原创 家中有害挥发气体如何检测——物联网智能家居行业的TVOC传感器检测原理

物联网系统中为什么要使用TVOC 传感器

在物联网系统中使用TVOC传感器的原因主要基于以下几个方面：

一、环境监测与健康保障

1. 检测挥发性有机物：TVOC传感器能够检测空气中总挥发性有机物的浓度，这些物质包括苯系物、甲醛、有机氯化物等多种对人体有害的气体。通过实时监测这些有害气体的浓度，可以及时发现并采取措施，保障人们的健康。
2. 预防健康风险：高浓度的TVOC对人体有害，可能引发头痛、恶心、呼吸困难等症状，甚至导致更严重的健康问题。物联网系统中的TVOC传感器能够持续监测并预警，帮助人们避免长时间暴露在高浓度的TVOC环境中。

二、智能化管理与控制

1. 数据收集与分析：物联网系统通过TVOC传感器收集的数据，可以进行深入的分析和挖掘，了解环境中TVOC浓度的变化趋势和规律，为环境管理提供科学依据。
2. 自动化调控：结合物联网系统的其他组件，如智能通风系统、空气净化器等，TVOC传感器可以实现室内环境的自动化调控。当检测到TVOC浓度超标时，系统会自动启动通风或净化设备，降低室内TVOC浓度，提高室内空气质量。

三、提升用户体验与满意度

1. 实时反馈：物联网系统中的TVOC传感器能够实时反馈室内空气质量状况，让用户随时了解自己所处环境的空气质量情况，提升用户的舒适度和满意度。
2. 个性化服务：结合用户的实际需求和使用习惯，物联网系统可以通过TVOC传感器提供个性化的空气质量管理服务，如根据室内空气质量状况自动调节室内温湿度、风速等参数，为用户创造更加舒适、健康的居住环境。

四、促进节能减排

1. 优化能源利用：通过物联网系统中的TVOC传感器，可以实现对室内环境的精准控制，避免不必要的能源消耗和浪费。例如，在空气质量良好的情况下，可以减少通风和净化设备的运行时间，从而降低能耗。
2. 推动绿色建筑发展：在绿色建筑和智能家居等领域，物联网系统中的TVOC传感器发挥着重要作用。它不仅能够提升室内空气质量，还能够促进建筑能耗的降低和资源的节约利用，推动绿色建筑和可持续发展目标的实现。

五、具体应用场景

1. 空气质量监测

TVOC传感器在空气质量监测中发挥着重要作用。它们能够实时检测空气中的总挥发性有机物（TVOC）浓度，包括苯、甲苯、二甲苯等有害气体，为环境保护部门提供重要的监测数据。这些数据有助于评估空气质量状况，及时发现和解决空气污染问题。

1. 室内环境监测

在家庭、办公室、学校等室内环境中，TVOC传感器也被广泛应用。它们可以帮助人们了解室内空气质量情况，及时发现室内空气中的TVOC浓度是否超标。这对于保障人们的健康和安全具有重要意义，因为长时间暴露在高浓度的TVOC环境中可能对人体健康产生不良影响。

1. 环保监测

在环保监测领域，TVOC传感器也被用来监测工业排放、污水处理等过程中的TVOC浓度。这有助于政府和企业了解污染源的排放情况，及时采取措施控制污染源的排放，从而保护环境和生态系统。

1. 科研实验

在科研实验中，TVOC传感器也发挥着重要作用。它们可以用于研究有机挥发性化合物的生成、分解和转化过程，为科研工作提供数据支持。这对于推动科学研究的进展和发展具有重要意义。

1. 工业应用

TVOC传感器在工业领域也有广泛的应用。例如，在石油化工、工业生产、冶炼锻造、电力、煤矿等行业中，TVOC传感器可以实时监测生产过程中的TVOC浓度，确保生产安全和环境保护。此外，在仓库、车间、化工厂、密闭生活场所等需要实时监测TVOC浓度的场合，TVOC传感器也发挥着重要作用。

1. 其他领域

除了以上几个领域外，TVOC传感器还可以应用于楼宇建筑、市场企业、仓储物流、隧道工程、消防、燃气、科研中心等多个领域。这些领域中的TVOC浓度监测对于保障人们的健康和安全、保护环境和生态系统具有重要意义。

综上所述，物联网系统中使用TVOC传感器是出于环境监测与健康保障、智能化管理与控制、提升用户体验与满意度以及促进节能减排与可持续发展等多方面的考虑。这些传感器在物联网系统中发挥着重要作用，为人们的生活和工作带来了更多的便利和保障。

本文会再为大家详解传感器家族中的一员——TVOC传感器。

TVOC传感器的定义

TVOC传感器是用于检测空气中总挥发性有机物（Total Volatile Organic Compounds，简称TVOC）的电子设备。TVOC是空气中挥发性有机物的总称，包括苯系物、甲醛、有机氯化物、氟利昂、酮、胺、醇、醚、酯、酸、卤代烃、氧烃、石油烃等多种化合物。这些化合物在常温下容易挥发成气体，存在于室内和室外空气中，对人体健康和环境质量有潜在影响

TVOC传感器的原理

1. 半导体原理

• 核心机制：当空气中的有机化合物与传感器接触时，会在传感器表面产生化学反应，导致传感器的电阻发生变化。这种电阻的变化与空气中的TVOCs浓度成正比。
• 检测过程：随着被测气体浓度的升高和降低，传感器的电导率会随之升高和降低。之后，通过电路将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。
• 优点：这种传感器通常具有灵敏度高、响应速度快的特点。

1. PID（光离子化检测器）原理

• 核心机制：利用高频率紫外光灯发射紫外光对被测气体进行电离，使TVOC被光线分解成离子，产生电荷流。
• 检测过程：电荷流的高低与被测气体的浓度成正比，通过测量电荷流即可获得被测气体内TVOC的对应浓度。
• 优点：PID传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、动态范围大、精度高等特点。

1. 温度重整技术（TDR）

• 核心机制：利用带有电容的传感器电阻膜夹入到电路芯片中的特殊能量捕获技术。当环境中有TVOC污染物时，气体会穿过传感器电阻膜，电容会发热释放到传感器电阻膜中，并通过电路芯片转换成电流。
• 检测过程：以此来测量TVOC污染物的浓度。
• 特点：该技术能够准确快速地测量环境中的TVOC污染物，并且价格不高，易于安装和维护。

TVOC传感器的分类

按工作原理分类

1. 半导体原理传感器

• 工作原理：当空气中的有机化合物与传感器接触时，会在传感器表面产生化学反应，导致传感器的电阻发生变化。这种电阻的变化与空气中的TVOCs浓度成正比。
• 特点：通常具有较高的灵敏度和较快的响应速度，但可能受到温度、湿度等环境因素的影响。

1. PID（光离子化检测器）原理传感器

• 工作原理：利用高频率紫外光灯发射紫外光对被测气体进行电离，使TVOC被光线分解成离子，产生电荷流。电荷流的高低与被测气体的浓度成正比，通过测量电荷流即可获得被测气体内TVOC的对应浓度。
• 特点：具有灵敏度高、抗干扰能力强、动态范围大、精度高等特点，是目前较为常用的TVOC传感器之一。

1. 电化学原理传感器

• 工作原理：通过化学反应产生电流或电压，该电流或电压与被测气体的浓度成正比。
• 特点：具有较高的选择性和灵敏度，但可能受到温度、湿度等环境因素的影响，且需要定期更换电解质等耗材。

1. 其他原理传感器

如温度重整技术（TDR）等，这些传感器采用特殊的技术手段实现对TVOCs的检测，具有各自独特的特点和应用场景。

按检测范围分类

根据能够检测的TVOCs浓度范围不同，TVOC传感器可以分为低浓度型、中浓度型和高浓度型等。

按应用场景分类

根据应用场景的不同，TVOC传感器可以分为室内型、室外型、工业型等。不同类型的传感器在精度、稳定性、抗干扰能力等方面可能有所不同，以适应不同的应用需求。

TVOC传感器的选型参数

1. 测量范围

• 定义：传感器能够检测到的TVOC浓度范围。
• 重要性：确保传感器能够覆盖目标应用中的TVOC浓度范围。
• 示例：测量范围可能从ppb（十亿分之一）级别到ppm（百万分之一）级别不等，具体取决于传感器的设计和应用需求。

1. 精度

• 定义：传感器测量结果的准确程度，通常以测量值的百分比或绝对误差表示。
• 重要性：高精度传感器能够提供更准确的TVOC浓度数据，有助于更准确地评估空气质量。
• 示例：某些传感器可能具有±(1%读数+1ppb)的精度。

1. 响应时间

• 定义：传感器从接触到被测气体到稳定输出测量值所需的时间。
• 重要性：快速响应的传感器能够更快地检测到TVOC浓度的变化，有助于及时采取措施保护人员健康和环境安全。
• 示例：响应时间可能从几秒到几分钟不等，具体取决于传感器的设计和工作原理。

1. 稳定性

• 定义：传感器在长时间使用过程中的性能稳定性。
• 重要性：稳定性好的传感器能够长期保持准确的测量结果，减少因传感器性能变化而导致的误差。
• 示例：某些传感器可能具有长期稳定性测试报告，证明其在特定条件下的稳定性。

1. 工作环境

• 定义：传感器能够正常工作的温度、湿度、压力等环境条件。
• 重要性：确保传感器能够在目标应用环境中正常工作，避免因环境条件不适而导致的性能下降或损坏。
• 示例：传感器可能具有特定的工作温度范围（如-20°C至+50°C）和湿度范围（如0%至90%RH）。

1. 输出信号

• 定义：传感器将测量到的TVOC浓度转换为可测量和可记录的信号类型。
• 重要性：输出信号类型应与数据采集系统或控制系统兼容，以便实现数据的传输和处理。
• 示例：输出信号可能包括模拟信号（如4-20mA电流信号、0-5V电压信号）和数字信号（如RS485、Modbus等）。

1. 传感器类型

• 定义：根据工作原理和技术特点分类的传感器类型。
• 重要性：不同类型的传感器具有不同的优缺点和适用范围，选择适合的传感器类型有助于提高测量精度和稳定性。
• 示例：常见的TVOC传感器类型包括半导体原理传感器、PID原理传感器、电化学原理传感器等。

1. 寿命和维护

• 定义：传感器的使用寿命和所需的维护周期。
• 重要性：了解传感器的寿命和维护要求有助于制定合理的维护计划，确保传感器长期稳定运行。
• 示例：某些传感器可能具有长达数年的使用寿命，并需要定期校准和清洁以维持性能。

TVOC传感器的使用注意事项

1. 环境条件

• 温度与湿度：
• 避免在过高（>40℃）或过低（<0℃）的温度环境中使用，以免影响传感器的准确性和寿命。
• 避免在高湿度环境下使用，如加湿器旁，因为高湿度可能导致传感器性能下降或损坏。
• 通风条件：
• 传感器应放置在通风良好的地方，避免用任何物体覆盖和遮挡通风孔，以确保传感器能够准确感知环境中的TVOC浓度。

1. 安装位置

• 避免干扰：
• 安装时应远离强电磁场（如大功率电机、变压器等），以减少电磁干扰对传感器测量结果的影响。
• 同时，避免将传感器安装在有明显异味或气流干扰的区域，如厨房、卫生间等，以保证测量结果的准确性。
• 高度与方向：
• 根据被测气体的密度选择合适的安装高度和方向。若被测气体密度小于空气密度，探头应安装在距屋顶30cm外，方向向下；反之，探头应安装在距地面30cm，方向向上。

1. 操作与维护

• 预热与校准：
• 在初次使用或长时间断电后，需要先接通电源进行预热。预热时间根据断电时间的长短而定，一般不超过1小时。
• 定期进行校准，以确保测量结果的准确性。校准时应按照说明书中的步骤进行，并尽量在通风良好的环境中进行。
• 避免摔落与撞击：
• 在使用过程中，应避免让传感器从高处摔落或与硬物摩擦撞击，以免损坏传感器内部的敏感元件。
• 清洁与维护：
• 定期清洁传感器表面的灰尘和污垢，以保持传感器的灵敏度和准确性。
• 注意检查传感器的电缆和连接插头是否完好，如有损坏应及时更换。

1. 安全事项

• 个人防护：
• 在进行TVOC检测时，操作人员应佩戴适当的个人防护设备，如防毒面罩等，以防吸入有害气体。
• 健康检查：
• 操作人员应定期进行健康检查，特别是对呼吸系统等进行检查，以防出现气体污染导致的健康问题。
• 操作规范：
• 在使用传感器时，应严格按照说明书中的操作规范进行操作，避免误操作导致传感器损坏或测量结果不准确。

TVOC传感器的厂商

TVOC传感器厂商众多，以下是一些知名的TVOC传感器生产厂商，以及它们的一些简要介绍：

1. 广州奥松电子股份有限公司

• 简介：成立于较早时期，拥有较长的行业经验和技术积累。
• 产品：提供多种类型的TVOC传感器，如AGS10等，这些传感器广泛应用于空气质量监测等领域。
• 特点：产品性能稳定，技术领先。

1. 河南森斯科传感技术有限公司

• 简介：在传感器领域拥有一定的市场份额，以生产高质量传感器著称。
• 产品：提供包括GK1在内的多款空气质量、TVOC检测传感器，广泛应用于环境监测、室内空气质量检测等领域。
• 特点：产品价格亲民，性价比高，受到市场欢迎。

1. 深圳市拓展腾电子元器件有限公司

• 简介：专注于电子元器件的生产和销售，包括TVOC传感器等。
• 产品：提供GY-SGP30、SGP40等空气质量传感器，这些传感器能够测量TVOC以及eCO2等参数。
• 特点：产品精度高，适用于需要精确测量的场合。

1. 山东诚品智能技术有限公司

• 简介：一家专注于智能技术解决方案的公司，也涉足传感器领域。
• 产品：提供多参数室内空气质量传感器，包括温湿度、TVOC等多种参数的监测。
• 特点：产品功能全面，适合需要综合监测空气质量的场合。

1. 深圳市深晨科技有限公司

• 简介：在智能传感器领域有一定的研发实力和市场影响力。
• 产品：提供M701SC等多合一空气传感器，能够同时监测包括TVOC在内的多种空气质量参数。
• 特点：产品性能稳定，通信方式多样，适合不同应用场景的需求。

1. 纳维亚信息技术(深圳)有限公司

• 简介：专注于信息技术和传感器领域的研发与生产。
• 产品：提供AGS10等TVOC传感器，采用I2C MEMS技术，具有高精度和稳定性。
• 特点：产品技术先进，适用于对传感器性能要求较高的场合。

此外，还有郑州炜盛电子科技有限公司、深圳市怡轩微科技有限公司、苏州慧闻纳米科技有限公司等众多厂商也生产TVOC传感器，它们各自在产品设计、性能、价格等方面有所差异，以满足不同用户的需求。

供应商A：CSMS(中科微感)

http://www.csmsn.com

1、产品能力

主推型号1: CM-A101S

对应的产品详情介绍

概述

中科微感研发生产的TVOC传感器是一款MEMS基金属氧化物半导体传感 器，对 TVOC 具有很高的灵敏度。采用全新气体敏感材料技术，以及半导体膜 层沉积工艺，并优化了 MEMS 衬底结构，使得传感器相较上一代产品具有更高 灵敏度、高响应、稳定性强的特点，并且产品具有超高一致性，极大地提升了 抗中毒性、改善了漂移问题，可以检测 0.1-500 ppm 范围的 TVOC 浓度，传感 器耐硅中毒性能测试优秀。 本传感器可嵌入各种与空气中TVOC浓度相关的仪器仪表或环境改善设备， 为其提供及时准确的浓度数据，且检测过程操作方便、测量准确、工作可靠，无需重新标定，大幅度降低 了研发成本、生产成本。

特点

• 对TVOC有高响应性
• 室内环境监测
• 体积小，低功耗
• 操作方便
• 使用寿命长

应用

• 医疗监测
• 应用电路简单
• 车内环境监测
• 3C电子

技术规格

2、支撑

技术产品

• 技术资料

TO-5-TVOC传感器(0.1-500ppm).pdf

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