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環境濕度導致傳感器內部的電解質變干

發布時間:2020/11/10 12:41:06 訪問次數:1207

每個傳感器的靈敏度可能不同,因此必須調整放大器的增益以使信號鏈性能最大化。對設計人員而言,僅這兩個因素就增加了可配置測量通道(其應能與不同傳感器接口而無需更改 BOM 或原理圖)的設計復雜度。單個測量通道的簡化框。

就像任何其他電子系統一樣,集成是演進中的一個邏輯步驟,通過集成可設計出更高效、更強大的解決方案。集成的單芯片氣體檢測信號鏈通過集成TIA(互阻放大器)增益電阻或將數模轉換器用作傳感器偏置電壓源等措施來簡化系統設計。由于信號鏈集成,測量通道可以通過軟件來全面配置,以與眾多不同類型的電化學傳感器接口,同時降低設計的復雜性。

這種集成信號鏈的功率要求也明顯降低,這對于以電池壽命為關鍵考慮因素的應用至關重要。最后,由于降低了信號鏈的噪聲水平,并且有可能利用性能更好的信號處理器件(如TIA或ADC),因此測量精度得以提高。

信號鏈集成是向前邁出的重要一步,但它本身并未解決電化學氣體傳感器的根本缺點,即其性能會隨著使用時間推移而下降。不難理解,這是傳感器的工作原理和結構所導致的。工作條件也會致使性能下降并加速傳感器老化。傳感器精度會降低,直到變得不可靠,不再適合完成其任務。在這種情況下,通常的做法是讓儀器下線并手動檢查傳感器,這既耗時又昂貴。然后,根據其狀況,可以重新校準傳感器并再次使用,或者可能需要予以更換。這會招致相當大的維護成本。通過利用電化學診斷技術,可以分析傳感器的健康狀況并有效補償性能變化。

在低相對濕度下的加速壽命測試中,傳感器靈敏度和阻抗之間的相關性

導致性能下降的常見因素包括溫度、濕度和氣體濃度過高或電極中毒。短時間暴露于較高溫度(50°C以上)一般是可以接受的。但是,讓傳感器反復經受高溫會導致電解質蒸發,并對傳感器造成不可逆轉的損壞,例如引起基線讀數偏移或響應時間變慢。另一方面,超低溫度(-30°C以下)會大大降低傳感器的靈敏度和響應能力。

濕度是對傳感器壽命影響最大的因素。電化學氣體傳感器的理想工作條件是20°C和60%相對濕度。環境濕度低于60%會導致傳感器內部的電解質變干,從而影響響應時間。另一方面,濕度高于60%會導致空氣中的水被傳感器吸收,從而稀釋電解質并影響傳感器的特性。吸收水分還會導致傳感器泄漏,可能致使引腳腐蝕。

劣化機制的幅度即使不是非常大,也會影響傳感器。電解質耗盡之類的事情是自然發生的,會導致傳感器老化。無論工作條件如何,老化過程都會限制傳感器的壽命,不過某些EC Sense氣體傳感器的工作時間可超過10年。

可以使用電化學阻抗譜(EIS)或計時安培分析法(在觀測傳感器輸出的同時施加偏置電壓脈沖)等技術來分析傳感器。


EIS是利用正弦信號(通常為電壓)激勵電化學系統而進行的頻域分析測量。在每個頻率下,流過電化學電池的電流都會被記錄下來,用于計算電池的阻抗。

(素材來源:eccn和ttic.如涉版權請聯系刪除。特別感謝)


每個傳感器的靈敏度可能不同,因此必須調整放大器的增益以使信號鏈性能最大化。對設計人員而言,僅這兩個因素就增加了可配置測量通道(其應能與不同傳感器接口而無需更改 BOM 或原理圖)的設計復雜度。單個測量通道的簡化框。

就像任何其他電子系統一樣,集成是演進中的一個邏輯步驟,通過集成可設計出更高效、更強大的解決方案。集成的單芯片氣體檢測信號鏈通過集成TIA(互阻放大器)增益電阻或將數模轉換器用作傳感器偏置電壓源等措施來簡化系統設計。由于信號鏈集成,測量通道可以通過軟件來全面配置,以與眾多不同類型的電化學傳感器接口,同時降低設計的復雜性。

這種集成信號鏈的功率要求也明顯降低,這對于以電池壽命為關鍵考慮因素的應用至關重要。最后,由于降低了信號鏈的噪聲水平,并且有可能利用性能更好的信號處理器件(如TIA或ADC),因此測量精度得以提高。

信號鏈集成是向前邁出的重要一步,但它本身并未解決電化學氣體傳感器的根本缺點,即其性能會隨著使用時間推移而下降。不難理解,這是傳感器的工作原理和結構所導致的。工作條件也會致使性能下降并加速傳感器老化。傳感器精度會降低,直到變得不可靠,不再適合完成其任務。在這種情況下,通常的做法是讓儀器下線并手動檢查傳感器,這既耗時又昂貴。然后,根據其狀況,可以重新校準傳感器并再次使用,或者可能需要予以更換。這會招致相當大的維護成本。通過利用電化學診斷技術,可以分析傳感器的健康狀況并有效補償性能變化。

在低相對濕度下的加速壽命測試中,傳感器靈敏度和阻抗之間的相關性

導致性能下降的常見因素包括溫度、濕度和氣體濃度過高或電極中毒。短時間暴露于較高溫度(50°C以上)一般是可以接受的。但是,讓傳感器反復經受高溫會導致電解質蒸發,并對傳感器造成不可逆轉的損壞,例如引起基線讀數偏移或響應時間變慢。另一方面,超低溫度(-30°C以下)會大大降低傳感器的靈敏度和響應能力。

濕度是對傳感器壽命影響最大的因素。電化學氣體傳感器的理想工作條件是20°C和60%相對濕度。環境濕度低于60%會導致傳感器內部的電解質變干,從而影響響應時間。另一方面,濕度高于60%會導致空氣中的水被傳感器吸收,從而稀釋電解質并影響傳感器的特性。吸收水分還會導致傳感器泄漏,可能致使引腳腐蝕。

劣化機制的幅度即使不是非常大,也會影響傳感器。電解質耗盡之類的事情是自然發生的,會導致傳感器老化。無論工作條件如何,老化過程都會限制傳感器的壽命,不過某些EC Sense氣體傳感器的工作時間可超過10年。

可以使用電化學阻抗譜(EIS)或計時安培分析法(在觀測傳感器輸出的同時施加偏置電壓脈沖)等技術來分析傳感器。


EIS是利用正弦信號(通常為電壓)激勵電化學系統而進行的頻域分析測量。在每個頻率下,流過電化學電池的電流都會被記錄下來,用于計算電池的阻抗。

(素材來源:eccn和ttic.如涉版權請聯系刪除。特別感謝)


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