣為SF 原料 氣為S02,標(biāo)準(zhǔn)氣為S02與SF e的混合氣，若標(biāo)準(zhǔn)氣濃度50 μ L/L，指每升標(biāo)準(zhǔn)氣中含SO 2氣體 濃度為50 μ以使兩種氣體按照設(shè)定的體積比進入動態(tài)配氣裝置混合后輸出，送入待標(biāo)定的 S化電化學(xué)傳感器。本發(fā)明采用動態(tài)配氣裝置向待標(biāo)定電化學(xué)傳感器輸入標(biāo)準(zhǔn)氣，對于低濃 度標(biāo)準(zhǔn)氣的輸入不但能連續(xù)不斷提供大量的標(biāo)準(zhǔn)氣，而且能快速、準(zhǔn)確地獲得所需濃度的 標(biāo)準(zhǔn)氣，例如濃度為5 μ L/L、10 μ L/L等濃度狀態(tài)。
[0029] 文獻記載中標(biāo)定過程大多直接W傳感器的測量值為標(biāo)定對象，但電化學(xué)傳感器的 零點極易漂移，量程也隨時間不斷衰減，造成測量值也相應(yīng)變化，使之與溫度沒有固定函數(shù) 相關(guān)性。工程經(jīng)驗表明；如果完全按傳感器的測量值處理，標(biāo)定結(jié)果有時不太理想。因此， 標(biāo)定對象有待進行改進，本發(fā)明方案中采用混合氣體的相對誤差作為標(biāo)定對象。
[0030] 本案發(fā)明人通過對電化學(xué)傳感器溫度特性的研究發(fā)現(xiàn)；一定體積分?jǐn)?shù)的氣體，在 不同溫度環(huán)境下測量，傳感器的輸出值不同，而且溫度范圍越大，輸出波動相應(yīng)的越大。對 于電化學(xué)傳感器的標(biāo)定工作線方程；S = L*C+C。經(jīng)試驗傳感器的零點和量程與溫度成線性 關(guān)系，本發(fā)明的具體實施方案中，為更有效防止和降低特殊傳感器受溫度的影響，可W采用 二次多項式曲線處理和求取擬合，二次多項式為；y =曰。+曰聲+曰2義2。所W，本發(fā)明的方案還 包括擬合-2(TC~4(TC溫度范圍內(nèi)傳感器測量值的溫度曲線的處理。
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