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空气质量传感器的工作原理及主流类别对比

时间:2020-04-17 14:46来源:elecfans 作者:郑州炜盛科技 点击:

空气质量传感器主要应用于各种空气净化装置和小家电产品,对酒精、香烟、氨气、硫化物等各种污染源都有极高的灵敏度,产品响应时间快,工作稳定。

然而在传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型中也会用到空气质量传感器,只不过是叶片式空气质量传感器,例如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。

叶片式空气质量传感器内,通常还有一电动汽油泵开关。当发动机起动运转时,测量片偏转,该开关触点闭合,电动汽油泵通电运转;发动机熄火后,测量片在回转至关闭位置的同时,使电动汽油泵开关断开。此时,即使点火开关处于开启位置,电动汽油泵也不工作。

另外,在空气质量传感器内还有一个进气温度传感器,用于测量进气温度,为进气量作温度补偿。

1、空气质量传感器工作原理介绍

在当前的空气净化领域,空气质量传感器几乎已经成为净化设备的标配附件,其作用是对空气中的PM2.5等颗粒物浓度进行监测,工作原理如下:

在传感器内部设有恒定光源(如红外发光二极管),空气通过光线时,其中的颗粒物会对其进行散射,造成光强的衰减。其相对衰减率与颗粒物的浓度成一定比例。

红外传感器内部结构一览

在与光源对角的另一侧设有光线探测器(如光电晶体管),它能够探测到被颗粒物反射的光线,并根据反射光强度输出PWM信号(脉宽调制信号),从而判断颗粒物的浓度。对于不同粒径的颗粒物(如PM10和PM2.5),其能够输出多个不同的信号加以区分。

颗粒物传感器工作原理(图片来自网络)

似简单的工作过程中,其实包含着光线的散射、反射、光强的衰减以及复杂的算法,我们之所以能够在传感器上或以不同颜色、或以数字形式直观看到空气质量指数,传感器功不可没。目前市场上主流的传感器分为两种:红外颗粒物传感器和激光颗粒物传感器,在工作原理方面,二者差别并不算太大;但结构方面却大有不同。

2、两大主流传感器对比

虽然同为主流产品,但红外空气质量传感器激光空气质量传感器的结构差别相当大。红外空气质量传感器的内部结构和电路设计都较为简单,激光空气质量传感器则显得更为复杂。

激光传感器VS红外传感器 内部结构对比

设计的不同带来的是测量精度的差异,红外空气质量传感器采用红外发光二极管作为光源,而激光式空气质量传感器则采用更为稳定的激光二极管。

在传感器工作过程中,必需条件之一是流动的空气通过光源和接收器之间的交叉区域。为了驱动气流,红外传感器采用电阻加热的方式,利用热空气带动周围气体流动;激光式传感器则在内部设有固定的风机。

信号输出方面,红外空气质量传感器内部的光电晶体管只能输出脉宽调制信号(PWM信号),这种信号并不能直观显示空气中颗粒物的浓度,需要经过进一步计算才能得出颗粒物浓度范围;激光空气质量传感器内部光电探测器的光电效应会产生电流信号,经电路放大处理后,可得到颗粒物的浓度值,信号一般为串口输出。

这也就解释了为什么部分净化器只能通过不同颜色灯光来指示空气质量,而其他净化产品则能够以数字形式显示具体空气质量指数。

另外,红外空气质量传感器采用电阻加热方式驱动气流,颗粒物的采样数较少,测试精度略显不足;而激光传感器采用风机驱动,数据采集量足够大,在一定程度上能够保证数据的精确性。

当然,高精度也是有一定副作用的——激光空气质量传感器的寿命相较红外传感器更短,不过随着技术的不断改进,目前大部分传感器均有不错的表现。

3、传统设计存在严重缺陷吗?

相比于净化器配备的空气质量传感器,大部分人更熟悉的可能是常见的“霾表”,随着空气污染的日益严重,这种产品的市场占有率丝毫不逊色于大部分净化器,这也正显示了用户对于身边空气质量的关注。不过您有没有思考过这样一个问题:为什么在净化器本身配备空气质量传感器的同时,很多人仍选择霾表来监测室内空气质量呢?

相对于净化器空气质量传感器, "霾表"仍是很多人的第一选择

这就涉及到净化器机身传感器设计方式的一个严重缺陷:由于其工作原理所限,只能对净化器机身周围的一小部分空气进行监测,这样的设计并不能客观体现净化器的净化性能。

举个简单的例子,一款空气净化器的单次净化效率可能表现很好,但其结构设计不合理导致送风效果较差,洁净空气不能有效循环。这就意味着,大部分时间,只有净化器机身周围的空气是洁净的,而用户却无法通过监测数据发现这一问题。这也不能归罪于传感器——毕竟此时通过其内部的空气中颗粒物含量并不高。

针对这一严重缺陷,有人对市面上主流净化产品进行对比,找到了一种相对更靠谱的解决方案。这一创新的方法来自芬兰的空气净化器品牌LIFAair:采用分体设计的独立空气质量传感器,传感器既能通过蓝牙或WiFi与净化器进行连接,充当传感器兼控制器;也可用作独立的“霾表”使用。它的日常使用场景是这样的:

分体式空气质量传感器日常使用场景

独立设计允许我们将空气质量传感器置于室内任何位置,对空气质量进行实时监测。其监测数据包括二氧化碳、甲醛、PM2.5含量、温度和湿度,基本涵盖了关于室内环境的所有指标。

郑州炜盛科技目前研发、生产以及销售有多款空气质量传感器,对苯、甲苯、甲醛、酒精、烟雾灵敏度高;具有响应恢复快、低功耗、检测电路简单、稳定性好、寿命长等优点。适用于家庭环境及办公室有害气体检测、 自动排风装置、 空气清新机等。欢迎您来咨询,咨询热线:0371-60932951

 

本文标签: 气体传感器
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