新舊汽車的甲醛檢測

鄭祥 王國芳

● 項目背景

如今，人們越來越追求高品質(zhì)的生活，要么購買新房更換居住空間，要么對現(xiàn)有的居住環(huán)境進行改造，“裝修”成為當(dāng)前的熱點話題。甲醛是近年來被大眾認(rèn)知的危害，不僅會污染環(huán)境，更重要的是會對人體產(chǎn)生極大的影響?？刹⒉皇撬腥硕剂私饧兹芏嗳丝赡苤恢兰揖咏ú闹杏屑兹┑拇嬖?，其實生活中有好多地方都可能受到甲醛的污染，如汽車內(nèi)。

2003年3月1日開始實施的我國推薦性標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18883-2002）》規(guī)定，室內(nèi)甲醛濃度要求小于等于每立方米0.1毫克（0.1mg/m3），即每立方米空氣中的甲醛濃度不得超過0.1毫克。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08毫克/立方米。

那么，汽車內(nèi)的甲醛含量如何呢？這是一個值得探究的問題。

● 研究目標(biāo)

了解甲醛的產(chǎn)生及危害，掌握掌控板和傳感器的基本使用，掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理;培養(yǎng)提出問題和實驗設(shè)計能力，通過探究汽車甲醛含量的活動，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)總結(jié)歸納能力;初步認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系，了解科學(xué)探究的過程和方法，培養(yǎng)科學(xué)探究的精神品質(zhì);能將科學(xué)知識和生活密切結(jié)合起來。

● 研究內(nèi)容

新買的汽車車內(nèi)甲醛濃度是多少？是否超過國家標(biāo)準(zhǔn)？已經(jīng)開了五年的舊汽車車內(nèi)甲醛濃度是多少？是否超過國家標(biāo)準(zhǔn)？如何利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)，實時測定汽車內(nèi)的甲醛濃度？如何基于測量數(shù)據(jù)的分析，得出降低汽車內(nèi)甲醛濃度的有效方法？

● 研究方法

1.實驗研究法

將一新一舊兩輛同一品牌同一型號的汽車放在同一地點，將靈敏度接近的甲醛檢測裝置分別同時放入新舊汽車的車內(nèi)中心同一位置，并保持甲醛傳感器懸空放置。在保證同時開窗5分鐘的前提下同時關(guān)閉窗戶，接受相同強度的陽光直射。利用甲醛檢測裝置每隔半分鐘定時持續(xù)地采集新舊汽車內(nèi)的甲醛濃度，并將新舊汽車內(nèi)的甲醛濃度記錄在物聯(lián)網(wǎng)平臺上。

2.定量分析法

通過物聯(lián)網(wǎng)平臺上一新一舊兩輛汽車的甲醛濃度數(shù)據(jù)變化和對比，得出新舊汽車車內(nèi)的甲醛含量，以及是否超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

● 實驗原理

實驗過程中需要一輛新車和一輛舊車（同一品牌和型號）在開窗后閉窗的初始狀態(tài)下，同時在相同的陽光下暴曬來完成對成甲醛濃度數(shù)據(jù)的采集。甲醛數(shù)據(jù)的采集實驗原理過程如下頁圖1所示。核心工作是利用掌控板和專用傳感器采集甲醛濃度的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)匯總到SIoT服務(wù)器。

為了提高實驗數(shù)據(jù)的可靠性和可對比性，實驗過程中需要通過無線網(wǎng)絡(luò)的形式同時進行新舊汽車甲醛數(shù)據(jù)的實時收集。

因此，甲醛采集裝置須滿足以下條件：①兩個甲醛傳感器的靈敏度應(yīng)較為接近;②接有甲醛傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置要支持Wi-Fi的連接。

● 活動步驟

第一階段：準(zhǔn)備器材、下載并安裝軟件

（1）準(zhǔn)備器材

①兩輛一新一舊相同型號汽車。

②根據(jù)甲醛測試實驗，需要如上表所列的器材。

（2）下載并安裝軟件

①下載并安裝編程軟件mind+1.6及以上的版本（下載地址：http：//mindplus.cc/）。

②下載并運行最新版的局域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)平臺SIoT（下載地址：https：//siot.readthedocs.io/zh_CN/latest/）。

③連接甲醛傳感器和掌控板，甲醛傳感器連接擴展板的p0針腳。

④校正兩個甲醛傳感器的靈敏度和數(shù)據(jù)，保證兩個傳感器的靈敏度非常接近，且在允許的誤差范圍內(nèi)，并且要利用專用的甲醛檢測儀器，比較二者數(shù)據(jù)的差異。

第二階段：搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺、制作甲醛檢測儀

①在PC上運行物聯(lián)網(wǎng)平臺SIoT。②編程實現(xiàn)。Mind+中已經(jīng)提供了物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的范例代碼，只要做一些修改即可，參考代碼如圖2所示。新車和舊車的代碼基本一致，不同的是MQTT的消息主題（TopicID）和屏幕顯示的文字。

第三階段：數(shù)據(jù)檢測與分析

（1）變量控制

將一新一舊兩輛汽車同時停在同一地方，同時打開車窗5分鐘后同時關(guān)閉車窗，并將甲醛檢測裝置分別放置在兩輛汽車的前后排中間，甲醛傳感器保持懸空放置。

（2）數(shù)據(jù)采集

在SIoT的Web管理頁面中，能夠看到實時收集的數(shù)據(jù)，頁面中還提供了自動刷新的簡單圖表（如下頁圖3、圖4）。

（3）數(shù)據(jù)分析

檢測初期：從兩組折線圖可以看出，受開關(guān)車門的影響，檢測初期的車內(nèi)甲醛濃度數(shù)值并不準(zhǔn)確，但可供參考。

檢測中期：從檢測中期的數(shù)據(jù)可以得出，兩輛車的甲醛濃度都在持續(xù)上升，而新車的甲醛濃度上升速度更快，幾乎是呈線性上升狀態(tài)。25分鐘后，新車內(nèi)的甲醛濃度高達0.25ppm左右，是國標(biāo)線的4倍左右，而與此同時，舊車內(nèi)甲醛濃度雖也有上升，但仍在國標(biāo)線的標(biāo)準(zhǔn)0.08ppm左右。

檢測后期：出于好奇，在檢測的后期兩位檢測人員試著開了一下車門。從兩組折線圖中可以看出甲醛濃度的曲線都有一個“v”字型走向。

通過SIoT收集的數(shù)據(jù)，還可以導(dǎo)出為Xls表格文件，供后期做更加詳細的分析。

● 項目總結(jié)

通過數(shù)據(jù)分析，我們可以得出這樣一些結(jié)論。

結(jié)論1：從檢測中期的折線圖可以得出，在溫度很高的情況下，新車內(nèi)的甲醛濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)濃度0.08ppm好幾倍，因此需要經(jīng)常通風(fēng)。

結(jié)論2：從檢測后期的折線圖和操作情況可以得出，一個開車門的動作就可以讓當(dāng)前車內(nèi)甲醛濃度降低一半左右，建議在開車前先打開車門或車窗通風(fēng)幾分鐘。長時間行車要打開外循環(huán)，或者定時搖下玻璃窗通風(fēng)。

結(jié)論3：新舊車輛的內(nèi)部甲醛濃度還是有差別的，舊車內(nèi)的甲醛濃度明顯低于新車內(nèi)的甲醛濃度，但在暴曬的時候最高濃度仍會超出國標(biāo)線，無論新車還是舊車在開車前都建議開車門或開車窗通風(fēng)幾分鐘。長時間行車要注意通風(fēng)。

● 項目反思

實驗探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要手段。信息化時代，數(shù)字化技術(shù)為科學(xué)探究提供了更多的技術(shù)支持，能完成一些傳統(tǒng)探究手段無法完成的試驗項目。尤其是當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的門檻降低后，基于數(shù)字化技術(shù)的科學(xué)探究活動也不再局限在實驗中，可以走出來，在大自然里設(shè)計各種有趣的探究實驗，尤其是那些需要一定周期的數(shù)據(jù)支持的科學(xué)實驗。“新舊汽車的甲醛檢測”僅僅是一個小小的開端，后續(xù)我們還會帶著學(xué)生做更多的探究實驗。