Cảm biến không khí (hay cảm biến chất lượng không khí) là các thiết bị điện tử được thiết kế để phát hiện và định lượng sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm hoặc các loại khí cụ thể trong môi trường xung quanh.
1. Cảm biến bụi mịn bằng phương pháp tán xạ Laser
Đây là công nghệ phổ biến nhất để đo nồng độ khối lượng hạt.
- Nguyên lý: Dựa trên định luật Mie. Khi hạt bụi đi qua chùm laser, ánh sáng bị tán xạ. Cảm biến quang điện sẽ đo cường độ ánh sáng tán xạ để tính toán kích thước và số lượng hạt.
- Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn:
- Dải đo: 0 - 1000 ug/m³.
- Độ phân giả: 1 ug/m³.
- Sai số: Thường là 10% hoặc 15% ug/m³.
Cảm biến Plantower PMS 7003 được sử dụng rộng rãi trong các trạm quan trắc giá rẻ nhờ khả năng phân tách các kênh PM1.0, PM2.5 và PM10. Ngoài ra còn được sử dụng trong các thiết bị lọc không khí như máy cấp khí tươi, máy lọc không khí, robot lọc không khí…
2. Cảm biến khí điện hóa
Thường dùng để đo các loại khí độc nồng độ thấp như NO2, SO2, CO, O3.
- Nguyên lý: Khí mục tiêu khuếch tán qua màng lọc và xảy ra phản ứng oxy hóa hoặc khử tại điện cực làm việc, tạo ra dòng điện tỷ lệ thuận với nồng độ khí.
- Thông số kỹ thuật:
- Giới hạn phát hiện: Có thể đạt mức ppb.
- Thời gian đáp ứng: < 30 - 60 giây.
- Tuổi thọ: 1-2 năm.
- Thách thức nghiên cứu: Sự nhạy chéo.
Ví dụ: Cảm biến NO2 có thể bị nhiễu bởi O3 trong môi trường.
3. Cảm biến hồng ngoại không khuếch tán
Đây là tiêu chuẩn vàng để đo khí CO2.
- Nguyên lý: Các phân tử khí hấp thụ năng lượng hồng ngoại ở các bước sóng đặc trưng. Đối với CO2, bước sóng hấp thụ mạnh nhất là khoảng 4.26 um.
- Thông số kỹ thuật:
- Dải đo: 400 - 5000 ppm.
- Độ ổn định: Rất cao, ít bị trôi so với cảm biến hóa học.
Ví dụ: Cảm biến SenseAir S8 hoặc MH-Z19B thường được dùng trong nghiên cứu hiệu suất thông gió tòa nhà.
4. Cảm biến bán dẫn oxit kim loại
Chuyên dụng để đo các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs và các khí dễ cháy.
- Nguyên lý: Khi khí tiếp xúc với bề mặt oxit kim loại như SnO2 được nung nóng, điện trở của màng cảm biến thay đổi do sự trao đổi electron với các phân tử khí..
- Đặc điểm: Độ nhạy rất cao nhưng tính chọn lọc kém - nó phản ứng với nhiều loại khí cùng lúc.
- Thông số kỹ thuật: * Thời gian làm nóng: Cần từ vài phút đến vài giờ để đạt trạng thái cân bằng nhiệt.
6. Kết luận cho nghiên cứu
Khi thiết kế một hệ thống quan trắc, các nhà nghiên cứu cần lưu ý đến Hiệu chuẩn. Các cảm biến giá rẻ cần được hiệu chuẩn chéo với các trạm tham chiếu quốc gia bằng các thuật toán học máy như Random Forest hoặc Multiple Linear Regression để bù trừ sai số do nhiệt độ và độ ẩm.