儀器的一般概念
2025年01月15日 08:01:31
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儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。各類儀器儀表按不同特征，例如功能、檢測控制對象、結(jié)構(gòu)、原理等還可再分為若干的小類或子類。如工業(yè)自動化儀表按功能可分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；其中檢測儀表按被測物理量又分為溫度測量儀表、壓力測量儀表、流量測量儀表、物位測量儀表和機械量測量儀表等；同樣，再繼續(xù)分類下去，溫度測量儀表按測量方式又分為接觸式測溫儀表和非接觸式測溫儀表；接觸式測溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電阻式等。 其他各類儀器儀表的分類法大體類似，主要與該儀器的發(fā)展過程、使用習(xí)慣和有關(guān)產(chǎn)品的分類有關(guān)。儀器儀表在分類方面尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同樣，儀器儀表的命名也存在類似情況。 在現(xiàn)實實際工作中，我們經(jīng)常將儀器儀表分為兩個大類：自動化儀表和便攜式儀器儀表，自動化儀表指需要固定安裝在現(xiàn)場的儀表，也稱現(xiàn)場安裝儀器儀表或者表盤安裝儀器儀表，這類儀表需要和其他設(shè)備配套使用，以完成某一項或幾項功能；便攜式儀器儀表是指單獨使用，有時也叫檢測儀器儀表。 儀器儀表還有一種分類，叫一次儀表和二次儀表，一次儀表指傳感器這類直接感觸被測信號的部分，二次儀表指放大、顯示、傳遞信號部分。 有毒有害氣體檢測儀是測量儀器的一種，因此其分類和命名也需要遵守以上的分類習(xí)慣，并且在其設(shè)計和使用的過程中也要遵循儀器設(shè)計和使用的一般概念。 簡單地指出有毒有害氣體“有”或者“無”或者濃度“大”或者“小”的儀表，我們一般稱之為“報警器”，“檢漏儀”，比如常見的，簡單的泄漏檢測儀等等；將具有有毒有害氣體濃度以數(shù)字或表頭直觀顯示讀出的儀表一般稱之為檢測儀，比如固定式氣體檢測儀；如果整個儀表還包括電源、電路、顯示的儀表一般稱作為檢測儀器，如復(fù)合式氣體檢測儀器（或簡稱氣體檢測儀）。 將各種各樣的氣體傳感器和檢測器同相關(guān)的電子電路、儀器外殼、相關(guān)配件結(jié)合起來就可以制造出可以實用的氣體檢測儀器，這一過程設(shè)計到了電子、工藝、工程、試驗設(shè)計等等龐大的系統(tǒng)工程。特別是由于氣體本身性質(zhì)的復(fù)雜性，氣體檢測儀從工作原理、特性分析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨立的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個個紛繁龐雜的儀表工業(yè)，從根本上講，一個實用的氣體檢測儀表必須達到性能包括： 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指氣體檢測儀器在整個工作時間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，這取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有待測氣體時，整個工作時間內(nèi)傳感器基線輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于待測氣體中時輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于10%。 靈敏度：靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對目標(biāo)氣體的閾限制(毒性PC或者TLV)或爆炸下限(LEL)的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。 選擇性：選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個響應(yīng)等價于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。交叉靈敏度會降低測量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。 容忍性：容忍性是指傳感器暴露于高體積分數(shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體濃度10~20倍，并可以在可能被損壞之前得到保護，在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應(yīng)盡可能小。 氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過選擇適合的檢測原理來決定。選擇適當(dāng)?shù)臋z測原理和新技術(shù)是提高氣體傳感器的敏感特性、選擇能力的基本手段。 在選用有毒有害氣體檢測報警儀器之前，我們還需要對儀器本身的一些性能參數(shù)有些了解?，F(xiàn)在已經(jīng)可以從各個渠道得到儀器廠家所提供的產(chǎn)品樣本，其中對儀器性能指標(biāo)的描述是用戶選購產(chǎn)品的依據(jù)。但不幸的是，比較各個儀器制造商的性能差別還存在一些問題，這主要是各制造商使用術(shù)語的不同。有些術(shù)語很直觀通用，但其它一些可能會有特別的意義。一個例子就是濃度范圍，電化學(xué)傳感器一般都有一個可以連續(xù)工作的“正常范圍”，在此范圍內(nèi)使用不會有任何的損害，并且會得到一個準(zhǔn)確的結(jié)果。同時，電化學(xué)傳感器也可以間斷地或短期地在“正常范圍”外，只要不超過它的“臨界濃度”，也可以正常工作。如果在正常濃度范圍之外長時間工作，不斷的長期反應(yīng)就會造成電解液會飽和，就可能得不到準(zhǔn)確的結(jié)果。短期的暴露在“臨界濃度”附近的環(huán)境濃度不會對傳感器造成致命的損壞，但若暴露在“臨界濃度”之外將損壞傳感器。 由于氣體傳感器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，除非特殊說明，常見氣體傳感器都是遵循各個國家的安全健康標(biāo)準(zhǔn)（而這些大部分指標(biāo)都是國際通用的）需要而設(shè)計制造，比如其檢測范圍（量程）一般達到允許濃度的10倍左右即可正常使用，因此，氣體檢測儀器的性能指標(biāo)都大致相近。當(dāng)然，儀器的電路和運算處理也會對測量的濃度范圍產(chǎn)生影響，也就是說，同樣的傳感器安在不同的儀器上會有不同的性能。氣體檢測儀器性能的根本區(qū)別在于制造商對于氣體檢測技術(shù)的長期和深刻的理解和儀器電子和工藝技術(shù)設(shè)計水平的差異。
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