甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置的研制

王嘯東 劉陽(yáng) 肖天明 陳國(guó)強(qiáng)

摘 要：甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并顯示室內(nèi)空氣中甲醛的濃度，當(dāng)甲醛的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器、產(chǎn)生負(fù)離子，空氣中負(fù)離子可以直接將甲醛、甲苯等污染物分解為無(wú)毒無(wú)味的二氧化碳和水，迅速去除甲醛，降低甲醛濃度。本文介紹了甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置的研制方法，主要包括設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計(jì)方法等。

關(guān)鍵詞：甲醛監(jiān)測(cè) A/D轉(zhuǎn)換器 負(fù)離子 單片機(jī)

中圖分類號(hào)：X502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（a）-0069-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，房屋裝修也變得多種多樣，裝修材料中所含的污染物也越來(lái)越多。甲醛作為室內(nèi)污染的頭號(hào)化學(xué)污染物，對(duì)人體的危害包括：呼吸道和眼部的刺激作用、肝腎功能損害、免疫功能異常、中樞神經(jīng)受損、生殖功能受影響、遺傳毒性、引發(fā)癌癥、致敏和致突變作用等，嚴(yán)重威脅著人們的生命安全和健康。

美國(guó)一項(xiàng)室內(nèi)空氣質(zhì)量大會(huì)報(bào)告顯示，2/3的疾病是由于室內(nèi)化學(xué)污染造成的；30%的住宅由于有害化學(xué)物質(zhì)而引發(fā)“新居綜合癥”。2002年我國(guó)國(guó)家衛(wèi)生部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定室內(nèi)甲醛濃度低于0.10mg/m3。因此，對(duì)室內(nèi)空氣中的甲醛氣體進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，并有效地去除治理，迅速降低甲醛濃度已經(jīng)成為人們最為迫切的需求之一。

1 甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置的工作原理

甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并顯示室內(nèi)空氣中甲醛的濃度，當(dāng)甲醛的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器、產(chǎn)生負(fù)離子，空氣中負(fù)離子可以直接將甲醛、甲苯等污染物分解為無(wú)毒無(wú)味的二氧化碳和水。

2 甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置的設(shè)計(jì)

2.1 甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置的原理結(jié)構(gòu)

甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置主要由：甲醛氣體監(jiān)測(cè)部分、負(fù)離子發(fā)生器部分、按鍵輸入電路、LED顯示模塊、電源模塊以及作為控制中心的單片機(jī)等部分組成，如圖1所示。

2.2 甲醛氣體監(jiān)測(cè)部分的設(shè)計(jì)

2.2.1 新型電化學(xué)甲醛傳感器

目前市場(chǎng)上的甲醛電化學(xué)氣體傳感器的擴(kuò)散電極的制作，是將先制備好的貴金屬催化劑涂在多孔聚四氟乙烯防水膜上，在一定的溫度和壓力下壓成傳感器的氣體擴(kuò)散電極。但這種做法得到的擴(kuò)散電極的催化劑容易脫落，穩(wěn)定性不夠理想，從而影響傳感器性能。在對(duì)甲醛傳感器進(jìn)行選型的時(shí)候，主要的考慮因素是對(duì)微弱的甲醛信號(hào)的檢測(cè)，即對(duì)微弱電流信號(hào)的檢測(cè)能力。

2.2.2 甲醛氣體監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)

甲醛氣體監(jiān)測(cè)部分：當(dāng)室內(nèi)的甲醛氣體，擴(kuò)散至甲醛傳感器內(nèi)部時(shí)，與傳感器內(nèi)部溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)會(huì)消耗電極、轉(zhuǎn)移電子數(shù)，并產(chǎn)生一個(gè)微安級(jí)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)I/V轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡妷盒盘?hào)。信號(hào)調(diào)理電路對(duì)甲醛傳感器的電壓信號(hào)進(jìn)行線性放大。放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制的數(shù)字量，輸入至單片機(jī)內(nèi)部。單片機(jī)將得到的8位二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成0～255的十進(jìn)制數(shù)，并經(jīng)標(biāo)度變換變?yōu)榧兹舛戎?，通過(guò)LED顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，單片機(jī)判斷甲醛的濃度是否大于預(yù)設(shè)的濃度值，如果超過(guò)設(shè)定值，單片機(jī)則起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器部分，產(chǎn)生空氣負(fù)離子，如圖2所示。

2.3 負(fù)離子發(fā)生器部分的設(shè)計(jì)

負(fù)離子發(fā)生器部分：其基本原理是利用電子技術(shù)產(chǎn)生數(shù)千伏至上萬(wàn)伏的高壓脈沖，使空氣發(fā)生電離，所產(chǎn)生的自由電子被中性的空氣分子捕獲后，形成帶負(fù)電的空氣負(fù)離子。當(dāng)單片機(jī)起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器部分時(shí)，單片機(jī)首先產(chǎn)生20kHz的間歇脈沖波形，通過(guò)功放、升壓、整流變換，輸出-6kV左右的高壓。輸出的高壓接到碳纖維電極，利用電離效應(yīng)產(chǎn)生空氣負(fù)離子，產(chǎn)生的空氣負(fù)離子，能夠迅速去除甲醛，降低甲醛濃度。

3 結(jié)語(yǔ)

甲醛監(jiān)測(cè)及負(fù)離子法甲醛去除裝置是以單片機(jī)為核心的電子系統(tǒng)。當(dāng)甲醛的濃度是超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器工作。使用者也可以通過(guò)按鍵輸入電路來(lái)自主起動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器工作，在甲醛未超標(biāo)時(shí)，開(kāi)啟負(fù)離子發(fā)生器來(lái)優(yōu)化空氣環(huán)境。按鍵輸入電路用來(lái)設(shè)置負(fù)離子濃度與定時(shí)時(shí)間?？紤]到成本因素，負(fù)離子發(fā)生器電路采用開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)，負(fù)離子發(fā)生器只是其中一種執(zhí)行設(shè)備， 還需要諸如風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器等設(shè)備協(xié)同工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 高立新，陸亞俊.室內(nèi)空氣凈化器的現(xiàn)狀及改進(jìn)措施[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，36（2）：199-201.

[2] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[3] 曹守仁.室內(nèi)空氣污染與測(cè)定方法[M].中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1988.