[发明专利]用于测量气体中污染物的浓度的系统和方法

说明书

提供了一种空气净化系统，其包括对空气中目标污染物的浓度的测量。气体传感器用于感测污染物的浓度(不过由于交叉灵敏度，其也会检测其它污染物)。提供了一种选择性地去除目标污染物，同时在减少传感器交叉敏感的其它污染物方面具有显著更小效果的过滤器。对过滤之前获得的气体传感器响应、过滤之后的气体传感器响应、以及气体传感器对污染物的灵敏度特性进行处理，由此确定过滤前空气中污染物的气体浓度。以这种方式，由于气体传感器的低选择性，因此浓度测量优于使用气体传感器的直接测量。

技术领域

本发明涉及感测诸如空气等气体中的污染物水平。

背景技术

室内空气污染对全世界许多城市地区构成严重的健康危害。在室外(例如来自机动车辆和工业)和室内(来自烹饪、吸烟、蜡烛燃烧、焚香、除气建筑物/装饰材料，使用除气蜡、油漆、抛光剂等)都会遭遇空气污染源。室内污染水平通常高于室外，尤其是挥发性有机化合物。与此同时，许多人大部分时间都停留在室内，因而可能几乎持续暴露于不健康的空气污染水平。

改善室内空气清洁度的一种方法是在室内安装空气净化器，空气净化器能够通过清洁单元使室内空气连续再循环，清洁单元包括一个或多个空气过滤器，或利用吸附、化学吸附、转化或分解。实例是活性炭过滤器、化学品浸渍多孔介质、光催化单元、等离子体基组分或生物基的净化组分。

改善室内空气清洁度的另一种方法是使用过滤的室外空气进行连续通风。在后一种情况下，空气过滤器通常包含在加热、通风设备和空调(HVAC)系统中，该系统能够进行温度调节、通风，以及通过在室内释放空气之前使其先通过一个或多个空气过滤器来清洁从室外吸入的通风空气。用清洁的室外空气进行通风可以置换污染的室内空气并稀释其污染水平。

为了从空气中去除污染气体，通常使用活性炭过滤器，活性炭过滤器能够吸附/去除/分解空气中的许多挥发性有机烃气体(VOC)和若干无机气体(NO2、O3、SO2)。活性炭材料通常以包含在透气性过滤器框架结构中的粉末\微粒或球粒的形式存在。甲醛气体的室内空气污染问题尤其影响许多人的健康和福祉。甲醛从室内来源(如建筑材料、装饰材料和家具)持续排放。其室内浓度可以增加至远高于甲醛的清洁空气标准浓度(例如，当室内通风较差时，中国限定标准最大可接受甲醛暴露为0.10mg/m³——其它国家具有其它标准)。由于室外天气条件差、室外温度不适和/或出于安全考虑，通过打开门窗实现高通风条件并不总是可行的。

人们越来越希望能够测量家中的污染物浓度。确定家中的污染物浓度是困难的。例如，可以使用通过真空泵从气体吸收管抽取空气，然后对管进行气相色谱分析以测量不同浓度。这种分析通常需要约4小时进行萃取，并且气相色谱分析要在实验室进行并且需要大约一天。这显然是一个昂贵且耗时的过程。但这也只给出一次测量结果，不会指示气体浓度随时间的变化。测量只能由专家用昂贵的设备进行。

由于交叉灵敏度和低反应速度，当前气体传感器的精度受到限制。交叉灵敏度常见于电化学传感器。

例如，下表示出Membrapor AG(商标)公司已知的电化学甲醛传感器的灵敏度(在各种气体的输出电压V变化至1ppm)。

上表表明该特定传感器响应醇和高级醛。这种交叉灵敏度可以对整个传感器信号产生强有力的贡献，因为醇可以通过清洁剂和空气清新剂、个人卫生产品(例如剃须液或除臭剂)以及酒精饮料在家中排出。

对加拿大50个家庭进行的一项广泛研究测量了正常家庭活动中的VOC水平。平均测量乙醇水平超过甲醛浓度10倍或更多。表1显示在这样的环境中，交叉灵敏度响应超过了由甲醛气体引起的信号。

因此，由于传感器能够响应各种气体，因而其具有受限的选择性。

还有其他气体引起交叉灵敏度问题，例如氢气使得交叉灵敏度上升1-3％，CO使得交叉灵敏度上升10-18％。