【经验】如何确定红外气体传感器的线性系数和温度补偿系数

时间： 2019-10-10 来源：SGX（Amphenol sensors旗下品牌）

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本文可被用于帮助通过线性化和温度补偿的方法确定在红外气体传感器的目标气体浓度计算过程中使用的系数。电路设计的差异（即灯供应）可能导致这些系数的微小变化，因此可能需要基于该系数的新系数电路设计将安装传感器。每种传感器类型依次需要四个系数（见表1）获得随温度变化的线性输出。此信息应与SGX（安费诺旗下子公司）红外传感器应用程序一起阅读。

表1

建议使用适当的曲线拟合程序来计算“a”和“n”系数。虽然每个系数的值都显示在红外传感器应用说明中，但它们取决于在电路中由SGX Sensortech技术设计的传感器的性能表现。

确定“a”和“n”系数

以下公式用于确定“a”和“n”系数，并通过重新排列用于计算红外传感器应用笔记2：

1 - （Act / [Zero x Ref]） = Span x [1 - exp（-aCn）]

其中：

Act =校准测试气体中有源检测器的峰 - 峰输出，单位为伏特。
Ref =参考探测器的峰峰值输出，单位为校准测试气体中的伏特。零=“零”值（0％vol。测试气体中的Act / Ref）。
Span =作为校准过程的一部分计算的值。注意：确定“a”和“n”时不需要该值，因为它将由曲线拟合程序自动确定。 a =固定线性化系数（使用曲线拟合程序导出）。
C =施加的校准测试气体的浓度，以％体积计（即5％，5％体积），n =固定线性化系数（使用曲线拟合程序得出）。

为了确定系数，建议在至少五个传感器上在整个浓度范围内均匀间隔的十种不同浓度下使用归一化吸光度（1 - [Act /（Zero x Ref）]）的计算。然后使用这些读数的平均值来确定“a”和“n”系数。表2显示了从IR12BD获得的典型数据。

表2

一旦获得该信息，可以在曲线拟合程序中使用以下等式来确定“a”和“n”：

y = s *（1 - exp [-a *（x ^ n）]）

说明：

y =各浓度下的平均归一化吸光度。
x =甲烷浓度。

然后可以运行曲线拟合程序以确定“a”和“n”（可以忽略“s”）。

确定温度系数

为了补偿温度变化，建议采用两级补偿。

首先是阿尔法补偿以补偿零读数的明显变化，其次是Beta补偿弥补跨度读数的明显变化。此信息应与温度一起阅读红外传感器补偿部分应用说明2。

确定Alpha和Beta的原理是转换以下等式，在计算过程中使用以获得a温度补偿浓度，形式为“y = mx + c”，因此“m”（梯度）相当于Alpha或Beta系数。

Alpha补偿（公式1）

归一化透射率（comp）=归一化透射率x（1 +α（T - Tcal）

在这里，

归一化透射率= Act /（Zero x Ref），或归一化透射率= 1 - 归一化吸光度。

Act =有源探测器的峰 - 峰输出，单位为伏特（零气体）。
零=校准程序期间计算的“零”值。
Ref =参考探测器的峰峰值输出，单位为伏特（零气体）。
α= Alpha系数。
T =传感器测得的实际温度，单位为开尔文。
Tcal =在校准程序（见下文）中以开尔文测量的温度（存储在非易失性存储器中）。

Beta补偿（公式2）

跨度（comp）=跨度+ [βx（（T - Tcal）/ Tcal）]

这里：

Span =校准程序期间计算的“Span”值。
β= Beta系数。
T =传感器测得的实际温度，单位为开尔文。
Tcal =校准程序中以开尔文为单位测量的温度。

确定阿尔法（α）温度系数

要将Alpha系数方程更改为“y = m x + c”格式，其中“m”（梯度）将是“α”系数，方程式重新排列1以提供以下内容：

（归一化透射率（comp）/归一化透射率）=α（T-Tcal）+ 1

由于Alpha系数有效地温度补偿零读数，因此归一化的目标值透射率（comp）计算应该等于1，因为这相当于0％vol。浓度。因此：

（1 /归一化透射率）=α（T-Tcal）+ 1

这里：

y =（1 /归一化透射率）
m =α
x =（T - Tcal）
c = 1

要确定Alpha系数，需要y和x的值。建议计算归一化暴露于0％vol时的透射率（Act /（Zero x Ref））用于至少两个不同的环境温度（理想情况下）在至少五个传感器上加入一个极端温度和21°C或更高的正常环境温度。完成这些计算，然后取这些值的平均值。表3显示了从IR12BD获得的典型数据。

表3

现在应绘制“T-Tcal”（x轴）V“1 /（归一化透射率）”（y轴）的图表，从中可以确定Alpha（斜率梯度），如图1所示。下面显示的Alpha值为0.000549。

图1

确定BETA（β）温度系数：

要将Beta系数方程更改为“y = mx + c”格式，其中“m”（梯度）将是“β”系数，公式2重新排列以提供以下内容：

跨度（comp）=βx[（T - Tcal）/ Tcal] +跨度

在这里：

y =跨度（comp）
m =β
x = [（T - Tcal）/ Tcal]
c =跨度

要确定Beta系数，需要y和x的值。建议在计算Span时暴露于校准气体，至少两个不同的环境温度（理想情况下包含一个极端温度），至少五个传感器上的温度和正常环境温度为21°C或更高。然后完成这些计算取这些值的平均值。表4显示了从IR12BD获得的典型数据。

注意：Span =（1 - 归一化透射率）/（1 - exp（-aCn））

表4

现在应绘制“（T - Tcal）/ Tcal”（x轴）V的“Span（comp）”（y轴）图，从中可以得到Beta（斜率梯度）

确定如图2所示。下面显示的Beta值为-0.2097。

图2

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