每个人平均每天吸入15kg左右的空气，其中80%是室内空气。室外空气质量通常由政府机构监测，而室内空气质量(IAQ)监测是建筑运营商或居住者的责任，前提是他们愿意实际实施。现在，新一代小型表面贴装低功耗挥发性有机化合物(VOC)气体传感器已经投放市场。分散的和局部的IAQ监测功能可以通过小的和低成本的部件来实现，因此用户可以更容易地操作建筑物中的气流和空气过滤设备。介绍了一种新型VOC传感器的工作原理及其与绝对单一气体传感器的区别。同时还介绍了传感器如何提供数据，使空气管理设备能够更加高效、有效地应对室内空气质量的变化。

如何监控IAQ？目前，商业建筑的专业操作人员一般使用两类空气质量数据一、来控制通风和空气过滤系统的运行。最常见的是，他们使用单一气体——，通常是二氧化碳(CO2)，进行绝对测量。他们也会参考居民对空气质量的主观判断。因为人类呼出二氧化碳，当有人在房间里时，二氧化碳浓度随时间增加是正常的。所以，如果没有足够的通风，房间里的人越多，CO2浓度越高。室内空气中CO2浓度过高会让人感到“无聊”，想打瞌睡，注意力不集中，无法做出有效的决策。因此，配备有CO2传感器的商业建筑管理系统可以根据测量的CO2浓度来调节、过滤和/或通风设备。目的是保持室内空气清新舒适，同时降低热交换率，因为人工加热或冷却空气是浪费金钱和能源。事实上，CO2浓度是表示某个空间中人的密度的合适方式。而且，由于人类会产生VOC和CO2——，科学上称之为“生物排放”，所以目前的建筑经营者普遍认为，装有调节CO2浓度功能的空调设备，也能充分调节室内空气中各种VOC的浓度。实际考虑支持这一假设。经过多年的发展，CO2传感器元件的封装、价格和功耗特性已经非常具有吸引力，这足以保证它们能够集成到主流楼宇自动化设备的电路板中。直到最近，可选的VOC浓度测量方法还相当有限。测量分析空气中悬浮的VOC有一些方法，包括光电离法、火焰离子化法、比色管法、波长吸收法等，都是比较轻便的方法。在实验室中，气相色谱和质谱(称为GC-MS)往往一起使用。然而，这些方法不适用于紧凑的、局部的和低功率的空气质量感测设备，因为它们或者太笨重或者功耗太高。这就是推出新一代MOX) VOC传感器的原因。现在它可以提供功率仅为毫瓦的表面贴装IC封装，这对于IAQ监控领域来说是非常令人兴奋的。这些低成本、紧凑和低功耗的VOC传感装置可以很容易地集成到日常用品中，如灯具、空调、风扇和风扇遥控装置，甚至手机。分散式本地VOC传感是可行的，也是发展趋势之一。

图1:室内常见的挥发性有机化合物类型及其来源。因此，空调设备的用户应该重新考虑是否只依赖CO2数据。事实上，VOC浓度不会随着CO2浓度的变化而升降，主要原因有两个：

首先，并不是所有的VOCs都是人产生的(见图1)；其次，人类产生CO2的速率是连续的，在不活动的时候一般是相当稳定的。而人类产生的VOC是有波动的，比如饭后会上升一段时间。根据美国国家标准与技术研究院(NIST)建筑与火灾研究实验室的报告，“许多污染源不仅来自居民，还来自建筑材料的排放和从室外进入建筑物的污染物。CO2浓度不提供与居民无关的排放源排放的污染物浓度等数据。”(A K Persily，1996)例如，在只有一个人的房间里，CO2传感器记录到室内空气中的CO2浓度很低，但最近安装了新家和地毯，用粘合剂将一些固定装置粘在房间的墙壁和地板上。在这种情况下，房间的空调设备通常配置为在这种环境下提供最低限度的通风，导致唯一的居住者呼吸大量的悬浮VOC。室内空气中高浓度的VOC显著影响居住者的舒适性。CO2是无味的，但是VOC有很强的气味，(大部分VOC)是难闻的。但是，空气中VOC的影响不仅仅是不舒服。美国国家环境保护局(EPA)的网站列出了短期和长期的健康影响，并指出这些影响可能与室内空气中的VOC有关。EPA指出的这些影响包括：对眼、鼻、喉的刺激；头痛、失去协调和恶心；对肝、肾和中枢神经系统的损害；一些有机物质会导致动物致癌；有些甚至被怀疑或已知会导致人类癌症。因此，上述例子促使原始设备制造商开始在IAQ监测设备中使用表面贴装MOX VOC传感器。MOX气体传感器的工作原理如图2所示。

图2:芯片MOX气体传感器工作原理MOX VOC元件本身可以检测各种VOC，并提供对应VOC浓度变化的相对输出。当配备板载处理器时，传感器还可以计算各种VOC的等效相对值。由于这些元件的输出是相对的，因此不需要校准。此外，还有一种绝对输出气体传感器：它们是安全关键应用的理想和必要选择，在这些应用中，某些气体的浓度过高会对生命或健康造成直接威胁。这种绝对输出要素通常是：相对昂贵；只能检测一种气体；需要定期校准以提供精确的输出数据。这些因素在IAQ监控应用中显然是不受欢迎的。VOC传感器是对这种重要但有限的绝对测量源的补充：这种传感器可以检测多种VOC，因此可以用于检测一种或多种VOC化合物引起的室内空气质量变化，这些变化会影响建筑物中的人。在IAQ监测中，宽光谱传感器，如AMS CCS 811(2.7毫米x 4毫米x 1.1mm毫米，LGA封装)或iAQ-CORE(引脚布局为15毫米x 18mm毫米的集成传感器模块)，不会报告安全关键应用中特定气体的绝对ppm值，但会提供环境中各种VOC浓度的相对变化值，包括但不限于图1中列出的值。在IAQ监测的应用中，MOX VOC传感器可与绝对输出CO2传感器配合使用，随时提供CO2浓度的准确参考。VOC传感器加强了对绝对CO2的测量，并收集关于VOC事件的其他数据，这些数据不一定与居民直接相关(通常是CO2浓度升高的主要原因)，如图3所示。

图3:多人使用会议室几个小时后，VOC传感器和CO2传感器同时工作时的测量值对比。在图3中，在VOC传感器指示空气质量下降期间，CO2传感器完全没有运动，这可能是由于在会议休会期间使用清洁化学品，或者打印机和复印机的排放造成的。响应VOC传感器的输出(而不是CO2传感器的指示)，通常有更好的通风；因此，在这个例子中，在VOC事件发生期间，房间中的空气质量将对居住者有所改善。

空调系统测量数据的校准

CCS811或iAQ-Core等VOC传感器可以有效检测空气中VOC浓度随时间的变化。但是，如何利用这些数据来管理空气过滤或气流设备的运行呢？今天，空气管理系统通常被配置为响应测量的CO2浓度的绝对值。因此，iAQ-Core和CCS811包括执行所提供的算法的处理器，并计算相对eCO2(当量CO2)值和相对TVOC(总挥发性有机化合物)值。这样，空气质量管理系统的设计者可以将来自传感器的输入转换成适当的指令，例如增加通风设备的风扇速度，或在VOC浓度下降后将通风口加宽——或减慢过滤和/或空气交换速度，以降低能耗。根据测试，计算出的eCO2相对值参考了一个合适的参考值，它主要是由人体VOC排放引起的，这与绝对CO2传感器测得的实际CO2浓度变化密切相关(见图4)。

图ams MOX气体传感器计算的校准eCO2值与绝对CO2传感器在7天内测量的实际值进行比较。

整合IAQ监测的新机遇

如今，基于芯片的VOC传感器的优点，如尺寸、成本和功耗，使其成为空调系统管理领域的分散传感源。它们被纳入空气质量控制系统只是时间问题。——最终将建立一个更健康、更愉快的工作、生活和娱乐环境。小型表贴VOC传感器还可以集成在以前不具备空气质量传感功能的终端产品中，从而体现这类传感器的价值。比如锅盖内的宽光谱VOC传感器，可以检测到原料和熟食的气味、烟雾、洗洁精等引起的空气中VOC浓度的变化。并根据这些变化自动管理气流。这样厨师就不用手动操作通风设备了。VOC传感器在任何室内空间都非常有用，包括公共交通工具、私家车和公共建筑，如医院、办公室和商店。由于这些传感器足够小，可以与其他电子元件一起安装在PCB上，因此几乎可以与任何连接元件集成，从而轻松连接到空气管理系统。