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空气净化器tvoc传感器的工作原理是怎样的?

来源:
2025-05-14
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

空气净化器中的TVOC(Total Volatile Organic Compounds,总挥发性有机化合物)传感器用于检测空气中挥发性有机化合物的浓度,其工作原理主要有半导体式、电化学式、光离子化检测器(PID)式等,以下为你详细介绍:

半导体式TVOC传感器

  • 工作原理

    • 半导体式TVOC传感器通常基于金属氧化物半导体材料,如氧化锡(SnO₂)、氧化锌(ZnO)等。这些半导体材料在常温下电导率较低,但当它们与空气中的挥发性有机化合物接触时,会发生表面吸附反应。

    • TVOC分子会吸附在半导体材料的表面,并与材料表面的氧离子发生化学反应,导致半导体材料的电导率发生变化。一般来说,吸附的TVOC分子越多,电导率的变化就越大。

    • 通过测量半导体材料的电阻或电导率的变化,就可以间接得到空气中TVOC的浓度。

  • 优缺点

    • 优点:成本较低、结构简单、响应速度相对较快,适用于对成本敏感且对精度要求不是特别高的空气净化器产品。

    • 缺点:选择性较差,容易受到其他气体(如水蒸气、二氧化碳等)的干扰,导致测量精度不高;长期使用后,传感器可能会出现老化现象,性能稳定性下降。

电化学式TVOC传感器

  • 工作原理

    • 电化学式TVOC传感器由工作电极、对电极和参比电极组成,通常还包含一层选择性透过膜。当空气中的TVOC分子通过选择性透过膜进入传感器内部时,会在工作电极表面发生氧化或还原反应。

    • 例如,某些TVOC分子在工作电极上被氧化,产生电子和离子。这些电子会通过外电路流向对电极,形成电流信号。电流的大小与进入传感器的TVOC分子的数量成正比,通过测量电流的大小,就可以确定空气中TVOC的浓度。

    • 参比电极的作用是提供一个稳定的电位,保证工作电极和对电极之间的电位差稳定,从而提高测量的准确性。

  • 优缺点

    • 优点:具有较好的选择性和灵敏度,能够较准确地测量特定范围内TVOC的浓度;线性度较好,输出信号与TVOC浓度之间呈较好的线性关系,便于数据处理和分析。

    • 缺点:传感器的寿命相对较短,一般需要定期更换;对使用环境有一定的要求,如温度、湿度等环境因素的变化可能会影响传感器的性能。

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光离子化检测器(PID)式TVOC传感器

  • 工作原理

    • PID式TVOC传感器主要由紫外光源、电离室和收集电极组成。紫外光源能够发射出特定波长的紫外线,当空气中的TVOC分子进入电离室时,会被紫外光子轰击,从而发生电离,产生正离子和电子。

    • 在电离室内施加一个电场,正离子和电子会在电场的作用下分别向收集电极和对电极移动,形成微弱的电流信号。电流信号的大小与进入电离室的TVOC分子的数量成正比,通过测量电流的大小,就可以计算出空气中TVOC的浓度。

    • PID传感器可以通过更换不同能量的紫外光源,来调整其检测的TVOC种类和范围。

  • 优缺点

    • 优点:灵敏度极高,能够检测到极低浓度的TVOC;响应速度快,可以在短时间内对TVOC浓度的变化做出反应;检测范围广,可以检测多种挥发性有机化合物。

    • 缺点:价格相对较高,增加了空气净化器的成本;紫外光源需要定期更换,维护成本较高;对环境湿度较为敏感,在高湿度环境下可能会出现测量误差。


责任编辑:Pam

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