室内甲醛污染自动监控系统的设计和研究

目前，我国每年因装修污染引起呼吸道疾病致死的儿童有万人，其中多万岁以下儿童的死因与室内空气污染有关。

根据中国红十字会提供的资料，目前我国白血病患者己经超过了万人，其中半以上是儿童。

而且这个数字还在以每年的速度增加。

甲醛污染己成为骇人听闻的隐形杀手，因此加强对甲醛污染的监测和控制，对于保护人类健康具有要的理论意义和实践意义。

除采用常规方法将其去除外，对存在甲醛的环境及时通风是关键。

本文针对甲醛检测开窗通风电话报警展开设计，稀释甲醛浓度，使其达到允许浓度，同时电话语音报警，即使主人不在室内，也能通过电话知晓甲醛的污染情况。

本系统不仅适用于家庭，也适用于生产装演材料家具厂等场合。

国内外研究和动态甲醛的化学性质十分活泼，因此，可采用多种定量分析方法测定甲醛。

常用的方法有分光光度法色谱法光学法极谱法等仪器分析方法，另外，己研究开发出多种快速检测甲醛的装置，有电化学传感器快速测定仪等。

分光光度法分光光度法检测甲醛是利用甲醛与显色剂反应生成稳定的化合物，其颜色深度与甲醛含量成正比，用分光光度计进行比色定量分析根据所选用的显色剂的不同，分光光度法可分为乙酞丙酮法酚试剂法变色酸法间苯三酚法盐酸苯丙麟法氨基联氨硫基三氮杂茂法品红亚硫酸法酶法等，检测甲醛的国家标准方法就是利用的分光光度法。

用该方法检测甲醛，仪器设备简单，操作简便，投资少。

但是分光光度法对吸收液要求较高灵敏度低且不稳定，因而阻碍了这类方法的推广应用。

色谱法色谱法是种分离分析方法，它根据分析物质在固定相和流动相之间的分配系数的不同达到分离目的，并将分析物质的浓度转换成易被测量的电信号电压电流等，然后由记录仪记录下来。

这里主要介绍气相色谱法。

气相色谱法检测甲醛是利用吸附剂吸附空气中的甲醛，用脱附剂洗脱，将含甲醛或者甲醛衍生物的洗脱液用气相色谱柱分离，用检测器进行检测。

目前，常用的吸附剂有，二硝基苯脐，担体，石墨碳和碳分子筛结合的物质等。

常用火焰离子化检测器，电子捕获检测器或者和质谱联用对甲醛进行检测。

气相色谱法具有高效高速高灵敏度样品用量少等优点，可将甲醛直接进样检测或解吸后进样检测，测定线性范围宽，分离度好。

化学发光法化学发光法检测甲醛的原理是基于甲醛与种物质反应产生化学发光，化学发光的强度正比于甲醛的浓度进行检测的。

化学发光法发光强度比较弱，己经有文献报道了将流动注射技术和化学发光法结合起来测定空气中甲醛的方法。

目前所用的化学发光体系有没食子酸过氧化氢甲醛体系，甲醛溴酸钾若丹明体系等，其中没食子酸过氧化氢甲醛体系是最常用的发光体系，用该种方法检测甲醛，反应迅速特异性强灵敏度高且碳氢化合物含氮氧化物丙烯醛苯甲醛臭氧对测定无干扰。

但是乙醛和丙醛对测定有较小影响。

极谱法许多含有羧基结构的醛酮化合物通过联氨衍生化可以用示波极谱法测定。

该法是利用甲醛在定值的溶液中能和些物质发生氧化还原反应的特性来对其进行检测的。

目前，常用甲醛和肼发生氧化还原或者甲醛和氨乙酞丙酮的溶液发生反应来进行检测。

极谱法测定空气中甲醛的灵敏度和准确度都很高，适合定量测定室内空气中的微量甲醛。

与分光光度法和高效液相色谱法相比，极谱法的优势是可使用标准加入法测定样品，有利于消除基体干扰。

但是极谱法检甲醛常用电极为汞电极，这会对环境造成汞污染。

化学传感器甲醛的化学传感器通常是用经过化学修饰的电极制成的电化学传感器。

化学修饰电极对甲醛具有电催化性能。

它通过测定甲醛的电化学氧化峰电流来进行检测。

甲醛电化学传感器检测限低，线性范围宽，与生物传感器相比使用寿命长，具有广阔的应用前景。

快速测定仪为适应室内空气甲醛现场快速检测的要求，目前人们己研制开发出不少甲醛快速测定仪，这些仪器可直接在现场测定甲醛浓度，当场显示，操作方便，适用于室内和公共场所空气中甲醛浓度的现场测定，也适用于环境测试舱法测定木质板材中的甲醛释放量。

光学测定仪日本己研制出基于光学原理检测甲醛的自动监测仪，该检测仪是利用甲醛和多孔纤维素反应后颜色发生变化的原理测定甲醛。

经过适当处理的纤维素带置于含有甲醛的空气时，与甲醛发生反应，纤维带的颜色由黄色变为红色，颜色变换的程度与在定采样时间内定流速下的甲醛浓度成正比。

可通过测定反射光的强度记录颜色的变化，从而达到测定甲醛的目的。

该检测仪操作简单，测定专性强，便于携带。

目前，国产甲醛检测仪绝大多数是中为极限扩散电流为每摩尔反应物的电子数为法拉第常数，库仑为平面电极的面积，为气体扩散常数，代表扩散介质中气体渗透率素和溶解度因素的乘积为甲醛气体浓度，为扩散长度，图传感器的结构示意图从对电极发生的反应来看，氧气显然是当前反应发生的必需气体，通常通过传感器的前部，或通过传感器的两边扩散通常几千己经足够了。

传感器持续暴露在绝氧样品气体中可能导致信号不稳定，不管氧气进入的途径怎样，不要将传感器与树脂起放置或完全地浸没在绝氧气体中。

在特定情况下，如果传感器必须经常地暴露于高浓度电解质中，例如废气分析，应当保证氧气从另外的通道进入对电极。

电化学气体传感器在工作电极和对电极上分别发生氧化与还原反应。

相应气体进入传感器后被氧化或者被还原，在另电极发生与之对应的逆反应，这样在外部电路上就会形成电流。

由于气体进入传感器的速度由气体扩散通过障碍控制，所以产生的电流与传感器外的当前气体浓度成比例，并能直接测量当前气体含量。

通过被测气体氧化还原反应时所产生的电流可推知被测气体的体积分数和质量浓度。

甲醛检测部分主要由测量电路与转换器构成测量电路由甲醛传感器电流电压变换器芯片转换芯片等组成。

甲醛传感器由甲醛探头组成，当空气被内部的采样系统吸收后，将产生的电流信号与相连产生个与甲醛浓度成正比的电流，该电流经过甲醛模块的信号调理，与变换器芯片转换成的电压，该电压经过转换器与单片机相连，与内部设定的浓度值比较，超过设定浓度时驱动电机正转，打开窗户，同时进行语音电话报警。

电话报警部分介绍收发模块摘挂机控制模块信号音判断模块和振铃判断模块的工作原理电路设计，最后采用基于上述电路原理的电话模块进行系统设计，结构紧密，接线简单，编程方便，仅需两根串行线即可完成数据交换。

电机执行部分采用型电路，直流电机带动丝杆丝杠结构，正转开窗，反转关窗，设计自动开关窗功能。

电机的正反转控制电路如下图所示图电机自动正反转控制电路甲醛检测部分的设计甲醛传感器型甲醛传感器原理型甲醛传感器是电流型传感器，它是在控制扩散的条件下运行的，样气的气体分子被吸收到电化学敏感电极，经过扩散介质后，在适当的敏感电极电位下气体分子发生电化学反应，这反应产生个与气体浓度成正比的电流，将这电流转换为电压值输出并送给下级放大器。

外部电压偏执在敏感电极上维持个恒定的电位，这个电位以传感器中的不可极化的参考电极为基准，不可极化的指的是反电极能维持个电流流动而不受电位变化的影响。

这样，反电极也可用作参考电极，所以就不需要第三个电极和反馈电路。

甲醛传感器的技术说明传感器的结构图如图所示。

图结构图传感器是专门的甲醛气体监测用的传感器，它的相关技术参数如下测量范围为毫克升最大负荷输出信号分辨率温度范围工作寿命空气中年响应时间秒线性度输出线性。

为了验证甲醛传感器的线性度输出，通过测量甲醛传感器所处的环境中甲醛的浓度，测量传感器的输出电流，得到个近似甲醛传感器特性图。

图近似甲醛传感器特性图为了使传感器处于准备工作的状态，传感器供货时，在工作电极与参比电极之间有短连接用导线直接连接起来。

传感器在储藏过程中必须保留此短连接，而且只有当准备使用传感器的时候，才能去掉这个短连接。

在仪器不供电时，如果工作电极和参比电极不再短连接，旦再次使用，传感器就需要很长的段启动时间。

为使传感器正确的工作，传感器的对电极和参比电极需要很少量的氧气供应。

这些氧气经常是由采样来的气流供应的，通过空气扩散到传感器的前端，或者通过传感器的周围和后端扩散到传感器的前端通常几千的氧气就足够了。

如果传感器没有后端氧气供应通路，持续暴露在厌氧性的采样气体中，则传感器就会失灵。

传感器定不能被完全地放入到树脂中或整个地浸入到厌氧性的气体混合物中。

传感器补偿算法在个测量系统中，选择使用传感器的目的是搜集被测量的信息并将其变换成电信号。

指望传感器只对所考察的量敏感以及输出信号完全依赖于输入信号是不切实际的。

测量从来就不可能在理想情况下进行。

因此，我们必须面向现实情况。

在此，我们遵循布林提出的方法。

图示出对仪器进行有用信号增益和干扰输入增益分类的通用方框图。

有用信号经增益单元传送至输出端。

干扰输入代表仪器并不打算检测的量。

这些量经增益单元传送到输出端。

调整输入是经，引起有用信号的变化以及经过，引起干扰输入的变化的量。

增益可能呈线性非线性不断变化或者随机特性。

图通用方框图干扰输入和调整输入的影响可以通过改变系统设计或者通过向系统设计增加新的组成部分加以克服。

最好的方法是将系统设计成对于干扰不敏感而只对有用信号起响应，但是由于些明显的实际原因，这种方法并不总是万能的。

在系统中引入负反馈是用来降低调整输入影响的常用方法，并且是零测量系统中所用的方法。

测量电路电流和电压转换芯片精密变换器能将的环路电流变换成的电压输出。

作为种单片集成电路具有可靠的性能和很低的成本。

除具有精密运放和电阻网络外，还集成有基准电压源。

在不需要外调整的情况下，可以获得的共模抑制比和的共模电压输入。

在全量程范围内输入阻抗仅有的压降，对于环路电流具有很好的变换能力。

在使用中和脚相连，和脚相连接地，和脚相连接，作为电压信号的输出端，当需要调整增益时和脚之间接入电位器来调整增益，但这样会减小共模抑制比，减少量是增益增加，共模抑制比将减少，因此在使用时般直接将和脚短接，和脚悬空，和脚分别接个