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室内空气质量传感器标定平台 李向东，赵移，刘俊杰* 天津市重点实验室室内空气品质控制中心，天津大学环境与科学学院 摘 要：本文介绍了一种新型空气质量传感器快速校准平台和一套校正方法。该校准平 台具有发生浓度稳定、断面浓度均匀、多级可调和能够批量标定等诸多优点，配合数据处理 程序，可以用于校正如PM2.5，二氧化碳和甲醛等室内空气质量传感器。此外，还进行了环 境因素对颗粒物和甲醛测量结果的影响分析，将相对湿度作为参数之一来修正室内空气质量 传感器测量值。 关键词：IAQ 传感器 校准平台 修正系数 相对湿度 0 引言 人每天有 90%以上的时间在室内度过，可见，室内空气品质对人的影响更是至关重要。 目前，我国室内空气污染主要由颗粒物和化学污染物组成。利用污染物传感器检测空气质量 是当今流行的一种方法，常见的空气质量传感器如：PM2.5 传感器，CO2 传感器，甲醛和温 湿度传感器等。适用于室内环境监测、新风机组、净化单元等众多场合。空气污染物浓度的 分布于监控点和监控时间有明显的依赖关系，因而对空气传感器的灵敏度及稳定性提出了甚 高的要求。相比于数万元的专业仪器来说。大量使用的廉价PM2.5 传感器和甲醛传感器在工 作过程中，存在稳定性不好、启动时间长、不同工作环境精确度相差大、不同污染物浓度数 据偏差大等问题，这些问题会影响空气过滤设备的工作状态调节，不能针对室内外污染物浓 度变化及时调整，严重时会产生人员健康受到威胁、经济损失等一系列问题。因此，对这些 廉价的空气质量传感器进行标定是很有必要的。本文从室内IAQ 传感器出发，分析了产生测 量误差的原因，开发了一套标定系统并提出了校准方法。随着人们生活水平的不断提高和对 环保的日益重视，对室内环境质量的检测及对空气质量传感器提出了更高的要求，利用计算 机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合提高传感器的精 准度将是以后重要的研究方向。 1 背景介绍 目前，市面上常见的室内空气质量传感器主要测量项为PM2.5、CO2、甲醛、TVOC 和温 湿度。经过调研和实验发现，许多市面上常见的空气质量传感器测量精度不高，比如PM2.5 项，有的传感器和 Dusttrak8530/8533 结果相比甚至可以达到一倍之差 [1]；传感器甲醛测 量结果也和国标规定使用的分光光度法有较大差异； 经过分析，认为造成这些空气质量传感器测不准的原因有很多，其中，主要是由于传感 器内部所用的测量模块相对于动辄上万元的标准仪器来说价格较低，性能受限；另外的原因 有：外界环境因素的影响（如相对湿度对光散射法测PM2.5 结果有显著影响）、集成式 IAQ 传感器内部结构不同造成的误差和缺乏统一的校准方法等等。 针对市场上良莠不齐的各种类型的空气质量监测传感器，创造一个浓度可调，发生气体 多样，发生浓度稳定，断面上各点浓度均匀的舱室环境，用于传感器之间的相互标定，以及 与标准仪器的参考标定。 根据 GB-T14295-2008[3]空气过滤器 和 美国污染控制协会推荐规范 IEST-RP-CC014.2 [2] 光学粒子计数器 而定标定与特征标定的相关规定，结合现有专利的不足和缺漏，我们提出 标定舱应具有的三个指标： 均匀性：各标定点浓度偏差不高于5%，对于较难均匀的气溶胶，不平衡率不能超过10%； 稳定性：连续测试1 小时浓度偏差不超过10%； 浓度精确可调：能够完全覆盖掉日常所见的污染物浓度范围，并且最高浓度能实现标准 2~10 倍（依气体而异）。 2 技术方案 2.1 标定环境舱的搭建 系统结构组成及运行方式：系统主要由机柜（含排风机）、标定舱主舱体、静压箱、连 接管路、送风风机过滤器箱五个主要部件构成，其细部结构如下图所示： 图1 标定舱系统图 2.2 标定舱主要特性 该标定系统主要有以下优点： ①首次利用 1m3 的舱来进行多传感器的同时标定。相比较之前的传感器标定实验系统 基本都是粗放的标定，不对采样端的浓度风速均匀进行控制。从科学性角度来说，较大的环 境舱更容易使气流均匀稳定，适合传感器的标定，但是体积过大又无法实现更高换气次数， 快速排出累积污染物，研究传感器动态相应特性，并且体积增大容易导致其中气流易受不可 控因素影响，比如大量传感器集中工作产生的热量会造成热羽