为什么净化器上的PM2.5数值不准？
空气净化器并没有很高的技术含量。如果你拆开过净化器，会发现它主要的功能是通过风扇+滤网来实现的，但这只是其中一类净化器，叫滤网式净化器。滤网式净化器中空气经过滤网完成净化，所以风扇必不可少。这种滤网叫HEPA滤网（HEPA是一种净化标准），全靠它过滤PM2.5颗粒。只要符合HEPA标准的滤网，各种品牌的净化器都差不多，就算把HEPA滤网绑在电风扇上也照样可以起到净化的作用。这不是开玩笑，网上有很多人卖自己DIY的净化器，就是把HEPA滤网绑在风扇上，一套二三百块钱，净化效果和那些一两千元的净化器没什么本质区别。滤网式净化器的缺点是需要定期更换滤网。你买的如果是大品牌的产品，一套滤网往往也要好几百元。实际上，很多厂商把净化器卖得很便宜，也是寄希望于我们多多更换滤网来实现盈利。像河北、北京那种程度的雾霾，一年换一套是最低要求了。
还有一种净化器是静电式净化器。这种净化器里面有两个极板，分别带正电和负电。吸进来的空气中因为含有很多小颗粒，它们在高压静电场中就会带电，然后吸附在负极上。所以，这种净化器永远不用更换滤网，但是每隔一段时间需要清理一次集尘板。你可能觉得这是一种一劳永逸的除雾霾产品，但它也有致命缺点：高压静电场会把空气中的部分氧气变成臭氧，而臭氧是较强的氧化剂，对人体有害，害处甚至大于PM2.5造成的伤害。因此，静电式净化器必须妥善解决臭氧的问题。解决这个问题需要成本，所以能稳妥解决臭氧问题的静电式净化器价格都不便宜。
看完以上的介绍，你可能觉得那些售价1000元以上的滤网式净化器都不太值，其实它们卖得贵还是有道理的。首先就是那个塑料外壳，想充分利用滤网的每个角落就需要设计一个良好的风道，让滤网的每个区域都能均匀地出风，这个目标就要通过外壳来实现。此外，净化器工作时要想静音，风扇转速和噪声的控制就需要更智能。这些功能都是有成本的，尤其是把PM2.5数值测准并不是一个很简单的事情，远不如测量电压、电流这些参数简单。
绝大部分2000元钱以下的空气净化器即便集成了PM2.5数值显示功能，这个数值的参考价值也很低，最好的程度是可以把重度污染识别为污染，把洁净空气识别为无污染。数值没有黑白颠倒就算表现不错了。原因是它们采用了最便宜的方式，也就是利用红外光散射法测试PM2.5。这种测试仪的腔体内有一个LED灯头，它发出950纳米波长的红外光，比人眼可以见到最红的光波长略长一些。红外光照射到腔体内空气中的微小颗粒会发生散射。从宏观上看，散射就是光线不沿着光路入射、折射、反射，而是向四周各处发散，所以我们在入射光和障碍物这条光路之外一个偏转角很大的区域安装一个探测器，这个探测器专门收集散射过来的光信号。每当有一个标准的PM2.5颗粒飘过来，就会造成一次散射，探测器就收集到一次光信号。如果我们统计这种光信号出现的次数，就能统计到这段时间有多少个标准PM2.5颗粒飘进来。
这种测量单位是多少“个”颗粒，但PM2.5数值的单位是微克每立方米，所以还需要把颗粒的个数通过一个公式换算成质量才行。这是一个经验公式，通过大量统计规律可以找到公式的系数。当然，这个系数只是针对城市污染，如果测量工业重金属粉末的污染，系数就与此不同。
刚才说过，这种测试是最便宜的，所以缺陷也是最多的。首先就是最小只能测量到直径为1微米的颗粒，直径小于1微米的颗粒很难被探测器侦测到，但是PM2.5是直径小于等于2.5微米的颗粒。直径0～1微米的颗粒也属于PM2.5的范畴，而且量也不少，但红外光散射的仪器只测了直径为1～2.5微米的颗粒数，这就是一大误差来源。即便通过经验公式补足直径小于1微米的那部分，也仍然至少存在±30%的误差。
其次，PM2.5颗粒定义是空气动力学上符合直径小于等于2.5微米颗粒流动性的那些颗粒，而并不是尺寸小于2.5微米的颗粒。比如，一条长为8微米的细丝也可能符合PM2.5空气动力学的特性，但它却不能触发红外光散射测试仪中的探测器产生计数的信号。这是另一个误差来源。这两种误差属于设备产生的误差。
还有一个是统计方法造成的误差。这种探测器腔体内的空气流动非常弱，它们是靠加热电阻产生腔体内外温度差的，这个温度差推动空气流动。这种微弱的空气流动要很久才能把腔体内空气循环一遍，但是我们又不能让空气流动太剧烈，否则探测器会数不过来。一般探测器用的是达林顿管，这种器件探测到一个微粒就会产生一个电信号。电信号生成的时间，加上上升、下降、保持时间最短也要0.5毫秒，也就是1秒钟最多测2000个微粒。因为进入的空气量很少，局部起伏就会很大，误差就容易大。三个误差因素加在一起，测出的值和真实值相差几倍都是有可能的。刚才说了，这种红外光散射法测PM2.5成本最低。有多低呢？传感器价格二三十块钱，加上外围电路，可以做到不超过50块钱。
还有一种测试方法要贵多了，就是利用激光传感器。这种方式仍然利用微粒对光的散射，不过这次使用的是激光。当激光发生散射后，在另一侧统计的并不是多少个颗粒经过了探测器，而是去统计在散射方向上的信号波形图样，于是我们再也不用担心探测器数不过来了，就可以利用风扇往内部吸气。不同颗粒物尺寸形成的波形不同，得到波形后，经过仪器内部的CPU对波形进行分类统计，再经过换算，得出颗粒物浓度。这种仪器的性能比红外光测试仪要强很多，而且测量到的微粒直径可以小到0.3微米。但这种测试直接测到的仍然不是定义中的PM2.5，它只测了直径在0.3～2.5微米之间的颗粒数，直径小于0.3微米的那部分也只能通过算法来补偿，但相比红外传感器已经完善太多了。这种传感器价格为100～1000元。
PM2.5更贵的测试方法正在美国大使馆里使用。他们用的是Met One BAM 1020，售价约4万美元，它能测量直径在0～2.5微米范围内所有的微粒。它用回旋分离器收集颗粒，颗粒旋转着从下往上涌进一根管道，质量大的颗粒转动惯量大，更容易撞到管壁上，然后就掉出管子；只有那些回旋上升的过程中轨迹符合PM2.5特征的颗粒，可以顺利地边旋转边穿过这根管子，而不会撞到管壁上掉出去。所以，从这根管子出口出来的空气都带有直径小于PM2.5的颗粒。这一步完成的是剔除大颗粒，下一步要把这些带有小颗粒的空气吹到一条滤网带上，再用碳-14放出的β射线去照射滤网带。如果滤网带上是100%干净的，那另一侧灵敏的探测器就记录一个值，叫零点值，把它作为最干净空气的特征值。如果有脏东西，就会挡住一部分β射线。脏东西越多，另一侧探测器记录到的β射线就越少，就说明PM2.5越高。通过探测值和PM2.5浓度的对应关系就可以最终确定PM2.5的数值。用这种方式探测是最准确的。
你是不是觉得美国大使馆公布的数值很可靠？也不尽然。他们的仪器虽然很先进，但先进的仪器也需要专业的人员来维护和校准，不同环境下的零点值是不同的。美国大使馆公布PM2.5数值的大小、时间间隔、测试仪安装位置，全都违反了测试规范。从这个角度看，我怀疑美国大使馆的工作人员可能没有能力对他们的仪器进行校准。该仪器的校准十几天要进行一次。所以，即便是美国大使馆这种机构公布的数值，我们也不用迷信。
解读
这篇文章详细讲解了空气净化器上显示的PM2.5数值为什么不准。表面原因是没有采用可靠的测量方法，其实根本原因在于成本。只不过在应用场景下，对测准PM2.5的要求很低，所以即便测不准也无伤大雅。这是一种工程上的折中与妥协。
我们在媒体上经常可以看到某某产品的评测，但很少有文章能说出真正的缺点。总体上看，99%的文章都是软文。也就是网站和厂商签了广告年单，年单里除了约定有广告位露出外，还会承诺新品评测文章的数量。这样的评测肯定以突出产品特点和提升品牌美誉度为目的，几乎不会说真正的缺点。但这只是新品评测说不到点上的次要原因，更主要的原因是评测人员并不了解工程细节。
每个产品领域的工程师都有一套“产品工作原理”。一个负责任的厂商会在原理基础上对产品进行定位，在功能上有所取舍。比如一些媒体评价某款新能源汽车单位距离下耗电量大，殊不知是因为厂家在使用体验和电池容量上做了取舍。
因此，我们在购买一件东西时，与其看评测文章，倒不如听听那个领域工程师的建议。
