PID傳感器介紹以及工作原理

在石油、石化、化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域， 大量存在著揮發(fā)性有機化合物（ Volatile Organic Compounds ， 簡稱VOC）。按照美國環(huán)保局（EPA）的定義：全部帶碳的化合物都稱為有機化合物，而揮發(fā)性有機化合物是指沸點在50～260℃、室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa 的易揮發(fā)性化合物，其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類等。

在工業(yè)領(lǐng)域很多危險隱患的根源是有害物質(zhì)超標，而這些危險有害物質(zhì)絕大部分都是VOC，在易燃易爆物料生產(chǎn)運輸管理、化工物料泄漏、熱交換流體、工業(yè)衛(wèi)生、室內(nèi)空氣質(zhì)量、環(huán)境保護、密閉空間迚入、應(yīng)急事故檢測中，對VOC 的檢測具有非常重要的作用。

VOC 成分組成非常復雜，在工業(yè)現(xiàn)場往往也是各種不同氣體混合存在，無法像常規(guī)的電化學傳感器那樣針對每種揮發(fā)性有機氣體進行檢測，因此需要能對于揮發(fā)性有機化合物總量進行測定的儀器。

什么是PID?
光離子化報警器可以檢測10ppb(parts billion)到10000ppm(parts per million)的VOC，PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器，PID可以看成一個“低濃度LEL檢測器”。

PID傳感器的優(yōu)點

1） 精度高

高精度的光離子化傳感器可以檢測到ppb級別（十億分之一）的有機氣體，一般的光離子化氣體傳感器可以檢測到ppm級(百萬分之一)的有機氣體，精度超過紅外傳感器等大多數(shù)常用傳感器；

2） 對檢測氣體無破壞性

光離子傳感器在將氣體吸入后將其電離，而氣體分子形成的離子在放電后又形成了原先的氣體分子，對原氣體分子無破壞性。

3）響應(yīng)速度快、壽命長

除了在氣體檢測系統(tǒng)在開機后預(yù)熱的一段時間，在正常工作狀態(tài)下，光離子氣體傳感器幾乎可以實時做出反應(yīng)，可以連續(xù)測試。在這檢測危險氣體時，對保障檢測人員健康有重要意義。一般一支紫外燈的壽命在數(shù)千小時，光離子傳感器在此期間均可正常工作，有很長的使用壽命。

4） 應(yīng)用范圍廣

光離子傳感器對大多數(shù)有機和部分無機氣體均可檢測，可以廣泛應(yīng)用于化工、運輸、軍事、航天等領(lǐng)域。由于光離子化氣體傳感器對于檢測物的濃度變化特別敏感，在初始個人防護確認、泄露區(qū)域確認、清除污染等方面有重要作用。

PID檢測儀的工作原理

PID 使用了一個紫外燈（UV）光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負電荷幵將其轉(zhuǎn)化為電流信號實現(xiàn)氣體濃度的測量。當待測氣體吸收高能量的紫外光時，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后，很快會電子結(jié)合重新組成原來的氣體和蒸汽分子。PID 是一種非破壞性檢測器，它不會改變待測氣體分子，經(jīng)過PID 檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。

紫外燈的選擇

PID傳感器上可以使用的紫外燈（UV）有9.8eV、10.6eV、11.7eV3種。但是所有11.7eV的紫外燈都是用氟化鋰材料作為高能紫外線輸出窗口。氟化鋰晶體材料在燈管玻璃上的封裝是相當困難的。當它不使用時在空氣中氟化鋰晶體材料會吸收水分，導致窗口漲大，削弱了通過它的紫外線的強度。氟化鋰晶體材料也會因為UV的照射而逐漸老化，導致整個儀器損壞。這些因素共同作用導致了11.7eV燈壽命的縮短。一個10.6eV、的紫外燈可持續(xù)使用12-24個月，而一個11.7eV的燈只能持續(xù)使用2-6個月。

同時11.7eV的紫外燈的造價進進高于9.8eV和10.6eV，進一步降低了其實用性。 11.7eV的紫外燈一般只有當化合物（二氯甲烷，四氯化碳）的電離電位超過10.6eV時才使用。同時，9.8和10.6eV具有很多11.7eV的紫外燈不具有的特點： 9.8和10.6eV的PID有更強的針對特性：低電離能意味著能檢測到較少的化學物質(zhì)。9.8和10.6eV的PID持續(xù)使用不少于一年：它的使用壽命和一氧化碳傳感器相當。

9.8和10.6eV的PID更加靈敏，11.7eV的燈靈敏度較低，主要是出于它的窗口材料氟化鋰晶體對11.7eV的紫外光有阻礙作用。出射光能量的降低使得被測物質(zhì)難以充分電離，因此，要求11.7eV的PID高精度地檢測出準確的數(shù)據(jù)是很難實現(xiàn)的。基于上述原因，應(yīng)該選擇10.6eV的紫外燈作為PID光源。

PID 檢測儀的標定

氣體檢測儀的標定是建立在對于一個已知濃度的已知氣體相應(yīng)的離子電流的基礎(chǔ)上。其它氣體的儀器響應(yīng)是和它們本身的性質(zhì)有關(guān)的，一個10ppm 的讀數(shù)表明儀器產(chǎn)生了一個與10ppm 標定氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個讀數(shù)的實際濃度可能多于也可能少于這個值。

由于PID 讀數(shù)總是和標定氣體有關(guān)，因此這個讀數(shù)應(yīng)當表述為標定氣體相關(guān)的ppm 單位，而不能直接使用實際的測量濃度值，除非檢測的污染物同標定氣體一樣，或者儀器的讀數(shù)已經(jīng)得到校正。
通常PID 使用異丁烯進行標定，原因是在PID 可檢測的VOC 中，傳感器對于異丁烯的響應(yīng)靈敏度處于平均水平，比較容易獲得，在低濃度時無毒、不易燃。

PID 校正系數(shù)

由于揮發(fā)性有機化合物種類繁多，使用PID 檢測儀測量VOC 時，除了進行總量（TVOC）以外，還可以測量某種特定的氣體，這時就需要使用校正系數(shù)(CF，或稱為響應(yīng)系數(shù))。它用在當以一種標準氣體（一般使用異丁烯）校正PID 后，通過CF 直接計算得到另一種氣體的濃度，這樣一次標定可以測定多種氣體。

校正系數(shù)也代表了某種特點氣體測量的靈敏度，CF 值越低，該種氣體或蒸汽被PID 檢測的靈敏度就越高。以10.6 eV 燈的PID 為例，苯對異丁烯的CF 值是0.53，它的檢測靈敏度大概是CF 為9.9 的乙烯的18倍。通常情況下，PID 可以很好地測定CF為10 以下的各種物質(zhì)，而CF 越大，對該氣體的檢測精度越差。