烟气排放检测用电化学NO传感器
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第71期
在环保领域，经常会遇到在线监测NOx的应用。该应用分为监测大气中的NO和NO2，和烟气排放检测NO和NO2。
监测NOx最常见的方法是紫外差分法、化学发光法和电化学法。化学发光法是标准的方法，检测限极低，可以达到1ppb（十亿分之一）或更低，但价格昂贵。紫外差分法，用的是紫外光吸收法，可以达到1ppm的检测下限，或者再低一个数量级。
电化学方法是近十几年发展起来的方法，随着电化学传感器性能的提升，使用量在不断地加大，包括大气监测和烟气排放检测。今天我们介绍一款应用于烟气排放检测用的NO传感器——3NO-2000。
1、 电化学传感器3NO-2000的电路
图1 3NO-2000传感器的参考电路
上图是典型的3NO-2000电化学传感器的应用电路。该传感器的偏压是+300mV，Vbias = VS – VR，误差需要控制在±10mV之内。VR要保证大于500mV，再高一些更好。Vbias保持+300mV偏压的作用是：保证NO能够在催化剂上被氧化成HNO3，并且保持催化效率不变。当NO浓度上升的时候，U1B运放的输出电压是升高的。
传感器和电路刚刚上电的时候，电路中U1B的输出电压是很高的，但会随着时间推移，慢慢地降低，这是一个电极极化的过程。如果要等到信号完全平衡，可能需要十几个小时。断电的时间越短，上电平衡的时间也就越短。这是带偏压的传感器所固有的现象，并不是故障。我们建议使用3NO-2000的仪器内部，放置一个电池，当仪器关机的时候，这部分前放电路的电源一直给前放电路供电。
2、传感器的性能
2.1通气实验
图2 3NO-2000的通气和归零曲线
上图是3NO-2000通入200ppm NO2的时候的响应曲线，在该电路中，增益电阻是10kohm，传感器信号经过电流-电压转换之后，输出是0.17V ~ 0.22V之间，经计算得知，该传感器的灵敏度在85nA/ppm ~ 110nA/ppm之间。
2.2响应速度
图3 3NO-2000的T90分布情况
3NO-2000的响应速度是很快的，通过上图得知T90在15秒以内。
2.3重复性
图4 3NO-2000传感器的重复性曲线
从上图我们可以得知，该传感器的重复性是很好的，6次通气的重复性RSD<2%。
2.4长时间通气
图5 3NO-2000的长时间通气曲线
上图是通气200ppm NO 60分钟的曲线，通过该曲线我们计算得到，平均的衰减量只有0.66%rel。
请注意，NO传感器是需要氧气参与反应的，所以，在做长时间通气实验的时候，请在被测气体中加入少量的O2。
2.5过载实验
图6 3NO-2000持续通入2000ppm NO的过载曲线
上图是通入2000ppm NO时的曲线，可以看出，信号是很平稳的。
2.6线性
图7 3NO-2000的线性分布图
上图中的蓝色菱形是传感器做线性测试时候的均值Average，棕色的方块是(Average+3STDEV)的上限，绿色的三角形是(Average-3STDEV)的下限。线性判决系数R^2可以达到0.997。
2.7零点温度特性
图8 3NO-2000的零点温度曲线
通过上图我们可以得知，该传感器如果在20℃归零的情况下，从低温到常温的零点是很稳定的。但当传感器超过30℃以后，零点会往上太高，在算法上，需要考虑零点的温度补偿。
2.8灵敏度温度特性
图9 3NO-2000的灵敏度温度曲线
通过上图，我们可以看出，3NO-2000从-20℃到50℃的灵敏度温漂是很小的。
2.9湿度特性
图10 3NO-2000的湿度特性曲线
从上图我们可以看出，当被测气体湿度在20%RH ~ 80%RH的情况下，读数准确性是很好的。所以尽量让传感器工作在50%RH的附近。
低湿度会让传感器内部的电解液变干，灵敏度会降低，响应时间会变慢；高湿度会让传感器内部的电解液吸水，当内部电解液漫出毛细孔的时候，传感器会失效。
2.10交叉干扰
下面我列出了一个批次的3NO-2000的交叉响应数据：
表1 3NO-200对7种常见气体的交叉响应
（点击可以放大）
通过上面的表格，我们不难看出，除了NO2的交叉干扰比较大之外，其他的气体对该传感器的响应都还是比较小的。
如果您需要深入了解该传感器，请来电，或加我的微信。我非常愿意为您提供技术咨询。
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