室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)與傳感器的應(yīng)用

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一、空氣對(duì)于人的重要性

　　人們每時(shí)每刻都離不開氧，并通過(guò)吸入空氣而獲得氧。一個(gè)成年人每天需要吸入空氣達(dá)6500升以獲得足夠的氧氣，因此，被污染了的空氣對(duì)人體健康有直接的影響。人的一生中有90%以上時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，可見，室內(nèi)空氣品質(zhì)對(duì)人的影響更是至關(guān)重要。

　　二、室內(nèi)環(huán)境污染背景

　　當(dāng)今，人類正面臨“煤煙污染”、“光化學(xué)煙霧污染”之后，又出現(xiàn)了“室內(nèi)空氣污染”為主的第三次環(huán)境污染。美國(guó)專家檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)空氣中存在500多種揮發(fā)性有機(jī)物，其中致癌物質(zhì)就有20多種，致病病毒200多種。危害較大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量觸目驚心的事實(shí)證實(shí)，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”，也成為全世界各國(guó)共同關(guān)注的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中，室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng)引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌。

　　三、關(guān)于開展室內(nèi)空氣質(zhì)量服務(wù)的幾點(diǎn)設(shè)想

　　1.著手調(diào)查國(guó)內(nèi)家庭和辦公室內(nèi)空氣質(zhì)量的基本情況。

　　2.了解并著手引進(jìn)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備。

　　3.進(jìn)行規(guī)模較大的宣傳活動(dòng)，首先應(yīng)由氣象主管部門與環(huán)保主管部門聯(lián)合建立室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題的管理機(jī)制。

　　4.對(duì)國(guó)際環(huán)保部門有關(guān)室內(nèi)空氣質(zhì)量的法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、室內(nèi)污染測(cè)定方法及對(duì)測(cè)定儀器等問(wèn)題進(jìn)行專門的調(diào)查和研究。

　　四、空氣檢測(cè)儀的強(qiáng)力武器——傳感器

　　檢測(cè)技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)和改造世界的一種必不可少的重要技術(shù)手段。而傳感器是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)中對(duì)信息資源的開發(fā)獲取、傳輸與處理的一種重要工具。下面將介紹六種在空氣質(zhì)量檢測(cè)方面發(fā)揮重要作用的傳感器。

　　1.金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測(cè)氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過(guò)電流變化的比較，激發(fā)報(bào)警電路。由于半導(dǎo)體式傳感器測(cè)量時(shí)受環(huán)境影響較大，輸出線形不穩(wěn)定。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器，因其反應(yīng)十分靈敏，故目前廣泛使用的領(lǐng)域?yàn)闇y(cè)量氣體的微漏現(xiàn)象。

　　2.催化燃燒式傳感器。催化燃燒式傳感器原理是目前最廣泛使用的檢測(cè)可燃?xì)怏w的原理之一，具有輸出信號(hào)線形好、指數(shù)可靠、價(jià)格便宜、無(wú)與其他非可燃?xì)怏w的交叉干擾等特點(diǎn)。催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理，感應(yīng)電阻與環(huán)境中的可燃?xì)怏w發(fā)生無(wú)焰燃燒，是溫度使感應(yīng)電阻的阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，使之輸出穩(wěn)定的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)后期電路的放大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。

　　3.定電位電解式傳感器。定電位電解式傳感器是目前測(cè)毒類現(xiàn)場(chǎng)最廣泛使用的一種技術(shù)，在此方面國(guó)外技術(shù)領(lǐng)先，因此此類傳感器大都依賴進(jìn)口。定電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)，安裝工作電極、對(duì)電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加了一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與的電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在對(duì)電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng)，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體濃度成正比。

　　4.迦伐尼電池式氧氣傳感器。迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)：在塑料容器的一面裝有對(duì)氧氣透過(guò)性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬（鉑、黃金、銀等）陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽(yáng)極（用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬）。用氫氧化鉀。氧氣在通過(guò)電解質(zhì)時(shí)在陰陽(yáng)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使陽(yáng)極金屬離子化，釋放出電子，電流的大小與氧氣的多少成正比，由于整個(gè)反應(yīng)中陽(yáng)極金屬有消耗，所以傳感器需要定期更換。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)已日趨成熟，完全可以國(guó)產(chǎn)化此類傳感器。

　　5.紅外式傳感器。紅外式傳感器利用各種元素對(duì)某個(gè)特定波長(zhǎng)的吸收原理，具有抗中毒性好，反應(yīng)靈敏，對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔锒加蟹磻?yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

　　6.PID光離子化氣體傳感器。PID由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負(fù)電極，形成電場(chǎng)，待測(cè)氣體在紫外燈的照射下，離子化，生成正負(fù)離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號(hào)。PID具有靈敏度高，無(wú)中毒問(wèn)題，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　五、氣體檢測(cè)儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀深度分析

　　近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，儀器儀表產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展，自2004年產(chǎn)銷首次突破千億元大關(guān)，行業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道，2006年行業(yè)總產(chǎn)值突破兩千億元；2007年儀器儀表行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)3078億元，增長(zhǎng)率高達(dá)28.5%；據(jù)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，08年上半年儀器儀表行業(yè)總產(chǎn)值實(shí)現(xiàn)1755.9億元，同比增長(zhǎng)23.8%，其中分析儀器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器儀表增長(zhǎng)率高達(dá)32%。

　　科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為氣體檢測(cè)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展提供了條件，市場(chǎng)和政府政策的推動(dòng)、人們安全意識(shí)的提高、相關(guān)法規(guī)法律的完善是氣體檢測(cè)行業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力，這些推動(dòng)使氣體檢測(cè)儀器儀表行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)期。

　　從技術(shù)發(fā)展的角度看，根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體及應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流。

　　六、對(duì)未來(lái)空氣質(zhì)量檢測(cè)的展望

　　隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。

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