用于测量气体中污染物的浓度的系统和方法技术方案

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。

System and Method for Measuring the Concentration of Pollutants in Gases

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量气体中污染物的浓度的系统和方法
本专利技术涉及感测诸如空气等气体中的污染物水平。
技术介绍
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MembraporAG(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％。WO2013/008170公开了一种气体感测装置，其中存在过滤气体通道和未过滤气体通道，用气体传感器顺序地测量每个通道。将测量值进行组合以提供浓度读数。由于差分气体水平测量期间的人类活动，该解决方案可能受到VOC水平快速变化的影响。此外，部件更少、更简单的解决方案将是优选的，以改善可制造性并降低成本。因此，需要一种低成本且时间有效的方式来提供污染物气体浓度的准确读数，尤其是对于安装为用于去除目标VOC污染物的空气净化器。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据本专利技术一个方面的实施例，提供一种空气净化系统，包括：-过滤器，用于选择性地过滤空气中的污染物；-气体传感器，用于感测空气中污染物的浓度；-控制器，适用于处理第一未过滤气体传感器响应、通过过滤使空气中污染物的浓度稳定后的第二气体传感器响应，以及气体传感器对污染物的灵敏度特性，以确定过滤前空气中污染物的气体浓度。当污染物被选择性过滤器过滤掉时，系统通过处理由对污染物具有已知剂量响应曲线的气体传感器所测量的气体传感器响应的下降来获得浓度测量。在存在污染物的情况下(例如在过滤之前)以及过滤后一旦污染物水平稳定在低水平，测量气体传感器响应。这可以是在设备最初打开后几分钟或几小时。空气净化系统可以自动打开，例如在没有用户的情况下。因此，系统可以向用户报告设备已经自动打开，并且在过滤过程前后报告污染物水平。这可以确保空气中目标污染物的浓度。装饰所释放的可能会造成健康风险的组分(例如甲醛)的浓度随时间而降低，但也取决于温度和湿度。对构成健康风险的组分进行定期检测，以向住户展示此类组分的背景浓度是否降低并且甚至可能达到可接受的值。由于污染物被去除，环境空气中的浓度在感测操作期间改变。可以使用简单的单个传感器在污染过滤前后执行相同的感测操作。感测也可以利用正常对流执行。过滤器优选具有比气体传感器更高的污染物选择性。以这种方式，可以容忍气体传感器的交叉灵敏度，因为更具选择性的过滤器确保了污染物浓度的变化是引起气体传感器读数变化的唯一原因。例如，污染物是甲醛。高选择性甲醛过滤器以及甲醛传感器是已知的，不过传感器也会响应其它气体。控制器可以适用于在获得气体传感器读数的稳定响应后获得第一未过滤气体传感器响应。因此，在监测到稳定传感器输出后，获得两个传感器读数，稳定传感器输出指示环境是稳定的，在过滤之前没有人类影响，并且过滤已经达到稳定状态。控制器可以适用于在获得气体传感器的稳定响应之后操作设备。这在检测到稳定的高污染物水平时提供自动过滤器操作，即不受用户影响。这可能是在密闭空间内没有用户的情况下，因而提供了对设备的自动控制。控制器可以适用于在过滤之前获得第一未过滤气体传感器响应，并且在过滤之后获得第二气体传感器响应。这样，一旦过滤完成，就可以得到浓度测量。根据本专利技术另一方面的实例提供了一种空气净化方法，包括：-选择性地过滤目标污染物；-用气体传感器监测气体传感器响应，直到气体传感器响应稳定；-在过滤之后获得第二气体传感器响应；-处理与未过滤污染物浓度相关的第一未过滤气体传感器响应、第二气体传感器响应，以及气体传感器对目标污染物的灵敏度特性，以确定过滤前空气中目标污染物的浓度。该方法提供了空气净化以及过滤操作之前被过滤污染物浓度水平的准确报告。这可以通知用户目标污染物是否仍然可以在密闭空间内造成健康风险。该方法可以使用单个传感器。在选择性过滤之前，可以多次感测气体传感器响应，然后，在获得气体传感器的稳定响应后，可以获得第一未过滤气体传感器响应。这确保了未过滤气体传感器读数不受诸如人类活动等动态因素的影响，而是代表整体环境污染水平，这是用户最关心的。可以在获得气体传感器的稳定响应之后操作过滤器。这样可以根据需要提供过滤器自动操作。第一未过滤气体传感器响应可以在过滤之前获得，并且第二气体传感器响应可以在过滤之后获得。附图说明下面将结合附图详细描述本专利技术的实施例。在附图中：图1A和图1B示出空气净化器的两个实例，其包括用于确定目标污染物浓度的传感器系统；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气净化系统，包括：‑过滤器(12)，用于选择性地过滤空气中的污染物；‑气体传感器(14)，用于感测空气中所述污染物的浓度；‑控制器(16)，适于对第一未过滤气体传感器响应、对在空气中所述污染物的浓度已经通过过滤被降低时的第二气体传感器响应、以及对所述气体传感器(14)对所述污染物的灵敏度特性进行处理，由此确定过滤前空气中所述污染物的气体浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.23 EP 16206557.71.一种空气净化系统，包括：-过滤器(12)，用于选择性地过滤空气中的污染物；-气体传感器(14)，用于感测空气中所述污染物的浓度；-控制器(16)，适于对第一未过滤气体传感器响应、对在空气中所述污染物的浓度已经通过过滤被降低时的第二气体传感器响应、以及对所述气体传感器(14)对所述污染物的灵敏度特性进行处理，由此确定过滤前空气中所述污染物的气体浓度。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过滤器(12)具有比所述气体传感器更高的对所述污染物的选择性。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述污染物是甲醛。4.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其中，所述控制器(16)适于在获得稳定的气体传感器响应后获得所述第一未过滤污染物浓度。5.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其中，所述控制器(16)适于在获得稳定的气体传感器响应后操作所述过滤器(12)。6.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其中，所述控制器(16)适于在过滤之前获得所述第一未过滤气体传感器响应，并且在过滤之后获得所述第二气体传感器响应。7.一种空气净化方法，包括：-选择性地过滤(42)目标污染物；-用气体传感器监测(40)气体传感器响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·迪杰克斯特拉，T·范德格拉夫，E·霍尔维达，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL