關(guān)于電化學(xué)甲醛傳感器的組成

家電類產(chǎn)品對(duì)傳感器的應(yīng)用

家電類產(chǎn)品隨著消費(fèi)者對(duì)檢測(cè)可視化及便于感知的需求，對(duì)于不同類型的傳感器的應(yīng)用也各有不同，此文重點(diǎn)展示現(xiàn)有應(yīng)用比較廣泛的家電類產(chǎn)品所涉及到的傳感器，傳感器包括PM2．5粉塵傳感器，甲醛傳感器，VOC傳感器，溫濕度傳感器，CO2傳感器等等，對(duì)傳感器的發(fā)展情況、技術(shù)原理和技術(shù)水平現(xiàn)狀、現(xiàn)有主要廠家、主要產(chǎn)品和應(yīng)用情況等進(jìn)行匯總總結(jié)。

1．PM2．5激光粉塵傳感器

1．1 檢測(cè)技術(shù)原理

激光器的定時(shí)開關(guān)（一般為200ms－500ms之間）形成兩個(gè)電流信號(hào)值，此電流信號(hào)值通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，通過電壓放大器把電壓信號(hào)放大，然后通過MCU端計(jì)算兩個(gè)電壓信號(hào)的差值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的粉塵個(gè)數(shù)n與基準(zhǔn)PM2．5檢測(cè)設(shè)備輸出值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。最終形成檢測(cè)2．5值P與粉塵個(gè)數(shù)n之間的線性關(guān)系：

P＝K＊n＋b

其中P為檢測(cè)設(shè)備輸出的2．5數(shù)值（檢測(cè)設(shè)備一般選用TSI8530作為基準(zhǔn)），K值為對(duì)應(yīng)的P與離子個(gè)數(shù)n之間的線性相關(guān)性，即斜率；b為對(duì)應(yīng)的截距。

通過反復(fù)擬合輸出PM2．5值與離子個(gè)數(shù)n的關(guān)系，最終形成相應(yīng)的線性關(guān)系，燒錄到對(duì)應(yīng)的傳感器MCU中，形成傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出值。

PID控制器可以理解為通過計(jì)算反饋風(fēng)扇額定設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值對(duì)應(yīng)的占空比的差值變化進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速盡可能的接近設(shè)定額定轉(zhuǎn)速，從而保證傳感器對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣量恒定，從而保證單位時(shí)間內(nèi)氣流的穩(wěn)定。

1．2 傳感器組成

PM2．5激光粉塵傳感器主要由激光模組，風(fēng)扇，MCU等組成；激光膜組行業(yè)主流產(chǎn)品為：羅姆，QSI和索尼為主，同時(shí)對(duì)于民用產(chǎn)品一般激光膜組的溫度選擇多為50℃的，而對(duì)于車規(guī)級(jí)別的多數(shù)為70℃；風(fēng)扇多選用DC直流風(fēng)扇，包括風(fēng)普利，永誠(chéng)創(chuàng)，臺(tái)達(dá)，建準(zhǔn)等，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速一般控制在4000r／min左右，各家產(chǎn)品略有差異；產(chǎn)品的差異性主要體現(xiàn)在測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性及一致性方面。

1．3 傳感器的性能技術(shù)指標(biāo)

目前此行業(yè)相對(duì)技術(shù)比較成熟，技術(shù)指標(biāo)基本上都控制在100μg／m？以內(nèi)為±10μg／m？，100μg／m？以上標(biāo)稱都為±10％的偏差！

但同時(shí)不可避免的存在著因?yàn)楦骷覀鞲衅鳂?biāo)定篩選過程的差異，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品及品牌的認(rèn)知度存在不小的差異！

傳感器驗(yàn)證四步法：demo板接10pcs傳感器，然后正常使用情況下連續(xù)工作1個(gè)月左右（過程中可一段時(shí)間用香煙刺激一次，看傳感器數(shù)據(jù)的變化?。?，然后聽傳感器是否有異音等問題，看傳感器數(shù)據(jù)一致性是否有變化，摸傳感器震動(dòng)是否超標(biāo)或過大；對(duì)于正常的傳感器來說，只需要保證傳感器本身的一致性就可以，無需去強(qiáng)調(diào)判斷傳感器的準(zhǔn)確性（準(zhǔn)確性是相對(duì)的，而且根據(jù)傳感器所裝結(jié)構(gòu)的差異，也會(huì)存在測(cè)試調(diào)試過程）；部分傳感器存在正常使用很難到0的問題，這個(gè)跟傳感器廠家本身對(duì)傳感器的設(shè)定有關(guān)，驗(yàn)證方法為：用手堵住傳感器進(jìn)氣口后觀察傳感器能否在3－5s內(nèi)到0。

另：用此類家用級(jí)別的激光粉塵傳感器測(cè)試PM10，此數(shù)據(jù)的來源大多數(shù)廠家通過比例系數(shù)換算的方式獲取，所以用2．5傳感器顯示PM10準(zhǔn)確性很差，這也跟PM10在空氣中的運(yùn)行方式及不均勻性有關(guān)。

1．4 PM2．5傳感器推薦

日本figaro 激光顆粒物傳感器 PM2．5傳感器 － TF－LP01是利用散射原理對(duì)空氣中粉塵顆粒進(jìn)行檢測(cè)的小型模組，具備體積小、檢測(cè)精度高、重復(fù)性好、一致性好、實(shí)時(shí)響應(yīng)可連續(xù)采集、抗干擾能力強(qiáng)、采用超靜音風(fēng)扇，傳感器出廠100％檢測(cè)和標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。

日本figaro 激光顆粒物傳感器 PM2．5傳感器TF－LP01特點(diǎn)：

檢測(cè)精度高

響應(yīng)時(shí)間短

產(chǎn)品小型化

日本figaro 激光顆粒物傳感器 PM2．5傳感器TF－LP01應(yīng)用：

空氣凈化器、便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備、智能家居等場(chǎng)所。

2 甲醛傳感器

2．1 甲醛傳感器的種類劃分

①甲醛氧化物氣體傳感器，靈敏度和恢復(fù)－響應(yīng)特性也都達(dá)到了一定的高度，但選擇性不高，主要是甲醇、乙醇、苯、甲苯、硫化氫、氨氣、酒精、液化氣、汽油等的干擾，但不同的氣敏元件的干擾氣體不同，可采用復(fù)合摻雜的方法提高其選擇性。另外，適當(dāng)利用傳感器的電阻－溫度特性可提高甲醛氣體氧化物傳感器的選擇性，減小材料顆粒、增大比表面積和改善氣敏材料的制備工藝從而提高氣敏材料的質(zhì)量可以使氣敏元件的靈敏度和響應(yīng)－恢復(fù)特性進(jìn)一步提高。

②可視化熒光甲醛傳感器的選擇性較好，線性響應(yīng)也較好，它不需要借助任何光譜儀器就能進(jìn)行可視化測(cè)定，但其恢復(fù)－響應(yīng)特性和靈敏度都有待進(jìn)一步提高?？捎糜诙ㄐ院桶攵康目梢暬臋z測(cè)甲醛。 ③聲表面波甲醛氣體傳感器受溫度、濕度影響，要進(jìn)行溫度、濕度補(bǔ)償，選擇性和靈敏度都不高。尋找對(duì)甲醛選擇性更好，吸附力更強(qiáng)，敏感度更高的敏感薄膜和提高薄膜涂覆的質(zhì)量是提高其氣敏性能的兩個(gè)方向。

④甲醛氣體分子篩傳感器的選擇性和靈敏度都有待進(jìn)一步研究，恢復(fù)－響應(yīng)特性也還有待進(jìn)一步提高。如果能找到新的、對(duì)甲醛吸附能力更強(qiáng)的吸附劑，則能提高傳感器的性能。

⑤甲醛氣體電子鼻（組合傳感器）的抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)專一，靈敏度高，測(cè)量結(jié)果精確，檢測(cè)下限低，恢復(fù)－響應(yīng)特性佳，是多種傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。甲醛氣體電子鼻是多種甲醛傳感器復(fù)合，綜合性能較好，是將來甲醛氣體傳感器研究的重點(diǎn)方向。

甲醛傳感器的檢測(cè)方式包括兩種方式，一種為半導(dǎo)體方式，一種為電化學(xué)方式，兩種檢測(cè)機(jī)理各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，具有不同的應(yīng)用方式；

半導(dǎo)體類型甲醛傳感器：主要以MOX等金屬氧化物為甲醛敏感材料，主要金屬氧化物包括：有半導(dǎo)體氧化銦、氧化錫和氧化鋅等。半導(dǎo)體甲醛傳感器在一定溫度下對(duì)甲醛高度敏感，其電阻率隨甲醛濃度的升高而降低。通過測(cè)量傳感器的電阻變化就能檢測(cè)出室內(nèi)甲醛含量，但半導(dǎo)體傳感器普遍存在靈敏度低和選擇性差的不足；但同時(shí)存在壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榘雽?dǎo)體金屬氧化物幾乎無損耗情況，行業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為半永久型傳感器。

電化學(xué)類型甲醛傳感器：目前甲醛傳感器行業(yè)的主流類型，具有一致性好，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短等特點(diǎn)，但也存在壽命短的問題。

對(duì)于電化學(xué)甲醛傳感器，又包含兩種類型，一種為選用固態(tài)電解質(zhì)方案的如EC－Sence的，可以有效的解決溫濕度對(duì)傳感器的零點(diǎn)漂移影響，但同樣存在因固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致的反應(yīng)不均勻而出現(xiàn)的信號(hào)靈敏度差的問題，正常對(duì)于低濃度的檢測(cè)精度不高，但對(duì)高濃度環(huán)境檢測(cè)性能較好，所以也決定了此類型的傳感器不太適合應(yīng)用于民用環(huán)境。

2．2 檢測(cè)技術(shù)原理

考慮到目前的實(shí)際應(yīng)用效果，重點(diǎn)以電化學(xué)甲醛傳感器的檢測(cè)機(jī)理進(jìn)行描述：

目前的甲醛傳感器檢測(cè)甲醛時(shí)發(fā)生如下的電化學(xué)反應(yīng)：

陽極（工作電極）：HCHO＋H2O→CO2＋4H＋＋4e

陰極（對(duì)電極）：O2＋4H＋＋4e－→2H2O

整個(gè)反應(yīng)方程式為：HCHO＋O2→CO2＋H2O

電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍和分辨率基本能達(dá)到室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)的要求，但缺點(diǎn)是所受干擾物質(zhì)多。由于電解質(zhì)與被測(cè)甲醛氣體發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)而被消耗，故其工作壽命短。

對(duì)于甲醛傳感器的組合模塊，也有相似的甲醛檢測(cè)過程，但是因?yàn)樵黾由狭薞OC進(jìn)行干擾氣體的判斷（程序邏輯算法優(yōu)化），可以一定程度上降低其他氣體的干擾導(dǎo)致的甲醛突變，同時(shí)通過溫濕度傳感器檢測(cè)周邊溫度的變化，調(diào)整甲醛傳感器零點(diǎn)漂移和溫度補(bǔ)償問題。

2．3 電化學(xué)甲醛傳感器的組成

電化學(xué)甲醛組成一般如下圖所示

1．上塑膠外殼

2．下塑膠外殼

3．透氣防水過濾膜（一般有聚四氟乙烯等共聚物等制成，具有優(yōu)異的防水透氣性）

4．透氣孔

5．電解質(zhì)液（一般為硫酸磷酸等酸性電解質(zhì)的一種或幾種混合，也有的是以氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿性電解質(zhì)的一種或幾種混合，也有的是用氯化鈉、醋酸鉀等中性電解質(zhì)的一種或幾種混合而成。）

6．電極（包括正負(fù)電極，目前批量化成熟產(chǎn)品多為兩電極類產(chǎn)品）

7．電解基片（目前國(guó)內(nèi)的一些甲醛傳感器廠家通過購(gòu)買達(dá)特基片進(jìn)行封裝而成）

8．PCBA

當(dāng)氣體通過擴(kuò)散方式進(jìn)入到傳感器中時(shí)，測(cè)其化學(xué)性質(zhì)（如電流，電位，電量等）的變化則可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)及含量的測(cè)定，傳感器的正電極和負(fù)電極由一個(gè)電解質(zhì)液隔開，電化學(xué)傳感器通過與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作，氣體通過微小的透氣孔與傳感器產(chǎn)生反應(yīng)，然后再經(jīng)過透氣防水過濾膜，到達(dá)電極表面，氣體與傳感器電極發(fā)生反應(yīng)，以產(chǎn)生充分的電信號(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)液出傳感器，通過透氣防水過濾膜擴(kuò)散的氣體與傳感器電極發(fā)生反應(yīng)，傳感的電極可以采用氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的機(jī)理，這些反應(yīng)由針對(duì)備測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化，通過電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正電極與負(fù)電極之間流動(dòng)，通過測(cè)量該電流的大小即可確定氣體濃度。

2．3 傳感器的性能技術(shù)指標(biāo)

電化學(xué)甲醛傳感器的技術(shù)指標(biāo)，各廠家標(biāo)稱的參數(shù)差別不大

?

MEMS 微結(jié)構(gòu)氣體傳感器發(fā)展速度迅猛，目前主流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有三種，即封閉膜式結(jié)構(gòu)（Closed membrane）、橋式結(jié)構(gòu)（Bridge type）和懸臂梁式結(jié)構(gòu)（Suspended type），其核心部件為信號(hào)電極、加熱電極和氣敏材料。對(duì)于甲醛傳感器的選擇，主要關(guān)注如下幾個(gè)指標(biāo)，從下述指標(biāo)的優(yōu)劣確認(rèn)最合適的傳感器。

1． 分辨率 在相同的檢測(cè)條件下，通入與甲醛濃度相同的干擾氣體，傳感器電阻在甲醛和干擾氣體中，相對(duì)穩(wěn)態(tài)時(shí)阻值的變化量之比，即：

α ＝ ΔR1／ ΔR2

式中ΔR1為檢測(cè)甲醛氣體元件電阻值的變化量，ΔR2為檢測(cè)其他氣體的電阻值變化量。

傳感器的分辨閾值一般在0．05mg／m。

2． 響應(yīng)時(shí)間 處于穩(wěn)態(tài)下的 N 型半導(dǎo)體氣體傳感器接觸到被測(cè)氣體后，輸出的電壓值為其穩(wěn)定值的90％時(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間為氣體傳感器的響應(yīng)時(shí)間。T90 ：傳感器暴露在穩(wěn)定甲醛濃度下 4T90（4 倍響應(yīng)時(shí)間）時(shí)間后，可以認(rèn)為傳感器示數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。一般為30s左右

3． 恢復(fù)時(shí)間 當(dāng)被測(cè)氣體被迅速排空后，N型半導(dǎo)體氣體傳感器輸出的電壓值回復(fù)到初態(tài)時(shí)的10％時(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間為氣體傳感器的恢復(fù)時(shí)間。 T10一般比響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)一半左右，大概為45s左右。

4． 一致性 同種材料、同種工藝制作的多個(gè)氣體傳感器在檢測(cè)同濃度的被測(cè)氣體時(shí)，所輸出的信號(hào)曲線的相似性。

5． 重復(fù)性 同一個(gè)傳感器對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行反復(fù)多次檢測(cè)后，檢測(cè)同濃度的被測(cè)氣體時(shí)，每次檢測(cè)結(jié)果的一致性。

6．甲醛傳感器的溫濕度影響：電化學(xué)甲醛受溫度和濕度影響較大，溫度越高，輸出的A／D值信號(hào)越小，對(duì)應(yīng)的輸出值越低；濕度越高，信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的輸出值越高。但相對(duì)來說在使用溫度范圍內(nèi)0－40℃內(nèi)，整體數(shù)據(jù)的影響大概在50％左右，而在一定的濕度范圍內(nèi)，相對(duì)應(yīng)該比例在10％左右，所以溫度對(duì)甲醛傳感器的影響干擾問題必須重點(diǎn)考慮。

7．靈敏度：靈敏度一般是指單位氣體濃度對(duì)應(yīng)的被檢測(cè)量（如：電阻）的變化。它的單位一般是A／ppm，Ω／ppm，1／ppm等。靈敏度和響應(yīng)度（Response）既有區(qū)別又有聯(lián)系。響應(yīng)度通常是指一定濃度氣氛下，被測(cè)量的變化值，它對(duì)應(yīng)的單位是Ａ、Ｑ等。一般來說，相同的氣體濃度下，響應(yīng)度越大，靈敏度越高。

通過對(duì)電化學(xué)甲醛傳感器響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間、靈敏度、檢出限、分辨力、有效量程、使用壽命和不確定度全面的測(cè)試調(diào)研，分析其離散程度，求得各指標(biāo)客觀權(quán)重及各層級(jí)分項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度。

其中傳感器的不確定度是通過分析具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用相應(yīng)的不確定度分量評(píng)定方法進(jìn)行估算的。

2．4 甲醛傳感器推薦

TB600B 系列甲醛檢測(cè)模組匯集了諸多來自德國(guó)的高精度檢測(cè)技術(shù)，以及德國(guó)團(tuán) 隊(duì)的設(shè)計(jì)理念，核心傳感器采用全球電化學(xué)領(lǐng)域體積最小的德國(guó) EC yense 固態(tài)聚合物甲醛傳感器?？梢蕴娲覀兊谋亲尤ゾ珳?zhǔn)嗅出甲醛濃度， 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)甲醛氣體的監(jiān)測(cè)。 UART 數(shù)字式信號(hào)輸出，省去了客戶對(duì)傳感器應(yīng)用的了解，以及校準(zhǔn)的繁瑣工作。

德國(guó)EC sensor 甲醛傳感器 TB600B特點(diǎn)：

精度高，壽命長(zhǎng)

響應(yīng)速度快，回零快、即插即用

抗中毒性好

使用簡(jiǎn)單，UART數(shù)字信號(hào)輸出

德國(guó)傳感器耐久可靠

優(yōu)良的精度、可重復(fù)性、線性、一致性

無需核準(zhǔn)，零點(diǎn)無漂移

抗電磁干擾能力強(qiáng)

帶固定安裝孔，方便安裝

第四代甲醛傳感器，配方、材料、生產(chǎn)工藝全新改良升級(jí)

極強(qiáng)的抗干擾性能，對(duì)低濃度乙醇、CO 、芳香烴、異味、煙氣，空氣 清新劑等有很好的抗干擾能力

全新的微電路設(shè)計(jì)，即插即用，無需長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī) ＜ 快速響應(yīng)，快速回零

獨(dú)立溫濕度數(shù)字傳感器，結(jié)合智能算法，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，檢測(cè)更準(zhǔn)確 并長(zhǎng)期穩(wěn)定。

德國(guó)EC sensor 甲醛傳感器 TB600B應(yīng)用：

家居及商業(yè)場(chǎng)所裝飾家具及材料產(chǎn)生的甲醛氣體

家居及商業(yè)裝修后空氣污染檢測(cè)

空氣凈化器／ 新風(fēng)系統(tǒng)

凈化的效果狀況，隨時(shí)隨地可以通過對(duì)空氣中甲醛的檢測(cè)，對(duì)凈化前和凈化后的空氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制凈化和新風(fēng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效除甲醛，達(dá)到潔凈的空氣環(huán)境。車內(nèi)空氣污染檢測(cè)

在車內(nèi)鼻子產(chǎn)生了適應(yīng)性，該檢測(cè)模組可以實(shí)時(shí)對(duì)空氣進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)與空調(diào)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)或者外尋循環(huán)設(shè)置，或者提示開窗通風(fēng)，或聯(lián)動(dòng)車載空氣凈化器，確保良好的車內(nèi)空氣品質(zhì)，保證自己是健康和舒適度。

3 VOC傳感器／空氣質(zhì)量傳感器

3．1 VOC傳感器的種類劃分

VOC傳感器的種類劃分與甲醛傳感器相似，也可粗分為半導(dǎo)體型傳感器和電化學(xué)型傳感器（其他還包括工業(yè)級(jí)的PID光離子氣體傳感器等）兩種傳感器可以從傳感器的外觀上加以區(qū)分，如下圖所示：

半導(dǎo)體類型VOC傳感器

?

電化學(xué)類型VOC傳感器

從檢測(cè)機(jī)理上決定了，半導(dǎo)體型傳感器一致性會(huì)稍差，但由于金屬氧化物的氧化特性，具有半永久特性；電化學(xué)傳感器因隨著電解質(zhì)的消耗，會(huì)存在零點(diǎn)漂移及壽命問題，但一致性會(huì)較好。

3．2 檢測(cè)技術(shù)原理

常見VOC氣體傳感器根據(jù)其工作原理主要分為三大類：電化學(xué)氣體傳感器（如電阻、電流、阻抗、電位等）、光學(xué)類傳感器（包括光譜吸收型、熒光法、可視化法等）以及質(zhì)量型氣體傳感器（例如石英晶體微天平和表面聲波氣體傳感器）等。按照氣敏材料可以分為半導(dǎo)體金屬氧化物材料、有機(jī)聚合物材料、無機(jī)－有機(jī)復(fù)合材料等。近年來，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。

3．2．1 電化學(xué)VOC傳感器

電化學(xué)VOC傳感器的檢測(cè)原理為VOC氣體與氣敏材料的表面產(chǎn)生吸附或者反應(yīng)（物理吸附或者化學(xué)吸附），從而引起其電學(xué)性質(zhì)（如電阻、電流、阻抗、電位等）的變化。其中基于半導(dǎo)體金屬氧化物的電導(dǎo)型VOC傳感器應(yīng)用最為廣泛，在當(dāng)前的氣體傳感領(lǐng)域中占有重要的地位。按照其對(duì)氣體電學(xué)檢測(cè)裝置來分，可分為常見的雙電極電導(dǎo)型檢測(cè)系統(tǒng)和三電極場(chǎng)效應(yīng)管檢測(cè)系統(tǒng)。按照VOC電學(xué)氣敏材料可以分為半導(dǎo)體金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、納米材料（典型的納米材料如零維金納米簇、一維碳納米管或硅納米線以及多維石墨烯等）以及多孔材料等。

電化學(xué)或半導(dǎo)體VOC傳感器使用過程中，都存在傳感器加熱組件，使反應(yīng)介質(zhì)的溫度升高到300℃左右，通過高溫使進(jìn)入傳感器上的氣體氣化，氣化過程中檢測(cè)到電信號(hào)的變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)值濃度的過程。

3．2．2 光學(xué)VOC傳感器（高端儀器）

基于光學(xué)信號(hào)的氣體傳感器具有抗電磁場(chǎng)干擾性強(qiáng)，快速靈敏，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)氣體的在線監(jiān)測(cè)模式等優(yōu)點(diǎn)。按照工作原理來分，光學(xué)傳感器的種類有反射干涉法、紫外可見吸光光度法、基于顏色變化的可視化法、熒光法、表面等離子共振法以及光纖傳感技術(shù)等。光學(xué)氣敏材料有傳統(tǒng)的卟啉及金屬卟啉類、熒光染料分子、pH指示劑以及新型的仿生光子晶體等。

3．3 傳感器性能技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于此類型傳感器，多數(shù)的空凈行業(yè)應(yīng)用為定性顯示趨勢(shì)，然后用優(yōu)良中差的方式展示室內(nèi)氣態(tài)污染物的變化情況，同時(shí)由于VOC檢測(cè)基準(zhǔn)的規(guī)范性無法準(zhǔn)確判定傳感器實(shí)際顯示值與實(shí)際情況的偏差情況；絕大多數(shù)氣態(tài)污染物的標(biāo)定物質(zhì)選擇酒精作為標(biāo)定氣體，而標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定氣體應(yīng)該選用異丁烯可能更接近于VOC的真實(shí)情況。

下圖為截取的Fis VOC傳感器模塊的部分參數(shù)說明

與其他氣態(tài)傳感器相似，參數(shù)指標(biāo)的關(guān)注點(diǎn)主要為：響應(yīng)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，檢測(cè)范圍，靈敏度及衰減－－信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)等，同時(shí)要考慮傳感器的“中毒”現(xiàn)象。

如果考慮數(shù)顯的問題，就需要關(guān)注傳感器本身的一致性及衰減情況，需要在應(yīng)用前提前預(yù)估好可能的使用場(chǎng)景等。

3．4 主要傳感器推薦

空氣質(zhì)量傳感器TGS2602對(duì)低濃度氣味的氣體具有很高的靈敏度，這樣還可以對(duì)辦公室與家庭環(huán)境中的廢棄物所產(chǎn)生的氨、硫化氫等氣體進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器還對(duì)木材精加工與建材產(chǎn)品中的VOC揮發(fā)性氣體如甲苯有很高的靈敏度。由于實(shí)現(xiàn)了小型化，加熱器電流僅需56mA，外殼采用標(biāo)準(zhǔn)的TO－5金屬封裝。

空氣質(zhì)量傳感器TGS2602特點(diǎn)：

＊ 對(duì)VOC與氣味有高靈敏度

＊ 低功耗

＊ 對(duì)污染空氣有高靈敏度

＊ 使用壽命長(zhǎng)

＊ 應(yīng)用電路簡(jiǎn)單

＊ 體積小

空氣質(zhì)量傳感器TGS2602有以下用途：

1．確定某一環(huán)境中臭味的發(fā)生源以及檢驗(yàn)除臭劑的效果；

2．判斷食品的鮮度以及調(diào)查某種保存方法下食品劣化的速度；

3 檢測(cè)已刷涂料或油漆的氣味濃度以確定它們的干燥程度；

4．利用比較器的輸出電壓去控制排風(fēng)機(jī)的開、關(guān)，自動(dòng)保持局部環(huán)境的空氣清潔。

4．CO2傳感器

4．1 CO2傳感器的種類劃分

目前相對(duì)準(zhǔn)確性高，普及率廣的二氧化碳傳感器主要是紅外吸收式二氧化碳傳感器。紅外吸收式二氧化碳傳感器優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量精度高、選擇型好、敏感性與精度高、不受氣體濃度影響。此外，還有一些電化學(xué)氣敏電極式、半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)、敏感薄層式等類型的二氧化碳傳感器。其中，電化學(xué)氣敏電極式二氧化碳傳感器屬于pH傳感器，容易受各種酸堿氣體干擾，且電極中的玻璃膜易受干擾、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；半導(dǎo)體式二氧化碳傳感器選擇性差， 誤報(bào)率較高，且不穩(wěn)定，易受環(huán)境因素影響；固體電解質(zhì)式二氧化碳傳感器材料機(jī)械性能 差，價(jià)格昂貴，且需要高溫工作環(huán)境。

同時(shí)有一些VOC傳感器通過等效顯示CO2的方式，展示相應(yīng)的CO2濃度，原理上描述為：室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生的CO2都是人體活動(dòng)產(chǎn)生的，人體活動(dòng)過程中會(huì)伴隨著其他碳?xì)浠衔铮╒OC）的釋放，通過一定的換算關(guān)系實(shí)現(xiàn)VOC與aCO2之間的比例換算，從而實(shí)現(xiàn)類似于檢測(cè)CO2的效果。

4．2 檢測(cè)技術(shù)原理

結(jié)合目前產(chǎn)品的應(yīng)用及等效CO2效果較差的情況，本文重點(diǎn)介紹紅外吸收式二氧化碳傳感器的技術(shù)原理。

二氧化碳傳感器的結(jié)構(gòu)，不管外觀差異多少，最終的組成部分不外乎如下幾項(xiàng)：防水透氣膜，PCBA（光源＋光電轉(zhuǎn)換器）及光室（光通過時(shí)光路的檢測(cè)“暗室”）等組成。當(dāng)空氣中的CO2通過擴(kuò)散方式進(jìn)入到檢測(cè)光路中時(shí)，通過把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的形式輸出出來，通過與標(biāo)準(zhǔn)儀器的標(biāo)定換算出兩者的線性關(guān)系。

紅外CO2傳感器根據(jù)測(cè)量方式的不同，可分為單通道和雙通道，具體檢測(cè)機(jī)理區(qū)別

大氣通過擴(kuò)散作用通過防水透氣膜進(jìn)入到光路中，紅外光源發(fā)出紅外光照射到反射弧形面（弧形面的斜率一般控制在30－60°），紅外光通過照射或穿透CO2氣體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光強(qiáng)的變化，此變化在熱點(diǎn)堆處，通過把光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸出，形成對(duì)應(yīng)的CO2濃度。

從技術(shù)原理上，單光源雙光束方案，能夠有效的降低光源衰減對(duì)傳感器壽命的影響，可以提高傳感器的使用壽命，提高傳感器的穩(wěn)定性。

4．3 傳感器性能技術(shù)指標(biāo)

以SenseAir S8為例，對(duì)于CO2傳感器，我們關(guān)注點(diǎn)主要包括：測(cè)量范圍，精度，重復(fù)性，響應(yīng)時(shí)間，一致性，耐候性（工作溫度區(qū)間），功耗和壽命。

4．4 主要傳感器推薦

推薦使用日本進(jìn)口CO2傳感器CDM7160，該傳感器采用單光源雙波長(zhǎng)模式，具有精度高、長(zhǎng)期性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)勢(shì)。

CDM7160紅外二氧化碳傳感器（NDIR CO2傳感器） 特點(diǎn)：

體積小

紅外工作原理

雙通道

性能穩(wěn)定

精度高

CDM7160紅外二氧化碳傳感器模塊（NDIR CO2傳感器） 應(yīng)用：

室內(nèi)空氣質(zhì)量控制

新鮮空氣通風(fēng)

空調(diào)

風(fēng)扇和窗戶自動(dòng)開啟機(jī)

醫(yī)院、圖書館、公共基礎(chǔ)設(shè)施等室內(nèi)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

汽車車廂內(nèi)空氣流通控制
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