一種電化學傳感器的標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電化學傳感器的標定方法，具體涉及一種通過擬合電化學傳感器 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定的方法。
【背景技術】
[0002] 最早的電化學傳感器可W追溯到20世紀50年代，當時用于氧氣監測。到了 20世 紀80年代中期，小型電化學傳感器開始用于檢測陽L范圍內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電氣設備的應用日益廣泛，對送種電氣設備分解 物檢測工作也更加被關注，國內有多家單位都有生產該類檢測設備。氣體具有卓越的 絕緣性能和滅弧性能，被廣泛應用于各種輸變電設備中。純凈的氣體在常溫常壓下無 色、無味、無毒，不可燃，理化性質穩定，但若設備內部存在局部放電、重燃和嚴重過熱性故 障時，Si^e氣體將發生分解，產生SO 2、HzS、C0、HF、SOFz、SO2F2、SF4、化等有害化合物，不僅會 使SFe電氣設備絕緣性能下降，而且會嚴重威脅人身安全。
[0004] 由于SFe電氣設備內部故障時所產生的分解產物的濃度小，因此要求檢測方法必 須有較高的靈敏度和穩定性。電化學法比化學比色法、電離法、動態離子法靈敏度高、穩定 性好、耗氣量少、響應速度快，能有效地檢出設備內部的潛伏性故障。因此，SFe電氣設備分 解產物中S化、HzS、C0等有害氣體大多采用電化學法進行監測，基于該要求的電化學傳感器 來自不同生產廠商，對送種電化學傳感器的性能指標提出準確的評價，是實際應用中不可 或缺。
[0005] 由于絕大多數電化學傳感器的輸入-輸出特性是準線性的，在電化學傳感器的制 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定。傳感器的標定，是指通 過某種試驗建立傳感器輸出與輸入之間的關系進而確定該傳感器在不同使用條件下的誤 差的過程。
[0006] 現在壓力傳感器、振動傳感器和溫度傳感器都有自己的標定方法，氣體傳感器的 標定還一直依賴于使用由標準計量部口提供的標準濃度物質進行標定的方法。
[0007] 關于氣體傳感器的標定，有文獻記載，包括"零點"標定和"量程"的標定的操 作。按照目前被認可和采用的標準操作，檢測過程中要求連續供氣，但對于低濃度、高揮發 性、高反應活性及高危險性（有毒有害易燃易爆）等標定樣品不易配制、儲存、攜帶或使用， 存在技術及安全風險。
[0008] 文獻記載中標定過程大多直接W傳感器的測量值為標定對象。但電化學傳感器的 零點極易漂移，量程也隨時間不斷衰減，造成測量值也相應變化，導致與溫度沒有固定函數 相關性，送些因素會影響標定結果。
[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的標準曲線內， 并相對各條曲線上的最大偏離值與該直線的偏差為最小，來作為標定直線。標定工作線可 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據，現在有不同的方法對多個數據點進行擬合，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 條曲線有無數種可能，從而有各種擬合方法。擬合的曲線一般可W用函數表示。根據送個 函數的不同有不同的擬合名字。
[0010] 按照目前的標定方法，用電化學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時的信號 輸出值，即零點；L為傳感器氣體感應靈敏度。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，實際的輸入輸出關系并不是直線關系，標定過程中存在著較大 的誤差。
[0011] 目前缺少針對不同生產商出廠的，監測S&電氣設備分解產物的電化學傳感器的 標定方法。
【發明內容】
[0012] 本發明所解決的技術問題是提供一種電化學傳感器的標定方法，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實要求。
[0013] 本發明提出了一種電化學傳感器的標定方法，該方法包括：
[0014] 在標準狀態下，通過動態配氣裝置向待標定電化學傳感器輸入不同濃度的標準 氣，測定所述電化學傳感器的輸出值，確定該傳感器的標定零點；
[0015] 于-2(TC~4(TC溫度范圍內，擬合所述待標定電化學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，擬合所述待標定電化學傳感器交叉干擾的溫度曲 線。
[0017] 在本發明的一個實施方案中，通過動態配氣裝置向待標定電化學傳感器配比輸出 濃度為 5 μ L/L、10 μ L/U20 μ L/U50 μ L/L 濃度的氣體。
[0018] 根據本發明提供的標定方法，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] 根據本發明提供的標定方法，擬合待標定電化學傳感器的零點及量程的溫度曲 線、擬合待標定電化學傳感器交叉干擾的溫度曲線，均通過于-2(TC~4(TC溫度范圍內選 定至少5個數據點。
[0020] 在本發明的一個實施方案中，于-2(TC~4(TC溫度范圍內選定至少7個數據點，且 所述數據點間的差值相同。
[0021] 根據本發明提供的標定方法，標準氣根據所標定電化學傳感器監測對象而定，干 擾氣是對所標定電化學傳感器有吸收的氣體。
[0022] 在本發明的一個實施方案中，電化學傳感器可W為用于監測六氣化硫電氣設備的 電化學傳感器。
[0023] 在本發明的一個實施方案中，電化學傳感器可W包括二氧化硫電化學傳感器、硫 化氨電化學傳感器或一氧化碳電化學傳感器等。
[0024] 在本發明的一個實施方案中，電化學傳感器為二氧化硫電化學傳感器，所述標準 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]在本發明的一個實施方案中，電化學傳感器為一氧化碳電化學傳感器，所述標準 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] 在本發明的一個實施方案中，所述電化學傳感器為硫化氨電化學傳感器，所述標 準氣可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] 根據本發明提供的標定方法，需要確定傳感器的標定零點，采用動態配氣技術提 供標準氣，測定所述電化學傳感器的輸出值后實現零點的標定。動態配氣法是使已知濃度 的原料氣與稀釋氣按恒定比例連續不斷地進入混合器混合，從而可W連續不斷地配制并供 給一定濃度的標準氣動態輸出，根據兩股氣流的流量比可計算出稀釋倍數，根據稀釋倍數 計算出標準氣的濃度。
[002引在具體實施方案中，所述動態輸出不同濃度的標準氣，可W是從5 μ L/L到50 μ L/ L。所述標準氣為原料氣與稀釋氣的混合氣，標準氣濃度為標準氣中所含原料氣體積與標準 氣總體積之比，例如：對于SFe電氣設備檢測所用SO 2電化學傳感器時，稀釋氣為SF 原料 氣為S02,標準氣為S02與SF e的混合氣，若標準氣濃度50 μ L/L，指每升標準氣中含SO 2氣體 濃度為50 μ以使兩種氣體按照設定的體積比進入動態配氣裝置混合后輸出，送入待標定的 S化電化學傳感器。本發明采用動態配氣裝置向待標定電化學傳感器輸入標準氣，對于低濃 度標準氣的輸入不但能連續不斷提供大量的標準氣，而且能快速、準確地獲得所需濃度的 標準氣，例如濃度為5 μ L/L、10 μ L/L等濃度狀態。
[0029] 文獻記載中標定過程大多直接W傳感器的測量值為標定對象，但電化學傳感器的 零點極易漂移，量程也隨時間不斷衰減，造成測量值也相應變化，使之與溫度沒有固定函數 相關性。工程經驗表明；如果完全按傳感器的測量值處理，標定結果有時不太理想。因此， 標定對象有待進行改進，本發明方案中采用混合氣體的相對誤差作為標定對象。
[0030] 本案發明人通過對電化學傳感器溫度特性的研究發現；一定體積分數的氣體，在 不同溫度環境下測量，傳感器的輸出值不同，而且溫度范圍越大，輸出波動相應的越大。對 于電化學傳感器的標定工作線方程；S = L*C+C。經試驗傳感器的零點和量程與溫度成線性 關系，本發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，本發明的方案還 包括擬合-2(TC~4(TC溫度范圍內傳感器測量值的溫度曲線的處理。
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