【原创】这个传感器太有必要了!盛思锐气体传感器助你远离室内污染

盛思锐气体传感器助你远离室内污染

作者:张国斌

我曾经设想手机可以检测空气质量,现在,这个想法终于可以实现了,盛思锐的新型超低功耗传感器可以用在移动设备上了!

随着人们健康意识的提升,很多人越来越关注空气质量,除了户外雾霾指标,大家也开始关注室内空气质量,实际上,并不是只有装修后的新房会有大量甲醛等有害气体,每个生活空间都或多或少存在空气污染的情况,对于室内空气质量,其指标是VOC--VOC是挥发性有机化合物( Volatile Organic Compounds/VOCs )的简称,它是指一种在常温常压下,可以以气体的形式存在于空气中的物质。VOC的主要成分有:烃类、卤代烃、氧烃和氮烃。它包括:苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醉、醚、酯、酸和石油烃化合物等。 而TVOC则是指室内空气总挥发性有机物。随着化学品和各种装饰材料的广泛使用,室内其他污染物尤其是挥发性有机化合物的种类不断增加,因此现在提出用总挥发性有机物作为室内空气质量评价的一个指标。   

当居室中的VOC超过一定浓度时,在短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力;严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退。伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统,VOC中的苯、氯乙烯、多环芳烃等为致癌物。室内VOC的污染近年来已引起世界各国的重视,各国都积极采取措施进行防护。 

而TVOC对人体健康影响主要是刺激眼睛和呼吸道,使皮肤过敏,使人产生头痛、咽痛与乏力。当室内空气中的TVOC浓度超过0.2mg/m³时,会使人产生头痛、疲倦和瞌睡,导致昏眩和昏睡,而当浓度超过35mg/m³时可能会导致昏迷、抽筋,甚至死亡。研究表明:室内空气中单个VOC含量都远远低于其限制浓度,但由于多种VOC的共同存在及综合作用,必然使危害程度增大,整体暴露后对人体健康的危害相当严重。基于VOC/TVOC有很大的危害性,所以,广大用户对于VOC/TVOC和检测有强烈需求,近日,盛思锐全球市场销售总监Stephan M. Richter先生,气体传感器产品经理Felix Hoehne先生以及大中华区总经理李锦华先生来到深圳,向用户和媒体介绍了盛思锐全球首款抗硅氧烷的金属氧化物气体传感器 – 多像素气体传感器SGP 。

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哈佛大学的研究也显示:VOC水平升高对认知能力(如战略思考和决策)有显著负面影响。 常见的犯困、反应灵敏度下降、身体慢性疼痛等亚健康现象,其原因都有可能是VOC。 

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李锦华表示VOC的来源极其广泛,家装使用的油漆、地板、地毯;日常生活所用的塑料制品、化妆品;甚至人类呼出的气体中,都有不同含量的VOC,降低空气中VOC水平的措施,除了减少VOC释放源,还要依赖于通风设备和空气净化系统。这就需要灵敏、稳定的传感器。

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李锦华表示对于TVOC国际上都有安全指标,这是国际上可接受的TVOC指标,在中国,TVOC国家标准是≤0.5(mg/m3) 。

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这是集中典型场景的TVOC指标可以看到有效通风可以降低TVOC指标,例如睡睡觉时打开窗户和关闭窗户,指标有很大变化,所以那些喜欢关闭窗户睡觉的同学需要注意了!

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盛思锐的多像素气体传感器揭秘

李锦华表示盛思锐(Sensirion)成立于1998年,是一家世界领先的传感器制造商,提供高品质温湿度传感器、气体和液体流量计和流量控制器等。总部设于瑞士苏黎世附近的Stäfa,主要负责研发和生产。2008年,盛思锐正式进入中国,成立盛思锐全资子公司——盛思锐贸易(深圳)有限公司,负责盛思锐在整个中国地区的产品销售和服务。盛思锐的传感器元件和和解决方案在世界范围内得到了广泛的认可,其应用行业包括汽车行业、医疗技术、建筑技术、工业过程控制以及消费产品等。

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本次推介的盛思锐金属氧化物SGP气体传感器基于Sensirion的多像素平台,它将四个气体传感元件集成在非常小的2.45 x 2.45 x 0.9 mm3 DFN封装中,具有完全校准的空气质量输出信号。另外,SGP易于集成,能够将金属氧化物气体传感器集成到移动设备中,为智能家居、家电和物联网应用中的环境监测开辟了新的可能性。

“我们主推两个版本:一个是SGP30,功耗是1.8伏,主要面向非移动或非锂电池供电产品,是40毫安工作电流,还有一个低功耗版本,叫SGPC3,主要针对移动场合,工作电压也是1.8V,但工作电流是1毫安。”李锦华指出,“我认为气体传感器应用场景很多,除了空气净化器,手机也可以放进去,我们在跟很多手机客户谈VOC检测,以前不可能应用在手机上,因为传感器体积大还要加ADC,功耗还高,现在可以了,我认为气体传感器在中国有很大应用空间。”

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李锦华表示SGP对与室内空气质量相关的各种挥发性有机化合物和气体敏感。例如下面是SGP30在1ppm分析物浓度下相对于乙醇的乙醇信号响应。

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抗硅氧烷有何意义?

关于盛思锐强调的抗硅氧烷卖点,李锦华表示硅氧烷是含Si—O—Si键构成主链结构的聚合物,实际上是一种硅化物,在我们生活当中是无处不在的,盛思锐的MOX感应器主要作用原理就是当传统硅化物以及VOC挥发性气体和感应器进行接触的时候,会造成膜片上温度上升到几百度,几百度之后就会裂解成不同的分子,这个分子在膜片本身会形成保护层,这个保护层一旦形成之后就会阻止气体再次进入膜片内部来形成进一步的感应。所以盛思锐特别强调这是抗硅氧烷的气体传感器,因为硅氧烷会影响或者损坏MOX(金属氧化物)传感器的作用机制,会造成MOX传感器失效或者灵敏度下降,这样会影响检测精度。

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从下面的检测数据可以看出,基本上2年以后,传统MOX传感器的精度会大幅度下降,而盛思锐抗硅氧烷的气体传感器精度几乎没有下降。

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 "这个抗硅氧烷原理其实就是用一个高温金属跟空气去做反应,发热之后,会变成涂层,涂层就会防范其它VOC气体跟MOX传感器的接触,影响它的灵敏度。”李锦华表示。

这也是这款传感器可以应用到手机上的一个优势,李锦华表示正是由于硅氧烷的存在,一般的传感器如果应用到手机上可能几周后灵敏度就降低了甚至完全丧失,如果这样就不可能被手机采用。上面的测试也说明了这个问题。

而他有强调,目前看来,针对VOC气体的检测,MOX是最好的技术,主要有以下两个原因:

     1、MOX可以达到足够高的敏感度,这个敏感度对于低浓度VOC气体检测非常有必要。市场上其它发包括电学和光学技术达不到这个精度。

     2、一般室内可能有数百种化学品或化学混合物,由于MOX测量领域广,所以可以一次性的检测多种气体。如果使用传统的光学检测,一个光学感应器只能针对一种气体,要针对那么多几百种气体来所难度很大。

不过他也坦诚有一些应用场景对于MOX来说并不是最佳选择,例如二氧化碳的检测,MOX没办法直接做到对二氧化碳测量,所以盛思锐的这款传感器采用的是基于H2的CO2 等效输出。

他解释说这是因为人类呼吸中含有很高浓度的H2 (空腹条件下约10 ppm1)和CO2 (约4%),人类也是室内环境中H2和CO2 的唯一主要来源,而且测试发现CO2等效值传感器输出与光二氧化参考值具有很好的相关性。

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而室内空气变差,主要是两个来源。一个是人类活动一个是建筑材料、家具、烹饪、绘画、清洁等产生的VOC,现在,盛思锐把这两个活动产生的TVOC都可以精确测量出来。

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“我们还有自己的光学二氧化碳传感器来弥补MOX存在的对于二氧化碳检测的小小遗憾。”他指出,“盛思锐还有很多行业领先产品,除了新产品多像素气体传感器SGP外,还有PM2.5传感器、CO₂传感器、SHT3x系列的湿度传感器、SDP800系列的差压传感器以及世界上最小的差压传感器SDP3x,等等。我们将继续以国际视野和一流水准为中国各个应用领域提供革新技术支持。”

他表示盛思锐不会模仿爆款产品,而是注意关注细分市场上的空白部分,这些空白是其他厂商没有进入的部分,在智能物联大潮中,盛思锐愿意与中国厂商携手挖掘对更多创新应用来,他欢迎更多本土厂商与盛思锐合作,详细信息可以的登陆www.sensirion.com.cn 官网获得。