2014 年和 2015 年，密歇根州弗林特市面临着一场公共卫生危机，因为该市的饮用水中发现了高浓度的铅和其他污染物。结果，一场军团病爆发导致 12 人死亡，多人重病。虽然铅管导致了饮用水中不安全的铅含量，但适当的排放检测可能会防止疫情爆发。
排放物传感器在监测和控制工业、医疗、研究和日常生活环境方面发挥着至关重要的作用。许多类型的排放物都会产生负面影响，例如水中的高浓度铅或辐射，监测这些排放物可以保障人类健康、保护环境、保护工艺性能、确保符合法规要求并提供质量控制。本文探讨了各种类型的传感器及其设计用于监测的排放物。
颗粒物排放
颗粒物排放包括灰尘、烟雾、污染物、挥发性有机化合物 (VOC)、细菌、化学品等化合物。鉴于颗粒物排放的广泛性，各种传感器技术被用于检测水中和空气中的颗粒物排放。这一系列传感器最常见的术语是“水或空气质量传感器”，但根据应用的不同，为其提供电力的技术也大相径庭
。空气微粒和挥发性有机化合物传感器
激光器是感应空气中微小颗粒不可或缺的工具。例如，Honeywell HPM 系列微粒传感器利用激光光源照射通过其检测室的微粒。当光线从颗粒上反射和散射时，光电二极管检测器会分析接收到的激光信号，从而检测出超细颗粒物质。该传感器系列可检测 PM1.0、PM2.5、PM4.0 和 PM10 等颗粒物，可用于洁净室、HVAC 系统和空气净化设备的空气质量监测器。PM1.0 - PM10 颗粒的宽度在 1 微米以下到 10 微米之间，包括灰尘、花粉、孢子、细菌、病毒和烟雾等颗粒。
挥发性有机化合物 (VOC) 可导致严重的健康问题，其大小和成分各不相同。VOC 传感器（如 SensirionAG 的 SGP40-D-R4 传感器）集成了基于金属氧化物传感器技术的 CMOSens 传感器系统。在存在挥发性有机化合物的情况下，专门设计的金属氧化物薄膜会改变半导体材料的电阻，随后发出电信号，显示薄膜上检测到了挥发性有机化合物。通过操纵半导体特性和改变传感器温度，还可以调整金属氧化物传感器以检测其他材料，包括特定气体。
水质检测传感器
有两种常用的传感器技术可用于检测水中的微粒物质。电化学传感器可检测矿物质、金属和 pH 值，而光学传感器则可检测分散固体、颜色和透明度。
例如，Analog Devices 的 CN0428 传感器采用电化学还原-氧化（氧化还原）反应传感技术，通过检测探针测量电子从一种反应物转移到另一种反应物的情况。这种方法用于检测水中的重金属（如铅）以及其他有害化学物质、细菌和生物微粒。
另一种常见的水质传感器是利用光学发射器/接收器系统来检测水的浊度，也就是通常所说的水透明度。浊度会受到悬浮颗粒（如粘土、淤泥、微塑料、藻类、沉积物或其他有机物）的影响。Analog Devices 的 CN0409 传感器利用红外发射器和光电二极管测量 0 至 1000FTU 的水浊度，误差为 +/- 0.5FTU。作为参考，美国环保署对饮用水浊度的限值为 1 FTU。
气体排放传感器
气体排放与温室气体和汽车排放物（如二氧化碳、氮氧化物和一氧化碳）的关系最为密切。然而，气体排放也可能来自工业设施、电力设施、油漆、溶剂、化学蒸汽，甚至火山等自然源。
二氧化碳是最著名的温室气体排放物，也是各种应用中最受监控的气体之一。例如，SCD4X 等二氧化碳传感器可用于交通灯指示、按需控制通风、农业温室和室内空气质量监测。这种传感器采用热容测量原理，集成了一个 MEMS 热量传感器和一个微型加热元件，在气体流动过程中产生温度曲线。当不同的气体流过薄膜时，热曲线会发生变化。这种变化可用于显示薄膜上各种气体的浓度。
氮氧化物是一种有害污染物，可导致心脏和肺部疾病。当氮氧化物（化石燃料燃烧的副产物）与挥发性有机化合物、热量和阳光同时存在时，气态化学反应会产生高浓度的臭氧。高浓度臭氧会破坏软组织，损害人类、动物和植物的健康。因此，臭氧传感器在城市环境中非常常见，用于在出现高浓度臭氧时向当局发出警报。SEN0321 等臭氧传感器与上述金属氧化物传感器采用相同的电化学原理，可以检测到 0 到 10 ppm 的臭氧浓度。
最后，使用红外气体检测仪能够以极高的精度测量气体排放。这些高度专用传感器组件通过气体样本发射特定频率的红外光来测量气体成分。如果样品中存在目标气体，特定波长的红外光就会被吸收。根据吸收率，红外探测器可检测出特定气体的浓度。红外气体检测器的种类繁多，既有像 KEMET USEQGSEx 系列这样的小型设备，也有可同时检测多种气体的超大型专用传感器组件。
排放传感器和检测的重要性
排放物检测是工业、医疗、市政和研究领域监测和控制环境的重要工具。密歇根州弗林特市的水危机凸显了主动监测和检测系统对保障公众健康的必要性。
本文提到的各种传感器和技术可以检测一系列排放物。几乎每一种排放物检测应用都有相应的解决方案。政府、企业和研究人员应利用排放传感器为所有人创造一个更安全、更健康、更可持续的环境。
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