Как определить точность датчиков качества воздуха?

Согласно исследованию, более 8% всех заболеваний в мире в 2021 году были вызваны плохим качеством воздуха, и с тех пор это число постоянно растёт. Поэтому первым шагом в профилактических мерах является измерение качества вдыхаемого воздуха. Точные данные о качестве вдыхаемого воздуха можно получить с помощью интегрированного монитора воздушной среды, также известного как датчик качества воздуха .

Датчики качества воздуха измеряют качество воздуха, которым мы дышим. Это компактные устройства, способные измерять концентрацию примесей или загрязняющих веществ в воздухе, таких как углекислый газ (CO₂), диоксид азота (NO₂), оксид углерода (CO) и твёрдые частицы (PM2.5 и PM10). Эти измерения позволяют контролировать качество воздуха в домах, на предприятиях, в промышленных зонах и умных городах, получая информацию о загрязняющих веществах, присутствующих в окружающей среде, и их концентрации, что позволяет принимать соответствующие профилактические меры для улучшения условий дыхания, здоровья населения, экологической безопасности и общего качества жизни.

Установка датчиков качества воздуха и получение показаний — непростая задача. Всё зависит от точности и надёжности данных, которые предоставляет датчик. Чем точнее и надёжнее данные, тем выше вероятность внедрения стратегий борьбы с загрязнением, которые могут повлиять на общую стратегию городского планирования, обеспечить безопасность на рабочих местах и ​​гарантировать, что каждый член семьи дышит чистым воздухом. Малейшие неточности в показаниях качества воздуха могут повлиять на общую политику и принимаемые решения, что может привести к неоправданным рискам для здоровья.

В этой статье мы рассмотрим все факторы, которые могут повлиять на точность датчика, принципы его работы, а также наилучшие методы, позволяющие гарантировать, что датчик качества воздуха будет выдавать точные результаты.

Понимание датчиков качества воздуха

Датчики качества воздуха бывают разных типов, способные измерять различные параметры. Это помогает понять, какие датчики подходят для разных задач мониторинга и условий окружающей среды. Давайте рассмотрим различные типы датчиков качества воздуха и измеряемые ими параметры.

▪ Типы датчиков качества воздуха

Существует множество типов датчиков качества воздуха, разработанных для различных задач мониторинга и окружающей среды. Датчики для помещений обычно предназначены для использования внутри помещений, имеют компактный размер и контролируют такие показатели, как CO₂, ЛОС (летучие органические соединения) и влажность, чтобы определить, пригоден ли воздух в помещении для дыхания, и принять меры предосторожности.

С другой стороны, наружные датчики рассчитаны на более суровые условия окружающей среды, такие как пыль, ветер, дождь и колебания температуры. Они также могут измерять широкий спектр загрязняющих веществ, таких как PM2.5, PM10, NO₂ и CO, предоставляя данные, необходимые для принятия мер по улучшению качества городского воздуха и предоставления информации природоохранным организациям. Общими конструктивными различиями между этими двумя датчиками являются всепогодные корпуса, повышенная прочность и усовершенствованные системы калибровки.

▪ Параметры, измеряемые датчиками качества воздуха

Параметры, обычно измеряемые датчиками качества воздуха, предоставляют ценную информацию городским сетям контроля качества воздуха и агентствам по охране окружающей среды для отслеживания загрязняющих веществ, таких как твердые частицы (PM2.5 и PM10), присутствующих в воздухе, которые оказывают непосредственное влияние на здоровье органов дыхания и проблемы, связанные с дыханием. Датчики качества воздуха могут отслеживать вредные газы в воздухе, такие как CO₂, CO, NO₂, SO₂ и O₃, которые указывают на выбросы в результате сгорания, дорожного движения или промышленных выбросов. Некоторые из современных датчиков также способны определять летучие органические соединения (ЛОС), которые имеют решающее значение для датчиков внутри помещений, указывая на загрязнение воздуха в помещении чрезмерным использованием красок, чистящих средств или мебели. Кроме того, датчики качества воздуха, особенно те, которые используются на открытом воздухе, измеряют температуру и влажность, чтобы гарантировать, что эти факторы учитываются при расчете показаний качества воздуха для обеспечения точности.

Важность точности датчиков при мониторинге качества воздуха

Качество воздуха невозможно улучшить, если нет показаний или понимания его реального состояния. Поэтому, будь то условия в помещении или на улице, наличие точного датчика качества воздуха имеет решающее значение для мониторинга качества воздуха и принятия мер в соответствии с его показаниями.

Используя показания датчиков качества воздуха, правительства и организации могут своевременно выпускать предупреждения и оповещения о вреде для здоровья, чтобы сократить выбросы и обеспечить соблюдение мер по контролю загрязнения, которые помогут контролировать содержание загрязняющих веществ в воздухе. Эти датчики не только предоставляют информацию о качестве воздуха, но и помогают людям принимать обоснованные решения, например, корректировать режим пребывания на свежем воздухе или регулировать вентиляцию для повышения качества жизни.

Мониторинг качества воздуха критически важен, но если показания датчика неточны, это может привести к гораздо более серьёзным проблемам. Неточные показания могут приводить к ложным срабатываниям сигнализации, что приведёт к нерациональному использованию ресурсов или ненужной панике среди людей. Более того, если уровень загрязнения занижен, это может привести к тому, что люди будут подвергаться воздействию опасных уровней загрязнения без предупреждения, что может представлять для них ещё большую опасность. В городских условиях или на промышленных предприятиях такая точность показаний может привести к несоблюдению компаниями нормативов качества воздуха, что создаст риск для работающих в этих условиях людей. Одним словом, обеспечение точности датчиков является ключом к улучшению условий дыхания для людей и играет ключевую роль в поддержании более чистой окружающей среды и более здорового общества во всём мире.

Факторы, влияющие на точность датчика

На точность показаний датчика может напрямую или косвенно влиять множество факторов, и их выявление крайне важно для внесения соответствующих корректировок, обеспечивающих точность показаний датчиков качества воздуха. Давайте рассмотрим некоторые распространённые факторы, влияющие на точность показаний датчика.

★ Условия окружающей среды

Датчики качества воздуха обладают высокой чувствительностью, поэтому на показания могут влиять изменяющиеся условия окружающей среды, такие как температура, влажность и наличие посторонних газов. Экстремальные температуры, как слишком низкие, так и слишком высокие, могут напрямую влиять на время отклика датчика. В то же время, изменения влажности могут привести к конденсации или химическим реакциям в атмосфере, которые могут привести к отклонению показаний от фактических значений. Кроме того, газы, присутствующие в окружающей среде вблизи датчиков, не попадающие под их действие, могут вызывать перекрёстную чувствительность, что приводит к неточным данным.

★ Технологии и дизайн

Не все датчики одинаково устроены и могут иметь различия в технологии и конструкции. Некоторые датчики обеспечивают стабильные и точные показания благодаря передовым технологиям, таким как недисперсионный инфракрасный детектор (NDIR) для CO₂ или лазерное рассеяние для твердых частиц. Некоторые датчики имеют конструкцию, устойчивую к влажности и суровым погодным условиям, обеспечивая стабильные и точные показания, что делает их идеальным решением для получения долгосрочных и надежных данных в различных областях применения мониторинга качества воздуха.

★ Необходимость технического обслуживания и калибровки

Со временем показания датчиков отклоняются от фактических значений, что обусловлено воздействием окружающей среды, старением и накоплением загрязняющих веществ. Поэтому регулярная калибровка и техническое обслуживание необходимы для обеспечения соответствия показаний фактическим условиям и эталонным стандартам. Чтобы ваш датчик контроля качества воздуха продолжал давать точные результаты, всегда очищайте входные отверстия датчика, сверяйте показания датчика с фактической концентрацией газов и проводите плановую повторную калибровку, если вы видите, что показания отклоняются от фактических значений. Это позволит обеспечить надежные результаты непрерывного мониторинга качества воздуха.

Методы оценки точности датчиков

Существует несколько методов оценки точности датчика. Ниже мы рассмотрим некоторые из них, которые помогут вам определить точность датчика и выполнить его калибровку.

1. Лабораторные испытания

Одним из основных методов тестирования и проверки точности датчиков контроля качества воздуха являются лабораторные испытания. В контролируемой среде датчики подвергаются воздействию известных концентраций загрязняющих веществ, таких как CO₂, NO₂, CO или PM2.5, после чего их показания записываются. Затем показания сравниваются с исходной концентрацией загрязняющих веществ для выявления отклонений от нормативных значений. Перед установкой вносятся соответствующие корректировки для обеспечения точности результатов. Лабораторные испытания являются оптимальным вариантом для предварительного тестирования, поскольку проводятся в контролируемой среде, что делает их достаточными для калибровки датчиков качества воздуха в помещениях.

2. Сравнение условий эксплуатации и совместное размещение

В отличие от лабораторных испытаний, проводимых в контролируемых условиях, полевые испытания и методы совместного размещения проводятся в реальных условиях окружающей среды. Полевые испытания имеют решающее значение для датчиков качества наружного воздуха, позволяя оценить стабильность показаний, корреляцию между фактическими значениями, полученными на контрольных станциях мониторинга, использующих высокоточные приборы, и потенциальный дрейф, обусловленный погодными условиями, такими как изменчивость погоды и уровень загрязнения. В ходе полевых испытаний датчики качества воздуха можно устанавливать на открытом воздухе, например, на оживленных городских перекрестках, в промышленных зонах или тихих парках, для оценки надежности датчика в различных условиях окружающей среды. Испытание датчика качества воздуха в реальных условиях позволяет обеспечить его оперативное развертывание и долгосрочную точность.

3. Методы анализа данных

Два вышеупомянутых метода были связаны с тестированием, но методы анализа данных используют данные для выявления закономерностей и отклонений с течением времени от фактических значений в работе датчика. К стандартным статистическим и аналитическим методам для датчиков качества воздуха относятся средняя абсолютная погрешность (MAE), среднеквадратическая погрешность (RMSE) и коэффициенты корреляции (R²). Эти методы используются для расчета отклонений от фактических средних или эталонных значений. Если требуется выявить причинный дрейф показаний датчика или отслеживать внезапные аномалии, анализ временных рядов может быть отличным вариантом. С помощью методов анализа данных ученые могут создавать закономерности, которые помогут в будущем прогнозировать качество воздуха и обеспечивать своевременную повторную калибровку для получения точных результатов.

Ключевые показатели оценки точности

• Средняя абсолютная погрешность (MAE): MAE — это тип метрики абсолютной погрешности, которая рассчитывается на основе усреднённой разницы между показаниями датчика и эталонными значениями, предоставляя чёткое представление об общем отклонении от среднего значения. MAE менее чувствительна к выбросам. Чем ниже значения MAE, тем выше точность и согласованность измерений датчиков контроля качества воздуха.

• Среднеквадратическая ошибка (RMSE): RMSE также является разновидностью метрики абсолютной погрешности, которая выделяет большие отклонения путём возведения ошибок в квадрат перед усреднением, что делает её более чувствительной к выбросам. Чем ниже значения RMSE, тем выше точность и согласованность измерений датчиков качества воздуха.

• Нормализованная среднеквадратическая ошибка (nRMSE): nRMSE — это стандартизированный способ сравнения точности датчика с другими различными уровнями загрязнения и условиями окружающей среды. nRMSE — это способ выражения RMSE в процентах от среднего опорного значения, описывающий связь погрешности с общим значением концентрации загрязняющего вещества. Как правило, значение nRMSE ниже 10–20% является приемлемым для высококачественных датчиков, обеспечивая надёжность и воспроизводимость результатов в различных условиях окружающей среды.

Лучшие практики поддержания и проверки точности

Для обеспечения согласованных и точных показаний критически важны калибровка и техническое обслуживание. Периодически проверяйте показания датчика качества воздуха и сравнивайте их с фактическими. Если показания отклоняются, очистите входное отверстие и фильтры датчика, чтобы предотвратить накопление пыли, которое может помешать получению точных показаний. Убедитесь, что датчики контроля качества воздуха размещены правильно во время установки. Выберите место, свободное от препятствий, прямых источников тепла, влаги и воздушного потока. Для дальнейшего повышения производительности обязательно следуйте рекомендациям производителя относительно рекомендуемых интервалов калибровки и предельных значений параметров окружающей среды. При постоянном мониторинге своевременная калибровка является ключом к обеспечению точности и достоверности показаний.

Заключение

Точные датчики качества воздуха играют ключевую роль в обеспечении точности мониторинга качества воздуха после правильной калибровки и установки. Эти датчики играют ключевую роль в защите людей от заболеваний лёгких, вызванных вдыханием загрязнённого воздуха, посредством принятия мер предосторожности. На государственном и коммерческом уровне эти датчики играют ключевую роль в реализации политик, рекомендаций и решений, основанных на показаниях датчиков.

Итак, если вы ищете датчик контроля качества воздуха Датчик Rika, обеспечивающий надежные, точные и достоверные показания, — отличный выбор. Компания известна своими высококачественными датчиками, проверенными в полевых условиях, что гарантирует надежность и точность результатов. В ассортименте представлены специализированные устройства, такие как датчик CO₂ RK300-03, многофункциональный газовый датчик RK300-08 и датчик NO₂ RK300-14, которые обеспечивают точность, надежность и постоянство результатов. Ознакомьтесь с полной линейкой датчиков качества воздуха Rika на официальном сайте компании, чтобы быть уверенными в точности каждого показания.