CN205808918U - 一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，包括吸光度采集系统、恒流气体采集系统、分别与吸光度采集系统、恒流气体采集系统相连的单片机及与单片机连接的外围电路、按键电路、显示屏、打印机；其单片机是具有Flash存储系统、RTC时钟系统单片机，单片机中第一控制端口和第一A/D采集口与恒流气体采集系统相连；单片机中第二控制端口和第二A/D采集口与吸光度采集系统相连。本实用新型提高气体采样流量稳定性及采样气体体积准确性；采用吸光度采集系统替换酚试剂法中的分光光度计，检测精度高，数据重现性好，可方便的在各场所对空气中甲醛的定性、定量分析，适用于室内环境污染控制领域；结构紧凑、重量轻、仪器体积小，携带方便。

Description

一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪

技术领域：

本实用新型涉及室内空气检测仪器仪表领域，尤其涉及一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪。

背景技术：

随着人类文明的发展，人们在建筑物内停留的时间越来越长。据世界卫生组织和联合国环境规划署的调查报告，现代人类80%的时间在室内度过，节假日在室内度过的时间将高达93%以上（生活、劳动、娱乐、学习、健身等等），因此，室内环境品质如何已成为影响人们身体健康的主要因素。

随着装修装饰材料的大量使用，使室内的空气污染越加严重。据部分城市建设系统基层检测单位的不完全统计，近年来精装修过的办公楼、住宅等，其室内污染检测数据的超标比例约在20%以上，主要以甲醛和TVOC为主。其中甲醛的危害最大。甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用，甲醛是基因毒性物质，吸入高浓度甲醛后，会出现严重呼吸道刺激和水肿，导致支气管哮喘，长期吸入甲醛会致癌，诱发白血病。

室内空气污染就其来源而言：一是建筑工程在设计、施工过程中由于建筑材料自身污染物超标或者使用量过大带来的污染；二是建筑工程在交付使用之后由于人类活动带来的生活污染。前者是长期的、静态释放的污染，后者是临时的、动态的污染。空气中的甲醛来源主要包括 ：装饰材料中的各类酚醛树脂胶人造板；含有甲醛成分并有可能向外界散发的贴墙布，贴墙纸，油漆等装饰材料；有可能散发甲醛的家具、化纤地毯、泡沫塑料等生活用品；燃烧后会散发甲醛的某些材料，比如香烟及一些有机材料。

甲醛的国家标准检测方法可概括为化学法和仪器法。化学法 ( 分光光度法 )主要有酚试剂法、乙酰丙酮法、变色酸法等。仪器法主要包括气相色谱法、液相色谱法、示波极谱测定法等。这些方法拥有各自的优缺点，但是它们都是将气体样品采集回实验室后进行分析，不能实时反映室内空气甲醛的污染程度，无法满足现场大批检测点的监测需要。

现有空气甲醛检测方法大体分三类 ：一是仪器法也称实验室法，所用仪器为可见分光光度计或气相色谱仪，需要专业检测人员将样品采集回去以后在实验室检测，操作较复杂不能完成现场的快速检测；二是空气甲醛自测盒，该方法将吸附剂放置于一个小盒里，使用时用水溶解，暴露于待测空间一段时间后，加入显色剂生成有色物质，与色卡进行比较，确定空气中甲醛含量，检测时间较长不便于快速检测；三是空气甲醛检测试纸，将检测试剂固定于纸上，使用时将试纸暴露于空气中 4 ～ 8 小时，然后与色卡比较确定空气中的甲醛含量，该方法存在显色不明显、变色范围小，不便于观察，不能对待检物品的释放量进行检测。

《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325）等国家标准规范的发布，使我国在室内环境污染防治方面有了标准依据。它提出的《公共场所空气中甲醛测定方法》（GB/T 18204.26）检测空气污染物中的甲醛的含量，通常经在现场采样富集到实验室解吸后，用分光光度计，配合酚试剂等一系列化学试剂进行检测。当前，我国建设行业中各检测机构虽然在实验室配备了分光光度计等检测仪器，但要完成空气污染物的分析，仅仅依靠这些仪器并不能很好保障检测结果的准确，其现场样品的采集，样品前的处理，都需要有较高专业水平的检测人员手工操作与重复性劳动来完成，人为因素所带来的检测数据偏差难以避免。另外，我国在进行建筑工程室内环境质量验收检测时，从工程竣工到完成验收的时间有限，需完成的检测工作量大，一般是几十个样品，多则上百个样品，需要分析测试速度快、透明性好、工作状态稳定，这些造成了室内环境检测任务十分繁重。

因而，为提高建筑工程室内环境污染检测工作的便捷性和时效性，研究和推广小型化、现场化、智能化的基于酚试剂法的便携式甲醛现场检测仪成为一个重要的发展方向，这也是缩小我国在该领域上与发达国家之间技术差距的需要。目前能够有效满足本领域现场应用需要的便携式检测仪市场上还很少，有些还存在着体积偏大、便携性差、灵敏度低等不足。

发明内容：

为了解决目前市场上的用于建筑工程室内环境污染检测的酚试剂分光光度法的现场甲醛测试仪存在的操作复杂、便携性差、专业素质要求高的问题，本实用新型的目的在于：提供一种具有操作简单、灵敏度高、集采样与分析一体、便于携带、实施现场检测室内空气中甲醛的基于酚试剂法的现场甲醛检测仪。

本实用新型的技术方案是以下述方式实现的：

一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，包括吸光度采集系统、恒流气体采集系统、分别与吸光度采集系统、恒流气体采集系统相连的单片机及与单片机连接的外围电路、按键电路、显示屏、打印机；其中：单片机是具有Flash存储系统、RTC时钟系统单片机，单片机中第一控制端口和第一A/D采集口与恒流气体采集系统相连；单片机中第二控制端口和第二A/D采集口与吸光度采集系统相连。

所述恒流气体采集系统由空气隔膜泵、与空气隔膜泵相连的标准气阻、连接在标准气阻和空气隔膜泵之间的压差传感器、与空气隔膜泵依次相连的防水滤膜和采样口组成；压差传感器通过第一运放电路与单片机中第一A/D采集口相连，恒流源通过控制电路与单片机中第一控制端口相连。

所述吸光度采集系统由630nm单色LED光源、与630nm单色LED光源相连的恒流源、与630nm单色LED光源依次相连的比色池、硅光电池组成，第二运放电路和比色池组成；硅光电池通过第二运放电路与单片机中第二AD采集口相连，恒流源通过控制电路与单片机中第二控制端口相连。

所述按键电路由六个按键组成，分别是主要为恒流气体采集系统参数进行设置的设置键一、主要为吸光度采集系统参数进行设置的设置键二、上调键、下调键、确认键和返回键。

所述RTC时钟系统由备用电池，32.768KHZ晶振与单片机内部RTC组成。

所述单片机采用STM32F103VET6。

所述外围电路由电源电路、复位电路组成。

所述Flash存储系统采用单片机内部Flash存储模块。

所述打印机采用NGL-QR系列热敏微型打印机。

所述显示屏采用LCD19268A屏。

本实用新型的有益效果是：

1)采用恒流气体采集系统经过PID算法和PWM控制技术实现现场气体的采样，提高气体采样流量稳定性及采样气体体积准确性。

2)采用吸光度采集系统替换酚试剂法中的分光光度计，检测精度高，数据重现性好，可方便的在各场所对空气中甲醛的定性、定量分析，适用于室内环境污染控制领域。

3)结构紧凑、重量轻、仪器体积小，携带方便。

附图说明：

图1为本实用新型的结构原理示意图；

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图中：1-1-采样口，1-2-防水滤膜，1-3-空气隔膜泵，1-4-压差传感器，1-5-标准气阻，1-6-第一运放电路，1-7-控制电路，2-1-630nm单色LED光源，2-2-比色池，2-3-硅光电池，2-4-恒流源，2-5-控制电路，2-6-第二运放电路，3-单片机（STM32F103VET6）, 4-打印机，5-显示屏，6-按键电路，7-外围电路。

由图1可以看出：基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，包括吸光度采集系统2、恒流气体采集系统1、分别与吸光度采集系统2、恒流气体采集系统1相连的单片机3及与单片机连接的外围电路7、按键电路6、显示屏5、打印机4；其中：单片机3是具有Flash存储系统、RTC时钟系统单片机，单片机3中第一控制端口和第一A/D采集口与恒流气体采集系统1相连；单片机中第二控制端口和第二A/D采集口与吸光度采集系统2相连。

由图1还可以看出：所述恒流气体采集系统由空气隔膜泵1-3、与空气隔膜泵相连的标准气阻1-5、连接在标准气阻和空气隔膜泵之间的压差传感器1-4、与空气隔膜泵依次相连的防水滤膜1-2和采样口1-1组成；压差传感器1-4通过第一运放电路1-6与单片机3中第一A/D采集口相连，恒流源通过控制电路2-5与单片机中第一控制端口相连。

由图1还可以看出：所述吸光度采集系统由630nm单色LED光源2-1、与630nm单色LED光源2-1相连的恒流源2-4、与630nm单色LED光源2-1依次相连的比色池2-2、硅光电池2-3组成；硅光电池2-3通过第二运放电路2-6与单片机中第二AD采集口相连，恒流源2-4通过控制电路2-5与单片机3中第二控制端口相连。单片机3通过第一A/D采集口对恒流气体采集系统中压差传感器1-4输出的信号进行采集；单片机3通过读取Flash存储系统中存储的经皂膜流量计标定过的流量A/D值并以此为目标值，采用PID算法，应用PWM的控制方式，通过第一控制端口对恒流气体采集系统1中空气隔膜泵1-3进行无极调速；实现恒流气体采集系统的恒流采样目的；单片机3通过第二控制端口对吸光度采集系统中630nm单色LED光源2-1进行开关控制；630nm单色LED光源2-1照射放在比色池2-2中的被测样本；硅光电池2-3接受单色LED光源照射比色池后透过的照射光而产生信号，硅光电池2-3产生的信号通过第二运算放大电路处理后，通过单片机3的第二A/D采集口进行A/D转换采集；单片机3以样品的吸光度通过与Flash存储系统记录的空白样品吸光度和记录的甲醛标准曲线吸光度运算从而得出样品的甲醛浓度。

所述按键电路由六个按键组成，分别是主要为恒流气体采集系统参数进行设置的设置键一、主要为吸光度采集系统参数进行设置的设置键二、上调键、下调键、确认键和返回键。

所述RTC时钟系统由备用电池，32.768KHZ晶振与单片机内部RTC组成。

所述单片机采用STM32F103VET6。

所述外围电路由电源电路、复位电路组成。

所述Flash存储系统采用单片机内部Flash存储模块。

所述打印机采用NGL-QR系列热敏微型打印机。

所述显示屏采用LCD19268A屏。

基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪工作过程分为空气采样、检测、数据处理分析等三个步骤。

通过操作按键电路6使单片机3进入采样工作过程中，仪器程序化工作，单片机3通过第一控制端口对控制电路1-7进行输出控制，控制电路1-7对空气隔膜泵1-3进行无极调速控制；室内空气经过采样口1-1和防水滤膜1-2进入空气隔膜泵1-3的进气口，空气隔膜泵1-3出气口通过三通与压差传感器1-4和标准气阻1-5连接，采样气体通过标准气阻排到大气，压差传感器1-4通过把空气隔膜泵1-3到标准气阻1-5气路之间的压力转换为电压，在经过第一运放电路1-6的放大和滤波传送到单片机3的第一A/D采集口；单片机3获得当前流量AD值，并以Flash存储的流量AD值为目标，经过PID计算和PWM控制与第一控制端口连接的控制电路1-7，从而实现空气隔膜泵1-3无极调速，使其进气口的进气量恒定，并通过RTC时钟计时使恒流气体采集系统到达设定时间停止运行。

采样完毕后，将采集的样品液倒入比色管，将比色管放入吸光度采集系统中比色池2-2中进行检测过程，通过操作按键电路6使单片机3进入检测及数据处理状态，单片机3中控制第二控制端口通过控制电路2-5控制恒流源2-4工作使630nm单色LED光源2-1发光，光经过比色池2-2和放在比色池2-2中的比色管后射入硅光电池2-3,硅光电池2-3通过光电转换产生的电信号经过第二运放电路2-6传到单片机3的第二AD采集口，单片机3经过数据处理和分析得出甲醛浓度。甲醛浓度数据通过显示屏5进行显示，同时甲醛浓度数据也可通过打印机4进行数据的打印。

本实用新型携带方便，灵敏度高，重复性好，可广泛应用于建筑工程室内空气中的甲醛实施现场检测分析，具有极大的经济和社会效益。

Claims (10)

1.一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，包括吸光度采集系统（2）、恒流气体采集系统（1）、分别与吸光度采集系统（2）、恒流气体采集系统（1）相连的单片机（3）及与单片机连接的外围电路（7）、按键电路（6）、显示屏（5）、打印机（4）；其特征在于：单片机（3）是具有Flash存储系统、RTC时钟系统的单片机，单片机（3）中第一控制端口和第一A/D采集口与恒流气体采集系统（1）相连；单片机中第二控制端口和第二A/D采集口与吸光度采集系统（2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述恒流气体采集系统由空气隔膜泵（1-3）、与空气隔膜泵相连的标准气阻（1-5）、连接在标准气阻和空气隔膜泵之间的压差传感器（1-4）、与空气隔膜泵依次相连的防水滤膜（1-2）和采样口（1-1）组成；压差传感器（1-4）通过第一运放电路（1-6）与单片机（3）中第一A/D采集口相连，恒流源通过控制电路（2-5）与单片机中第一控制端口相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述吸光度采集系统由630nm单色LED光源（2-1）、与630nm单色LED光源（2-1）相连的恒流源（2-4）、与630nm单色LED光源（2-1）依次相连的比色池（2-2）、硅光电池（2-3）组成；硅光电池（2-3）通过第二运放电路（2-6）与单片机中第二AD采集口相连，恒流源（2-4）通过控制电路（2-5）与单片机（3）中第二控制端口相连，恒流气体采集系统、分别与吸光度采集系统、恒流气体采集系统相连的单片机及与单片机连接的外围电路、按键电路、显示屏、打印机；其中：单片机是具有Flash存储系统、RTC时钟系统单片机，单片机中第一控制端口和第一A/D采集口与恒流气体采集系统相连；单片机中第二控制端口和第二A/D采集口与吸光度采集系统相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述按键电路由六个按键组成，分别是主要为恒流气体采集系统参数进行设置的设置键一、主要为吸光度采集系统参数进行设置的设置键二、上调键、下调键、确认键和返回键。

5.根据权利要求4所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述RTC时钟系统由备用电池，32.768KHZ晶振与单片机内部RTC组成。

6.根据权利要求5所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述单片机采用STM32F103VET6。

7.根据权利要求6所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述外围电路由电源电路、复位电路组成。

8.根据权利要求1所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述Flash存储系统采用单片机内部Flash存储模块。

9.根据权利要求8所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述打印机采用NGL-QR系列热敏微型打印机。

10.根据权利要求9所述的一种基于酚试剂法的现场便携式甲醛检测仪，其特征在于：所述显示屏采用LCD19268A屏。