空气质量检测仪测试系统

中泰研创

● 测试背景

随着生活水平的提高，人们对健康越来越关注，对我们生活的空气环境也越来越关心，因此希望能够对一些有危害的气体进行有效的监测和治理。环境保护监测先行，自动化、信息化是做好环境监测的前提和保障。随着国家制定的各种环境保护政策及法规的颁布实施，各级地方政府在对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了对环境监测的投资力度，各地区陆续规划安装了大气环境质量监测地面站，实施城市空气质量预报。

空气质量检测仪正是在这种基础上逐渐发展起来的，且根据使用方式不同分为路边站、点式固定站、车载式、手提式等。

● 系统描述

AQ-Ⅲ空气质量检测仪测试平台是北京中泰研创科技有限公司为某环境监测研究院提供的技术解决方案，硬件方面通过EM9000系列多功能数据采集设备(EM9636B)负责完成数据采集，软件系统是基于正版LabVIEW图形编程语言，通过对监测地点的温度、风速、气压和多种有害气体浓度的多点测量，以达到长时间监测某区域内空气环境质量参数的目的。系统按照自动测控系统的要求，以虚拟仪器技术为背景，以以太网总线架构为基础，具有实验工况监视、实验数据的实时在线分析处理、一般性故障处理等功能。

硬件方面由抽气泵将环境空气通过过滤器，经流量调节器后分别以300ml/min的流量送到传感器气室，通过传感器时所产生的信号经放大、A/D转换后，由上位机PC端进行采集、计算、数据处理，产生浓度结果数据，同时保存数据结果或通过RS232串行接口送至微型打印机。

● 系统特点

1. 1路温度、1路湿度、1路风速、2路细颗粒物和15路气体浓度采集。

2. 实时数据分析和测试结果微机打印。

3. 支持自定义线性换算算法编辑，以适应不同传感器。

4. 各路参数及测量指标独立配置。

5. 支持采集数据图形化显示。

6. 支持采集数据存盘并自定义图形化显示曲线，具有数据报表功能。

7. 支持历史数据分析，自动导出并自动计算按秒、分钟、小时的最大值、最小值和平均值。

● 测试方法

气体检测部分工作原理

本仪器内部分采用高灵敏度、低功耗的电化学传感器(如图1所示)，用于检测多种不同有毒气体，可以连续监测大气层中的SO2、NO2、O3、CO、CO2、NH3、甲醛等气体，全面显示需要的测量数据。

电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是透气膜，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。穿过透气膜扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。

有毒气体检测部分工作原理

本仪器内部分采用工作稳定的红外线气体传感器(如图2所示)，用于检测甲烷、可燃性烷烃类气体浓度。

此类传感器中有循环的红外光源。光源在气室中反射并终止于两个热电感应片上。两个感应片一个是“活跃感应片”，另一个是“参照感应片”。每个热电感应片都各自输出一个电平以显示与其表面接触的红外光的强度。“活跃感应片”上覆盖着一层滤光材料，它能透过红外光谱中被测气体所吸收的那一段光谱；而“参照感应片”上覆盖着的滤光材料能透过红外光谱中被测气体所不被吸收的光谱。当被测气体进入气室时，气体吸收了红外光辐射的一段，这样从活跃感应片上输出的信号也就相应减弱。而尽管有被测气体存在，“参照感应片”上的信号电平保持不变。“活跃感应片”和“参照感应片”上输出电平的比率就可用于计算被测气体的浓度。因为测量中用的是两个感应片上的电平比率，光源强度及光源反射路径反导致的误差就可消去，保证了测量精度。Detcon公司智能型红外线光学气体浓度传感器提供标准的4-20mA输出。

可吸入颗粒物检测部分工作原理

本仪器内部分采用激光气体传感器(如图3所示)，其特点是输出稳定、寿命长、功率较低。

激光传感器的结构和电路相对复杂。其光源为激光二极管。采样空气通过风扇或鼓风机推动，通过复杂设计的风道，进行检测。当空气中的细颗粒物进入激光束所在区域时，将使激光发生散射;散射光在空间360°都有辐射，可在适当位置放置光电探测器，使之只接收散射光，然后经过光电探测器的光电效应产生电流信号，经电路放大及处理后，即可得到细颗粒物浓度值。激光原理传感器主要应用在PM2.5、PM10检测领域，以精度量化PM2.5质量。可嵌入到家用(车载、手持)空气检测仪、空气净化器中。

● 系统指标

1、配置进气管;

2. 供电采用交流220V/50Hz;

3. 工作温度：0~50摄氏度;

4、直读输出各气体浓度（mg/m3）,1分钟出结果;

5. 预设通道数：20（可扩展）；

6、检测灵敏度：（L） 0.01 mg/m3；（H） 0.001 mg/m3。

7、重复性误差：±2%

8、采集精度：16位分辨率、误差<0.02%;

9、具有电能存储功能，监测时间全程可实现不插电。

10、定时采样：预热时间（0～20）秒；采样次数（1～1000）次/s。

11、气体浓度超标报警阈值设定：可按各气体分析器量程软件设定；

12、输出接口：

（1）PC机接口：RJ45，可选USB接口；

（2）微型打印机输出接口；

13、重量：10kg。490mm * 330mm * 390mm

14、采用金属外壳，耐腐、防水、防尘；

● 硬件指标

EM9636数据采集设备，是新一代的集多种功能为一体，高速、高精度、多功能、宽范围信号测量与控制的数据采集产品。支持以太网数据采集，USB数据采集（USB口为从口）A/D：16bit，32（单）/16（双）CH，转换速率250KHz，8MB缓冲区，输入范围：0～5V、0～10V、±5V、±10V、0~20mA（定制），程控增益1、2、5、10倍；可编程DIO：16CH；光隔离DO：8路，光隔离DI：8路；计数/测频：6CH；编码器：2CH（与计数器复用）；PWM输出：3CH（与DO复用）。组成结构：基于ARM9处理器和FPGA关键技术，内嵌实时嵌入式操作系统linux或wince，方便定制各种功能。支持modbus-TCP协议。

★ EM9636数据采集设备，具有离线采集功能，可以脱机使用。可将采集的数据实时存储在EM9636上的U盘或SD卡内，此产品可脱离计算机独立工作。提高了系统的可靠性，降低了使用成本，可用于恶劣环境下的无人值守及远程监控系统中。

★ EM9636数据采集设备，具有Web服务器功能。为方便用户使用，EM9636开通了web服务器功能，主机只要有web浏览器，就可以对EM9636进行监控，不需要编写任何程序。用户可通过PC端或手机端的web浏览器设置各项参数、查看状态以及查看实时数据。手机或移动设备可通过Wi-Fi与EM9636直接通讯。

★ EM9636产品具有双看门狗：硬件看门狗防止下位机程序进入死锁状态，通讯看门狗防止通讯中断。

★ EM9636数据采集设备使用实时嵌入式操作系统linux，资深用户可以自己编写程序完成定制功能，从而完全脱离PC机单独使用。

★ EM9636数据采集设备结构。

结构材料：ABS757K阻燃，抗振动：17～500Hz，1G PTP。

抗冲击： 10G/PEAK(11m ，sec)。

工作温度：-20℃～+70℃。

净重：71g。

● 虚拟仪器软件

如使用PC机操作EM9636数据采集设备，我公司还可免费提供上位机虚拟仪器分析软件（基于正版LabVIEW开发）。