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空气净化器传感器有哪些?市面上空气净化器都用什么样的传感器?

空气净化器传感器有哪些?市面上空气净化器都用什么样的传感器?

家电类产品对传感器的应用
家电类产品随着消费者对检测可视化及便于感知的需求,对于不同类型的传感器的应用也各有不同,此文重点展示现有应用比较广泛的家电类产品所涉及到的传感器,传感器包括PM2.5粉尘传感器,甲醛传感器,VOC传感器,温湿度传感器,CO2传感器等等,对传感器的发展情况、技术原理和技术水平现状、现有主要厂家、主要产品和应用情况等进行汇总总结。
1.PM2.5激光粉尘传感器
1.1 检测技术原理

激光器的定时开关(一般为200ms-500ms之间)形成两个电流信号值,此电流信号值通过信号转换器转化为电压信号,通过电压放大器把电压信号放大,然后通过MCU端计算两个电压信号的差值计算出对应的粉尘个数n与基准PM2.5检测设备输出值的对应关系。最终形成检测2.5值P与粉尘个数n之间的线性关系:
P=K*n+b
其中P为检测设备输出的2.5数值(检测设备一般选用TSI8530作为基准),K值为对应的P与离子个数n之间的线性相关性,即斜率;b为对应的截距。
通过反复拟合输出PM2.5值与离子个数n的关系,最终形成相应的线性关系,烧录到对应的传感器MCU中,形成传感器对应的数字输出值。
PID控制器可以理解为通过计算反馈风扇额定设定转速与实际转速的差值对应的占空比的差值变化进行相应的补偿,使风扇转速尽可能的接近设定额定转速,从而保证传感器对应的进气量恒定,从而保证单位时间内气流的稳定。
1.2 传感器组成
PM2.5激光粉尘传感器主要由激光模组,风扇,MCU等组成;激光膜组行业主流产品为:罗姆,QSI和索尼为主,同时对于民用产品一般激光膜组的温度选择多为50℃的,而对于车规级别的多数为70℃;风扇多选用DC直流风扇,包括风普利,永诚创,台达,建准等,风扇转速一般控制在4000r/min左右,各家产品略有差异;产品的差异性主要体现在测试系统的稳定性及一致性方面。
1.3 传感器的性能技术指标
目前此行业相对技术比较成熟,技术指标基本上都控制在100μg/m3以内为±10μg/m3,100μg/m3以上标称都为±10%的偏差!

但同时不可避免的存在着因为各家传感器标定筛选过程的差异,会导致产品及品牌的认知度存在不小的差异!
传感器验证四步法:demo板10pcs传感器,然后正常使用情况下连续工作1个月左右(过程中可一段时间用香烟刺激一次,看传感器数据的变化!),然后传感器是否有异音等问题,传感器数据一致性是否有变化,传感器震动是否超标或过大;对于正常的传感器来说,只需要保证传感器本身的一致性就可以,无需去强调判断传感器的准确性(准确性是相对的,而且根据传感器所装结构的差异,也会存在测试调试过程);部分传感器存在正常使用很难到0的问题,这个跟传感器厂家本身对传感器的设定有关,验证方法为:用手堵住传感器进气口后观察传感器能否在3-5s内到0。
另:用此类家用级别的激光粉尘传感器测试PM10,此数据的来源大多数厂家通过比例系数换算的方式获取,所以用2.5传感器显示PM10准确性很差,这也跟PM10在空气中的运行方式及不均匀性有关。
1.4 PM2.5传感器推荐
日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2.5传感器 - TF-LP01是利用散射原理对空气中粉尘颗粒进行检测的小型模组,具备体积小、检测精度高、重复性好、一致性好、实时响应可连续采集、抗干扰能力强、采用超静音风扇,传感器出厂100%检测和标定等优点。

日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2.5传感器TF-LP01特点:
检测精度高
响应时间短
产品小型化
日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2.5传感器TF-LP01应用:
空气净化器、便携式空气质量检测设备、智能家居等场所。

3 VOC传感器/空气质量传感器
3.1 VOC传感器的种类划分
VOC传感器的种类划分与甲醛传感器相似,也可粗分为半导体型传感器和电化学型传感器(其他还包括工业级的PID光离子气体传感器等)两种传感器可以从传感器的外观上加以区分,如下图所示:

半导体类型VOC传感器

电化学类型VOC传感器
从检测机理上决定了,半导体型传感器一致性会稍差,但由于金属氧化物的氧化特性,具有半永久特性;电化学传感器因随着电解质的消耗,会存在零点漂移及寿命问题,但一致性会较好。
3.2 检测技术原理
常见VOC气体传感器根据其工作原理主要分为三大类:电化学气体传感器(如电阻、电流、阻抗、电位等)、光学类传感器(包括光谱吸收型、荧光法、可视化法等)以及质量型气体传感器(例如石英晶体微天平和表面声波气体传感器)等。按照气敏材料可以分为半导体金属氧化物材料、有机聚合物材料、无机-有机复合材料等。近年来,气体传感器的发展趋势是微型化、智能化和多功能化。
3.2.1 电化学VOC传感器
电化学VOC传感器的检测原理为VOC气体与气敏材料的表面产生吸附或者反应(物理吸附或者化学吸附),从而引起其电学性质(如电阻、电流、阻抗、电位等)的变化。其中基于半导体金属氧化物的电导型VOC传感器应用最为广泛,在当前的气体传感领域中占有重要的地位。按照其对气体电学检测装置来分,可分为常见的双电极电导型检测系统和三电极场效应管检测系统。按照VOC电学气敏材料可以分为半导体金属氧化物、导电聚合物、纳米材料(典型的纳米材料如零维金纳米簇、一维碳纳米管或硅纳米线以及多维石墨烯等)以及多孔材料等。

电化学或半导体VOC传感器使用过程中,都存在传感器加热组件,使反应介质的温度升高到300℃左右,通过高温使进入传感器上的气体气化,气化过程中检测到电信号的变化,进而转化为相应的数值浓度的过程。
3.2.2 光学VOC传感器(高端仪器)
基于光学信号的气体传感器具有抗电磁场干扰性强,快速灵敏,易于实现对有机气体的在线监测模式等优点。按照工作原理来分,光学传感器的种类有反射干涉法、紫外可见吸光光度法、基于颜色变化的可视化法、荧光法、表面等离子共振法以及光纤传感技术等。光学气敏材料有传统的卟啉及金属卟啉类、荧光染料分子、pH指示剂以及新型的仿生光子晶体等。

3.3 传感器性能技术指标
对于此类型传感器,多数的空净行业应用为定性显示趋势,然后用优良中差的方式展示室内气态污染物的变化情况,同时由于VOC检测基准的规范性无法准确判定传感器实际显示值与实际情况的偏差情况;绝大多数气态污染物的标定物质选择酒精作为标定气体,而标准的标定气体应该选用异丁烯可能更接近于VOC的真实情况。
下图为截取的Fis VOC传感器模块的部分参数说明

与其他气态传感器相似,参数指标的关注点主要为:响应时间,恢复时间,检测范围,灵敏度及衰减--信号强度指标等,同时要考虑传感器的“中毒”现象。
如果考虑数显的问题,就需要关注传感器本身的一致性及衰减情况,需要在应用前提前预估好可能的使用场景等。
3.4 主要传感器推荐
空气质量传感器TGS2602对低浓度气味的气体具有很高的灵敏度,这样还可以对办公室与家庭环境中的废弃物所产生的氨、硫化氢等气体进行检测。该传感器还对木材精加工与建材产品中的VOC挥发性气体如甲苯有很高的灵敏度。由于实现了小型化,加热器电流仅需56mA,外壳采用标准的TO-5金属封装。

空气质量传感器TGS2602特点:
* 对VOC与气味有高灵敏度
* 低功耗
* 对污染空气有高灵敏度
* 使用寿命长
* 应用电路简单
* 体积小
空气质量传感器TGS2602有以下用途:
1.确定某一环境中臭味的发生源以及检验除臭剂的效果;
2.判断食品的鲜度以及调查某种保存方法下食品劣化的速度;
3 检测已刷涂料或油漆的气味浓度以确定它们的干燥程度;
4.利用比较器的输出电压去控制排风机的开、关,自动保持局部环境的空气清洁。
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