我們知道，象微粒和有毒氣體之類空氣污染對(duì)人體健康是有害的。 另一方面，在工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)生自不良燃燒工藝的高濃度氣體，如甲烷、丙烷和一氧化碳，可能存在直接安全風(fēng)險(xiǎn)。 為了克服這些問題，社會(huì)各個(gè)群體，如房屋業(yè)主、商業(yè)建筑或工業(yè)場(chǎng)所運(yùn)營(yíng)商、城市管理部門以及環(huán)境機(jī)構(gòu)，都需要有設(shè)備來監(jiān)控空氣質(zhì)量，檢測(cè)是否存在各種氣體。

　　空氣污染調(diào)查

　　根據(jù)世界衛(wèi)生組織 (WHO) 報(bào)告，空氣污染，特別是顆粒物 (PM) 污染，會(huì)直接導(dǎo)致各種疾病和死亡。 可能最多只有 10 或 25 微米大小的小微粒（稱 PM10 和 PM25），對(duì)健康威脅最大。 此類尺寸的顆粒通常由公路車輛以及家庭和工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生，也有來自然來源，如土壤和沙子。 無論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，人們都有可能受到高濃度 PM 污染的傷害。據(jù)歐洲環(huán)境機(jī)構(gòu) 2012 年報(bào)告所稱，歐盟有超過 80% 的城市人口受到 PM 顆粒的傷害，PM 水平高于 2005 年 WHO 的空氣質(zhì)量指導(dǎo)要求。

　　城市當(dāng)局面臨提升空氣質(zhì)量的壓力。 各種與交通相關(guān)的方案已經(jīng)得到實(shí)施，以減少市中心的車輛排放污染。 許多城市已經(jīng)收取交通擁堵費(fèi)，以減少車流量，同時(shí)其它包括英國(guó)伯明翰和考文垂市主導(dǎo)的氫燃料電池車輛試驗(yàn)和倫敦?zé)o線電動(dòng)車充電在內(nèi)的研究和試運(yùn)行工作正如火如荼的展開，其終極目標(biāo)就是建立廣泛使用電動(dòng)車的可行基礎(chǔ)設(shè)施。 準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)將為當(dāng)局提供重要信息，幫助倉(cāng)位評(píng)估此類努力的成果。

　　空氣質(zhì)量監(jiān)控

　　就室內(nèi)空氣質(zhì)量 (IAQ) 來說，家庭和辦公室已有使用空氣凈化器。 最近有高端系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，其中就帶有監(jiān)控空氣質(zhì)量的智能傳感器。 這種信息可以通過屏幕顯示給用戶，并且可以用于調(diào)節(jié)凈化器，以便采用最適當(dāng)方式來清除各種氣體以及顆粒，如碎頭發(fā)、灰塵和煙草煙。

　　Sharp GP2Y1010 就是一個(gè)灰塵傳感器，能夠使用紅外 LED 和光電晶體管檢測(cè)出周圍環(huán)境所存在的顆粒數(shù)量。 空氣樣本可以通過傳感器外殼中的一系列孔提取從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，這些孔一般位于 IR LED 和檢測(cè)器的上面，如圖 1 所示。

　　Sharp GP2Y1010 灰塵傳感器

　　圖 1：Sharp GP2Y1010 灰塵傳感器示意圖。

　　當(dāng)微粒通過傳感器時(shí)，光電晶體管作出響應(yīng)，指示樣本中的微粒濃度。 這種傳感器的主要優(yōu)勢(shì)就是能夠產(chǎn)生與微粒濃度成正比的輸出 (µg/m³)。 這樣就能簡(jiǎn)化空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@種微粒濃度的表示方式廣泛用于空氣質(zhì)量監(jiān)控應(yīng)用。

　　建筑物中的人員排放的一氧化碳 (CO2) 水平也對(duì)空氣質(zhì)量有影響，特別是在大型商業(yè)建筑中，如辦公大樓。 準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測(cè) CO2 提供了一種的手段來有效控制空調(diào)或通風(fēng)系統(tǒng)，以優(yōu)化空氣質(zhì)量并最大限度地縮小建筑物的總體能耗。Amphenol Advanced Sensors 的 Telaire CO2 傳感器，如 T6613 和 T6615，能夠讓 HVAC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按需控制通風(fēng) (DCV)。 在 DCV 系統(tǒng)中，當(dāng)建筑物中存在大量人員活動(dòng)時(shí)，傳感器就會(huì)檢測(cè)到 CO2 水平上升。 通風(fēng)系統(tǒng)僅當(dāng)二氧化碳水平到達(dá)一個(gè)預(yù)定極限值時(shí)才啟動(dòng)，并且當(dāng)?shù)陀诳山邮艿乃�平時(shí)關(guān)閉。 當(dāng)建筑物中很少有人活動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)很少啟動(dòng)，以免建筑物過通風(fēng)。 這樣可以減少通風(fēng)系統(tǒng)能源消耗，并降低供熱成本。

　　Telaire 傳感器使用非分散紅外 (NDIR) 技術(shù)檢測(cè) CO2 的濃度，其中就利用了 CO2 分子能夠吸收特定紅外波長(zhǎng)這一特性。 每個(gè)傳感器包括一個(gè)紅外光源、一個(gè)專利的波導(dǎo)、定制設(shè)計(jì)紅外濾光片以及一個(gè)微機(jī)械熱電堆檢測(cè)器，能夠測(cè)量光吸收，使得 CO2 濃度能被計(jì)算出來。 T6613 傳感器使用 GE 的專利 ABC Logic™ 自校準(zhǔn)算法，讓傳感器隨時(shí)根據(jù)低人員活動(dòng)水平來進(jìn)行校準(zhǔn)。 T6615 傳感器是雙通道器件，具有獨(dú)立的測(cè)量和參照通道，無需使用 ABC Logic（自動(dòng)校準(zhǔn)程序，GE 專利）即可保持長(zhǎng)期自動(dòng)校準(zhǔn)。

　　工業(yè)氣體檢測(cè)

　　在包括化工處理、采礦或制造業(yè)在內(nèi)的工業(yè)領(lǐng)域，可燃或易爆氣體泄漏（如丙烷或甲烷），或存在象一氧化碳之類潛在危險(xiǎn)的氣體，都可能產(chǎn)生安全威脅，需要立即檢測(cè)出來。

　　歐洲 ATEX 指令強(qiáng)制要求雇主不僅要在可能存在爆炸環(huán)境的工作場(chǎng)所實(shí)施爆炸預(yù)防措施，而且要對(duì)工作人員提供足夠的防護(hù)。 特別要說明的是，1999/92/EC 指令（關(guān)于提升有爆炸氣體潛在風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所的工作人員安全和健康保護(hù)）要求在到達(dá)爆炸條件前要給工作人員提供足夠的光學(xué)和聲學(xué)方面的警告并立即進(jìn)行疏散。

　　合適的符合 BS EN 60079-29-1:2007 針對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)器性能要求和 IEC/EN60079-1 基本安全要求(ESR) 的氣體檢測(cè)設(shè)備可以按照 ATEX 規(guī)范獲得認(rèn)證。 安全完整性水平 (SIL) 標(biāo)準(zhǔn) EN50402 和 EN61508 也適用。Parallax 提供各種用于檢測(cè)危險(xiǎn)氣體的設(shè)備和系統(tǒng)的傳感器，可以用在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，也可以用在家庭應(yīng)用領(lǐng)域。 例如 Parallax 605-00008 氣體傳感器適合用于檢測(cè)液化石油氣 (LPG)、異丁烷、丙烷、甲烷、酒精或氫氣，也可用于煙霧檢測(cè)。 該傳感器由一個(gè)小型氧化鋁 (Al2O3) 管子、一個(gè)二氧化錫 (SnO3) 感應(yīng)層、一個(gè)測(cè)量電極以及一個(gè)加熱器組成。 加熱器將感應(yīng)元件保持在合適的工作溫度。 當(dāng)連接到如圖 2 所示的電路時(shí)，傳感器的電阻會(huì)隨著所檢測(cè)到的氣體濃度而變化。

　　經(jīng)過正確校準(zhǔn)后，605-00008 傳感器可以用于觸發(fā)警報(bào)，通知濃度超過預(yù)設(shè)水平。 Parallax 建議檢測(cè)器在空氣中應(yīng)校準(zhǔn)到能檢測(cè) 1000 ppm LPG，或1000 ppm 異丁烷，且負(fù)載電阻 (RL) 在 5 kΩ 和 47 kΩ 之間。 為實(shí)現(xiàn)精確設(shè)置，還應(yīng)考慮溫度和濕度影響。 氣體敏感性特性和溫度/濕度依賴性在傳感器規(guī)格書中有詳細(xì)說明。

　　Parallax 605-00008 氣體傳感器

　　圖 2：運(yùn)行 Parallax 605-00008 氣體傳感器的示范電路。

　　其它應(yīng)用，如飛機(jī)上所用的鍋爐燃燒控制器或氧氣發(fā)生器，要求準(zhǔn)確檢測(cè)氧氣流量，以確保設(shè)備正確工作。 氧氣傳感器在這類應(yīng)用中的壽命比較長(zhǎng)。

　　該傳感器包含兩個(gè)二氧化鋯 (ZrO2) 閥瓣，兩個(gè)閥瓣之間是一個(gè)氣密小室。 其中一個(gè)閥瓣起氧氣泵的作用，用于填充和放空小室。 第二個(gè)閥瓣測(cè)量分壓差比率，并生成相應(yīng)的感應(yīng)電壓。 傳感器上的加熱元件產(chǎn)生 700°C 的高溫，這是 ZrO2 正常工作所需的溫度。 與替代型電化傳感器不同，這些氧化鋯型傳感器不要求參照氣體，因此精確度和耐久性更強(qiáng)。

　　KGZ-10 傳感器由電子測(cè)量電路操作，控制傳感器的工作和信號(hào)處理。 設(shè)計(jì)人員既可以將這個(gè)電路并到其自己的硬件中，也可以直接使用 Honeywell 提供的 Oxymac、Elecdit 或 DE800 接口板。 這些接口板實(shí)現(xiàn)了操作和讀取傳感器所需的所有功能，包括用于加熱元件的控制電路，同時(shí)支持功能測(cè)試和校準(zhǔn)。 該板的信號(hào)處理部分以電壓或電流形式生成所測(cè)氧氣量的線性輸出。 DE800 板集成了加熱器電源，而 Oxymac50 和 Elecdit 板要求外部加熱器電源。

　　結(jié)論

　　氣體和微粒傳感器在測(cè)量確保公眾和個(gè)人健康的空氣質(zhì)量方面起著很多重要作用，在象危險(xiǎn)報(bào)警和過程控制器這樣的工業(yè)安全系統(tǒng)中也至關(guān)重要。 在有大量人員活動(dòng)的辦公室或其它建筑中，可靠的空氣質(zhì)量測(cè)量能夠幫助減少運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境排放。

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