CN107884455A - 一种带有甲醛检测装置的冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有甲醛检测装置的冰箱，在冰箱上设置甲醛检测装置，所述甲醛检测装置连接冰箱电路，甲醛检测装置包括甲醛传感模块，甲醛传感模块连接信号放大模块，信号放大模块与转换分析模块通讯，转换分析模块连接显示窗；所述甲醛传感模块为一种旁热式结构的气体传感器，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；所述敏感材料层由ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子构成。

Description

一种带有甲醛检测装置的冰箱

技术领域

本发明涉及一种冰箱，尤其涉及一种带有甲醛检测装置的冰箱。

背景技术

近几年，随着人们住房条件的改善，添置新家具、装修新居室的现象愈来愈普遍，但同时室内空气中有害气体的成分和含量也在增加，其中以甲醛最为普遍且危害巨大。检测空气中甲醛含量是否超标已成为众多消费者的需求，但目前市场上常见的检测装置存在着操作繁琐、价格高、不适于长期监测等缺点，并且单独摆设相关甲醛检测装置会占用室内空间，影响室内美观、整洁。

发明内容

本发明旨在提供一种带有甲醛检测装置的冰箱，以解决上述提出问题。

本发明的实施例中提供了一种带有甲醛检测装置的冰箱，在冰箱上设置甲醛检测装置，所述甲醛检测装置连接冰箱电路，甲醛检测装置包括甲醛传感模块，甲醛传感模块连接信号放大模块，信号放大模块与转换分析模块通讯，转换分析模块连接显示窗；所述甲醛传感模块为一种旁热式结构的气体传感器，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；所述敏感材料层由ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子构成。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1、操作方便，检测结果直观可见，普通家庭即可进行室内甲醛含量检测，无需通过专业检测机构或购买专业仪器。

2、检测准确，反应灵敏，能够根据检测结果判断污染程度，当重度污染时，能够及时报警。

3、甲醛传感模块中包含ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子构成的敏感材料，对甲醛具有高的选择性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明冰箱的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的实施例涉及一种带有甲醛检测装置的冰箱，在冰箱上设置甲醛检测装置，甲醛检测装置内嵌于冰箱冷冻门上，甲醛检测装置外壳设置通气孔。甲醛检测装置连接冰箱电路3，甲醛检测装置包括甲醛传感模块4，甲醛传感模块4连接信号放大模块5，信号放大模块5与转换分析模块6通讯，转换分析模块6连接显示窗7。甲醛传感模块4为检测甲醛含量的半导体类传感器。信号放大模块5为放大电路，接收甲醛传感模块发送的电压模拟信号并放大该信号。转换分析模块6包括分析处理信号数据的主控制板8，主控制板8连接将放大信号进行A/D转换处理的冰箱显示板电路9。主控制板8连接报警器10。

甲醛传感模块4选用半导体类传感器，由冰箱电路提供5V电压，传感器工作条件为：环境温度-10℃～50℃之间、湿度低于凝露点，完全符合家庭环境。

预先将甲醛检测的判定结果分为三个区间：当甲醛含量低于GB-18883中规定的0.1mg/m³时为无污染；当甲醛含量介于0.1mg/m³～0.3mg/m³之间时为中度污染；当甲醛含量高于0.3mg/m³时为重度污染。

当冰箱主控制板MCU判断检测值属于哪个区间，并将判定结果显示在显示屏上，用户可以直观地了解污染情况而不是仅仅看到检测数值。

具体的，所述甲醛传感模块4为一种旁热式结构的气体传感器，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件。

所述金电极厚度为1mm，所述敏感材料层厚度为1.5mm，本发明对金电极厚度、敏感材料层厚度进行了限定，以使得传感器达到最佳的敏感效果。

其中，所述敏感材料层由ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子构成。该气体传感器是旁热式电阻型半导体气体传感器，电阻型器件是目前应用较多的一类器件，目前国内商用气体传感器主要采用这种结构。将敏感材料涂覆在带有两个金电极的氧化铝陶瓷管上，每个金电极上连有两根Pt丝作为电极引线，陶瓷管中穿有Ni-Cr合金丝作为加热丝，将电极引线和加热丝焊接在有六个引脚的六角管座上，老化后就得到旁热式气敏材料，采用该种结构，可以将敏感材料和加热部分有效隔离开来。

在敏感材料层中，所述的ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子的质量比例为4:1。关于气体传感器的敏感材料，在现有技术中，通常是采用单一的金属氧化物，比如ZnO、SnO₂、TiO₂、In₂O₃等，然而其仍然存在响应恢复时间长、灵敏度较低的问题；而将金属硫化物作为气敏材料的技术方案相对很少，并且金属硫化物多为二元金属硫化物，本发明技术方案中，创造性的将ZnNiS₂纳米线作为气敏材料，产生了意料不到的技术效果。同时，结合Ag纳米粒子并通过限定质量比例，测试表明，本发明技术方案中的敏感材料对甲醛具有高的选择性。

在敏感材料层中，所述的ZnNiS₂纳米线是通过溶剂热法制备的，其中，采用硝酸锌作为锌源，采用硝酸镍作为镍源，采用硫脲作为硫源，相对于水热法，溶剂热法适用范围更广，溶剂热法的液相环境是有机溶剂，能溶解很多水不能溶解的物质，反应在高温高压下进行，具有很高的反应效率，对于本发明技术方案的实现起到促进作用。此外，所述的Ag纳米粒子购买自北京化工厂，为分析纯级别，使用前，对其进行筛选，使粒径为200nm的粒子占总质量的比例达到99.9％。

下面详细说明所述气体传感器的制备过程：

所有的试剂都是分析纯级别，使用前没有经过进一步的提纯处理。

步骤1，预处理Ag纳米粒子

将购买的粒径为200nm的Ag纳米粒子依次通过丙酮、乙醇、去例子水进行清洗，然后将其放入硫脲中，在80℃下，水热保温4h；

步骤2，制备ZnNiS₂纳米线

首先，先将2.1g硝酸锌和1.5g硫脲加入到锥形瓶中，采用30ml乙二胺作为溶剂，将混合溶液在室温下磁力搅拌2h，得到混合溶液A；将1.6g硝酸镍和1.2g硫脲加入到锥形瓶中，采用30ml乙二胺作为溶剂，将混合溶液在室温下磁力搅拌2h，得到混合溶液B；在75℃的保温环境下，将混合溶液B缓慢加入到混合溶液A中，不断搅拌，得到混合溶液C；将混合溶液C加入到聚四氟乙烯容器中，放置在钢制的外壳里，密闭后放在190℃的环境中加热50h，反应结束后，自然冷却至室温；将得到的产物离心，用乙醇和去例子水超声清洗数次以去除杂质，然后将离心产物在氮气中55℃条件下干燥20h，得到ZnNiS₂纳米线；

对ZnNiS₂纳米线进行表征，如下表1为ZnNiS₂纳米线尺寸范围表：

表1ZnNiS₂纳米线尺寸范围表

可以发现，该ZnNiS₂纳米线长度一般为15～20μm，直径在120～160nm范围内。

步骤3，混合处理

a)将上述得到的Ag纳米粒子和ZnNiS₂纳米线按照质量比例混合均匀，研磨2h后，放入浓度为1.8mol/L的硝酸镍溶液中，在120℃的环境中加热30h，自然冷却至室温，然后过滤，将过滤产物清洗干净；

b)将清洗干净的过滤产物在氮气氛围中、210℃煅烧5h，得到由Ag纳米粒子和ZnNiS₂纳米线组成的混合物A；

步骤4，制备气体传感器

将上述混合物A与一定比例的去例子水混合形成浆糊状，然后将该浆糊状物均匀涂覆在陶瓷管表面，将陶瓷管烘干，将加热丝穿入陶瓷管内部，焊接引脚和加热丝，然后将陶瓷管在120℃的工作温度下老化4天，得到所述气体传感器。

本发明上述传感器的测试采用静态测试环境对其敏感性能进行评价，具体是通过北京艾立特公司生产的CGS-8智能气敏分析系统来进行测试完成的。

定义传感器的响应度为S＝Ra/Rg，其中，Ra为传感器在空气中的电阻值，Rg为传感器在待测气体中的电阻值；测试过程为：首先将传感器放置在空气瓶中，待传感器的电阻值稳定2h后，将其转移到装有一定浓度的待测气体的测试气瓶中，传感器的电阻值会发生变化，并慢慢再次趋于稳定；待电阻值不再变化后，将传感器从待测气体中转移回空气瓶中，使传感器的阻值恢复，响应时间定义为传感器从进入待测气体开始到传感器电阻值变化达到总变化值的90％时所需的时间，相应的，恢复时间就是传感器从待测气体转移回空气中开始到电阻值变化达到总变化值的90％时所需的时间。

测试过程中，环境温度为25℃，如下表2，显示了实施例中，传感器分别在100ppm的甲醛、乙醛、乙醇、丙酮、乙二醇中的响应度。

表2传感器分别在100ppm的甲醛、乙醛、乙醇、丙酮、乙二醇中的响应度

可以看到，该气体传感器在甲醛中的响应度明显高于其它有机性挥发气体，表现了较高的选择性，并且，响应恢复时间较短，取得了意料不到的技术效果。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有甲醛检测装置的冰箱，在冰箱上设置甲醛检测装置，其特征在于，所述甲醛检测装置连接冰箱电路，甲醛检测装置包括甲醛传感模块，甲醛传感模块连接信号放大模块，信号放大模块与转换分析模块通讯，转换分析模块连接显示窗；所述甲醛传感模块为一种旁热式结构的气体传感器，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；所述敏感材料层由ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子构成。

2.根据权利要求1所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，所述信号放大模块为放大电路，接收甲醛传感模块发送的电压模拟信号并放大该信号。

3.根据权利要求1所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，所述转换分析模块包括分析处理信号数据的主控制板，主控制板连接将放大信号进行A/D转换处理的冰箱显示板电路。

4.根据权利要求1所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，所述金电极厚度为1mm，所述敏感材料层厚度为1.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，在敏感材料层中，所述的ZnNiS₂纳米线和Ag纳米粒子的质量比例为4:1。

6.根据权利要求5所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，在敏感材料层中，所述ZnNiS₂纳米线长度为15～20μm，直径为120～160nm；所述ZnNiS₂纳米线是通过溶剂热法制备的，其中，采用硝酸锌作为锌源，采用硝酸镍作为镍源，采用硫脲作为硫源。

7.根据权利要求5所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，所述Ag纳米粒子粒径为200nm。

8.根据权利要求5所述的一种带有甲醛检测装置的冰箱，其特征在于，所述甲醛传感模块的制备过程为：

步骤1，预处理Ag纳米粒子

将购买的粒径为200nm的Ag纳米粒子依次通过丙酮、乙醇、去例子水进行清洗，然后将其放入硫脲中，在80℃下，水热保温4h；

步骤2，制备ZnNiS₂纳米线

首先，先将2.1g硝酸锌和1.5g硫脲加入到锥形瓶中，采用30ml乙二胺作为溶剂，将混合溶液在室温下磁力搅拌2h，得到混合溶液A；将1.6g硝酸镍和1.2g硫脲加入到锥形瓶中，采用30ml乙二胺作为溶剂，将混合溶液在室温下磁力搅拌2h，得到混合溶液B；在75℃的保温环境下，将混合溶液B缓慢加入到混合溶液A中，不断搅拌，得到混合溶液C；将混合溶液C加入到聚四氟乙烯容器中，放置在钢制的外壳里，密闭后放在190℃的环境中加热50h，反应结束后，自然冷却至室温；将得到的产物离心，用乙醇和去例子水超声清洗数次以去除杂质，然后将离心产物在氮气中55℃条件下干燥20h，得到ZnNiS₂纳米线；

步骤3，混合处理

a)将上述得到的Ag纳米粒子和ZnNiS₂纳米线按照质量比例混合均匀，研磨2h后，放入浓度为1.8mol/L的硝酸镍溶液中，在120℃的环境中加热30h，自然冷却至室温，然后过滤，将过滤产物清洗干净；

b)将清洗干净的过滤产物在氮气氛围中、210℃煅烧5h，得到由Ag纳米粒子和ZnNiS₂纳米线组成的混合物A；

步骤4，制备气体传感器

将上述混合物A与一定比例的去例子水混合形成浆糊状，然后将该浆糊状物均匀涂覆在陶瓷管表面，将陶瓷管烘干，将加热丝穿入陶瓷管内部，焊接引脚和加热丝，然后将陶瓷管在120℃的工作温度下老化4天，得到所述气体传感器。