CN209946060U - 一种甲醛检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种甲醛检测装置，属于甲醛检测领域，包括：甲醛传感器，醇类气体传感器，温湿度传感器，通过下壳体上的第一安置槽和上壳体上的第二安置槽形成的第一空间，以及下壳体和上壳体上的阻隔槽形成的第二空间，将甲醛传感器和醇类气体传感器以一定距离间隔，将温湿度传感器与甲醛传感器和醇类气体传感器之间间隔一定的距离，克服了现有技术中甲醛检测受醇类气体干扰以及温度干扰较大的技术问题，可准确的输出甲醛的浓度，同时实现了甲醛检测装置的微型化、低成本化。

Description

一种甲醛检测装置

技术领域

本实用新型涉及空气品质检测领域，具体涉及一种甲醛检测装置。

背景技术

甲醛是一种重要的工业原料，广泛存在于日常生活中，甲醛对人体具有巨大的危害，由于其具有强烈的刺激性，吸入过量可导致流泪、流涕、咳嗽等症状，长期暴露在甲醛超标的环境中可引起头痛、无力、失眠等症状，甲醛还能与空气中的离子型氯化物发生反应生成致癌物，国际癌症研究机构已将其列为可疑致癌物。随着生活水平的提高，环境装饰行业得到迅速发展，由劣质装修材料造成的甲醛污染日益严重，由甲醛超标导致的恶性病例更是时有发生，对居住环境的甲醛含量进行限制的必要性日益突显。

国内外政府组织纷纷出台标准，对居住环境的甲醛含量进行控制，1987年世界卫生组织针对欧洲地区率先发布了《空气质量指南》(Indoor Air Quality Guide)，在指南中首次规定室内甲醛浓度上限为0.1mg/m³；1997年日本也明确室内甲醛浓度不得超过0.1mg/m³；2003 年我国实施的国家标准《室内空气质量标准》(GB/T18883－2002)规定，室内甲醛浓度不得超过0.1mg/m³，2010年国家住房和城乡建设部出台的《民用建筑工程室内环境污染控制规范》 (GB50325—2010)进一步将室内甲醛浓度限值控制在0.08mg/m³以下，因此对居住环境中的甲醛含量进行检测对环境保护以及人体健康具有重大意义。

常用的甲醛浓度检测方法包括分光光度法、色谱法、荧光法和极谱法，但采用上述方法制造的甲醛检测装置往往成本高、操作复杂，不利于在空气净化器、暖通空调等领域中进行大规模应用。目前通常采用电化学原理进行甲醛浓度检测，其原理是氧气与甲醛在电极上发生氧化还原反应，产生与甲醛浓度成正比的电信号，根据电信号的大小计算甲醛浓度。这种检测方法响应速度快，但在稳定性和寿命方面具有一定的局限性，由于甲醛传感器对香水、酒精等醇类干扰气体会有反应，导致甲醛浓度检测结果高于实际甲醛浓度值。

为了解决上述技术问题，现有技术对甲醛传感器进行了改进，例如专利文献 PCT/IB2012/053501公开了一种甲醛传感器，传感器包括两个具有相同特性的电极，在传感器的一个电极上设置甲醛过滤器过滤甲醛，在传感器的另一个电极上设置虚拟过滤器，不过滤任何气体。当处于过滤模式时，气体感应装置输出值记为SMF；当处于非过滤模式时，气体感应装置输出值记为SMU，根据两种模式下输出值之间的差值S△＝SUM-SMF得到甲醛浓度，这种传感器消除了环境因素的干扰，缺陷是采用过滤器及风扇，传感器体积大、成本高。

为克服传感器体积大、成本高的缺陷，专利文献CN101776640A公开了一种甲醛气体传感器，通过在传感器进气外壳外部设置允许甲醛气体通过的由分子筛、活性炭或碳纸中的一种或几种制成的过滤层，能够阻止杂质气体进入传感器壳体，减少杂质气体对甲醛检测的影响，缺陷是过滤层的寿命短，需要频繁进行更换。

为了延长甲醛传感器的寿命，专利文献CN202404061U公开了一种甲醛分析仪，包括一个半导体SnO₂传感器及一个电化学甲醛传感器。半导体SnO₂传感器对乙醇、甲醇、CO有很高灵敏度，对甲醛灵敏度很低；电化学甲醛传感器对甲醛灵敏度很高，对乙醇、甲醇、CO等干扰物有较大信号反应，当两传感器同时输出高信号时，判定为有干扰气体，禁止开启电化学甲醛传感器，当半导体SnO₂传感器输出低信号时，判定为无干扰气体，将甲醛浓度值直接输出，缺陷是仅能判断是否存在干扰气体，并不能消除干扰气体对甲醛检测的影响。

为了消除干扰气体对甲醛检测的影响，专利文献CN107990512A及CN20742575U公开了一种空气调节设备及其甲醛检测装置，甲醛检测装置包括甲醛传感器和VOC传感器，根据甲醛传感器和VOC传感器是否突变，判断是否存在干扰气体突增，如果不存在干扰气体突增，则直接将当前时刻的甲醛检测值输出，如果存在干扰气体突增，则输出突变前的甲醛检测值。此方案能够识别被测环境中突增的干扰气体，并消除突增的干扰气体对甲醛检测造成的影响，缺陷是当被测环境中已存在干扰气体时，不能识别干扰气体，因此不能消除背景中已经存在的干扰气体对检测结果的影响；并且该方案也未消除环境中的温湿度对检测结果的影响，抗干扰性能有限。

为了进一步提高传感器的抗干扰性能，专利文献CN104614423B、CN107655947A公开了一种甲醛检测装置，通过采用两只同种型号的甲醛传感器进行差分动态补偿以消除温湿度对甲醛检测的影响，将两只甲醛传感器完全暴露于实际检测环境中，一只作为测量传感器，另一只作为对比传感器，用能过滤甲醛的半透膜对对比传感器的进气通道进行隔离，使其只受环境温度与湿度影响而不受环境中甲醛气体浓度的影响，通过两个传感器输出信号做差得到实际环境中甲醛气体浓度电信号，该方法可以降低环境中的干扰因子对检测精度的影响，但采用两个甲醛传感器成本高，不利于在空气净化器、暖通空调等领域中进行大规模应用。

综上，现有技术中还未出现一款能同时实现完全消除干扰气体和温度以及湿度对甲醛检测造成的干扰的高精度低成本甲醛传感器。

实用新型内容

本实用新型提供一种甲醛检测装置，包括壳体和电路板，电路板上设置第一传感器、第二传感器和第三传感器；

第一传感器、第二传感器和第三传感器均与电路板电连接。

壳体包括上壳体和下壳体；

上壳体设置第二安置槽和隔挡槽，下壳体设置第一安置槽和开孔；

上壳体的第二安置槽对应的与下壳体的第一安置槽配合安装，形成密封的第一空间，用于固定第一传感器，第一传感器与电路板连接；

上壳体的隔挡槽和下壳体的开孔配合安装，形成密封的第二空间，第二传感器安装在电路板上并穿过开孔位于第二空间内。

在上壳体的内壁上对应第二安置槽中心设置第一扩散孔，以供被测气流通过第一扩散孔进入第一空间，被第一传感器检测。

在上壳体的内壁上对应隔挡槽中心设置有第二扩散孔，以供被测气流通过第二扩散孔进入第二空间，被第二传感器检测。

第一安置槽和第二安置槽内侧均设置若干突出的凸起块，凸起块与第一传感器接触固定，用于保证第一传感器与第一空间各侧面形成一定间隔。

在上壳体外侧第一扩散孔上粘贴一透气膜，所述上壳体外壁上围绕第一扩散孔四周设置了一凸台，透气膜粘贴在凸台内并完全覆盖第一扩散孔。

第二传感器内至少设有一传感器芯片，传感器芯片内设有一加热器和敏感电阻，加热器用于为传感器芯片内部加热，敏感电阻用于第二传感器进行信号检测。

加热器两端设有一加热电路，加热电路包括开关电路和电阻R1，开关电路包括进行串联的三极管和电阻R2，三极管的集电极与第一电源正极相连，三极管发射极通过电阻R2连接传感器芯片引脚3，第一电源正极和传感器芯片引脚3之间串联电阻R1，三极管基极连接控制器输出端，用于接收控制器发出的输入脉冲，以通断开关电路，当三极管基极的输入脉冲为低电平时，控制器在引脚3处进行采样，得到采样电压，控制器根据输入的采样电压调整输出脉冲的占空比以确保采样电压恒定。

第一传感器为甲醛传感器，第二传感器为醇类气体传感器，第三传感器为温湿度传感器。

将第三传感器与第一传感器和第二传感器之间间隔一定的距离。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是，甲醛检测装置包括甲醛传感器，醇类气体传感器，温湿度传感器。通过第一安置槽和第二安置槽形成的第一空间以及隔挡槽和下壳体形成的第二空间，将甲醛传感器和醇类气体传感器之间间隔了一定的距离，将温湿度传感器与甲醛传感器和醇类气体传感器之间间隔一定的距离，克服了现有技术中甲醛检测受醇类气体干扰以及温度干扰较大的技术问题，可准确的输出甲醛的浓度，同时实现了甲醛检测装置的微型化、低成本化。

附图说明

图1是实施例一示出的甲醛检测装置传感器构成图；

图2是实施例一示出的甲醛检测装置的爆炸图；

图3是实施例一示出的甲醛检测装置下壳体示意图；

图4是实施例一示出的甲醛检测装置上壳体内侧面示意图；

图5是实施例一示出的甲醛检测装置的电路板、下壳体、第一传感器及第二传感器的组装示意图；

图6是实施例二示出的加热电路图；

图中：100-壳体 10-第一传感器 20-第二传感器 1-上壳体 2-下壳体 21-第一安置槽 22-开孔 23-电路板 24-第二安置槽 25-隔挡槽 26-第一扩散孔 11-凸起块 12- 透气膜 13-凸台 27-第二扩散孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

实施例一

请参考图1、图2及图5，本实用新型的实施例公开了一种甲醛检测装置，用于检测目标区域内的甲醛浓度。该甲醛检测装置包括一壳体100，以及位于壳体100内的第一传感器10、第二传感器20以及控制器；所述甲醛检测装置还包括一温湿度传感器。

本实施例中，所述壳体100包括上壳体1和下壳体2两部分，下壳体2内壁设有第一安置槽21和开孔22，下壳体2与电路板23安装在一起，第二传感器20穿过开孔22安装在电路板23上，同时所述温湿度传感器和控制器也设置在电路板23上，可减少本检测装置的体积。

请参考图3、图4及图5，所述上壳体1内壁设有隔挡槽25和第二安置槽24，下壳体2内壁的第一安置槽21对应的与上壳体1的第二安置槽24配合安装在壳体100空腔内形成密封的第一空间，用于安装第一传感器10，第一传感器10与电路板23连接；下壳体2的开孔 22对应的与上壳体1的隔挡槽25配合安装在壳体100空腔内形成第二空间，第二传感器20 安装在电路板23上并穿过开孔22处于第二空间内；在上壳体1的内壁上对应第二安置槽24 中心位置设有第一扩散孔26，被测气体可通过第一扩散孔26在第一空间与被测环境之间扩散，即被测气体通过第一扩散孔26扩散进第一空间，并被第一传感器10检测。第一扩散孔26数量可以为一个或多个，形状可以设为如图4中圆形或其他几何形状；同时在所述下壳体2上的第一安置槽21和上壳体1上的第二安置槽24内壁均设有若干突出的凸起块11，凸起块11在第一安置槽21和第二安置槽24内对应等间隔排布，并且凸起块11在第二安置槽24 内壁围绕第一扩散孔26周围排布，且凸起块11相互之间间隔一定的距离，这样第一传感器 10固定在第一空间时，凸起块11与第一传感器10表面接触固定，用于保证第一传感器10 与第一空间各侧面形成一定间隔，进而从第一扩散孔26进入的被测气体能够与第一传感器 10充分接触并充分反应，保证检测结果的准确性。

进一步地，在上壳体1的外侧对应第一扩散孔26上粘贴一透气膜12，所述透气膜12可以供被测气体透过，同时对被测气体中的水分和灰尘等杂质进行阻挡，防止第一传感器10的测量结果受湿度和灰尘等杂质的影响。进一步地，在所述上壳体1外壁上，围绕所述第一扩散孔26四周设置了一凸台13，所述透气膜12可通过粘接等方式设置在所述凸台13内并完全覆盖第一扩散孔26，同时保持透气膜12的外表面与上壳体1的表面平齐。

上壳体1上的隔挡槽25和下壳体2上的开孔22相互配合形成密封的第二空间，第二传感器20安装在电路板23上并穿过开孔22处于第二空间内；上壳体1的隔挡槽25上设有至少一个第二扩散孔27，被测气体可通过第二扩散孔27在第二空间与被测环境之间扩散，即被测气体通过第二扩散孔27扩散进第二空间，并被第二传感器20检测。

第一空间和第二空间在壳体内以一定间隔相互分隔开来，可以使被测气体的检测相互独立，避免检测干扰。

其中第一传感器10，对甲醛敏感，用于检测甲醛浓度，并输出第一电信号，一般采用电化学甲醛传感器；第二传感器20，对非醛类气体敏感，用于检测可挥发性气体的浓度，并输出第二电信号，一般采用醇类气体传感器，例如半导体VOC传感器、VOCs传感器或TVOC传感器等，本实施例中以半导体VOC传感器为例进行说明；温湿度传感器，用于检测环境的温度和湿度，并输出检测信号；以及控制器，控制器分别连接第一传感器10、第二传感器20和温湿度传感器，用于接收检测信号后对第一电信号和第二电信号进行温湿度补偿，并分别输出第三电信号和第四电信号，随后根据第四电信号来校准第三电信号后输出第五电信号，以得到准确的甲醛浓度值。

具体地，温湿度传感器获取当前环境中的温度和湿度数据，随后将温度数据和湿度数据传送至控制器，通常情况下，第一传感器10及第二传感器20的输出受环境温度和湿度的影响。

在一种实施方式中，控制器对第一传感器10及第二传感器20进行温度补偿。

在一种实施方式中，控制器对第一传感器10及第二传感器20进行湿度补偿。

在一种实施方式中，控制器根据当前的温度和湿度数据对第一传感器进行温度补偿和/ 或湿度补偿后输出补偿后的第三电信号。

在一种实施方式中，控制器根据当前的温度和湿度数据对第二传感器进行温度补偿和/ 或湿度补偿后输出补偿后的第四电信号。

在一种实施方式中，控制器根据当前的温度和湿度数据同时对第一传感器及第二传感器进行温度补偿和/或湿度补偿后分别输出补偿后的第三电信号及第四电信号。

最后，控制器利用第四电信号来校准第三电信号并输出第五电信号，并将第五电信号作为最终测量的甲醛浓度。

实施例二：

请参考图6，在一种实施方式中，可通过以下加热电路对第一传感器和第二传感器进行温度补偿：

本实施例公开了一种加热电路，用于对第一传感器及第二传感器进行温度补偿，第二传感器包括一传感器芯片，在传感器芯片内部，引脚1对引脚3等效为一个加热器Rh,传感器芯片的引脚2对引脚4等效为一敏感电阻Rs，敏感电阻Rs的阻值受气体浓度的影响。

加热器Rh用于对传感器芯片进行加热，使第二传感器工作在高温状态，以加速被测气体的吸附和氧化还原反应，提高响应速度。通常第二传感器内部的加热器Rh的温度达到300℃以上，第二传感器外部及周围的温度也高于环境温度，敏感电阻Rs处于上述的高温条件下，相当于第二传感器的传感器芯片输出的电信号受加热器Rh的温度影响而不是受外部环境的影响。

为了使第二传感器芯片输出的电信号不受外界环境温度的影响，需要使第二传感器的温度保持恒定并且高于环境温度，即确保加热器Rh的温度保持恒定。

因此在加热器Rh两端设有一加热电路，所述加热电路包括开关电路和电阻R1，电阻R1 的阻值远远大于加热器Rh的阻值，开关电路包括进行串联的三极管和电阻R2，本实施例中以三极管为NPN型三极管为例进行举例说明，但实际上也可以是PNP型三极管，三极管的集电极与第一电源正极相连，三极管发射极通过电阻R2连接传感器芯片引脚3，电阻R1与开关电路并联，三极管基极连接控制器输出端，用于接收控制器发出的输入脉冲，以通断开关电路。当输入脉冲为低电平时，在引脚3处进行采样，得到采样电压Ut，即加热器Rh两端的电压值大小等于采样电压Ut上的电压。采样电压Ut的另一端与控制器的输入端相连，作为控制器的输入，控制器根据输入的采样电压Ut的大小调整其输出的输入脉冲的占空比以确保采样电压Ut恒定。

传感器芯片的引脚4接第一电源正极，传感器芯片的引脚2通过第三电阻RL接地，且传感器芯片的引脚2与第二传感器芯片的输出V_RL相连。

加热器Rh的阻值与温度成线性关系，在本实施例中以加热器Rh的阻值与温度成正相关关系进行举例说明，但实际上有些加热器Rh的阻值与温度成负相关关系。当输入脉冲为高电平时，三极管导通，电阻R1相当于被短路，加热器Rh两端的电压几乎等于电源电压V_H，加热器Rh开始进行加热，加热器Rh的温度迅速上升，加热器Rh的阻值也开始增大。当输入脉冲为低电平时，三极管截止，此时电阻R1和加热器Rh进行串联，由于电阻R1的阻值远远大于加热器Rh的阻值，加热器Rh的电流迅速减小，其功率也随之降低到一个极低的值，加热器Rh的发热量随着功率降低至一个极低值，可以将其发热量忽略，相当于加热器Rh的温度保持恒定，不再上升，其阻值也将保持恒定，其两端的采样电压Ut也保持恒定，当采样电压Ut低于第一电压阈值时，此时加热器Rh的温度没有达到预定温度，需要将输入脉冲的占空比调大，使在一个脉冲周期里高电平的时间延长，低电平的时间缩短，即在一个脉冲周期里加热器Rh加热的时间延长了，停止加热的时间变短了，加热器Rh的温度继续上升。通过上述PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(differential))调节的过程，使加热器Rh的温度基本上保持恒定，稳定在320℃，第二传感器处于320℃的恒温下，远远高于外界环境温度，因此其浓度检测数据不受外界环境温度的影响。

同时由于加热器Rh的温度基本上保持在320℃，使第二传感器周围的环境温度保持在 35℃，高于室温，即第一传感器处于一个35℃的恒温条件下，确保了第一传感器的检测结果也受外界环境温度的影响很小。

恒温电路的设置相当于对第一传感器和第二传感器进行了温度补偿，消除了外界温度对甲醛检测和VOC检测的影响。

同时由于加热器Rh使第二传感器周围的环境温度保持在35℃，高于外界温度，因此为了消除第二传感器的高温对温湿度传感器的影响，将温湿度传感器与第一传感器和第二传感器之间间隔一定的距离。

在一种实施方式中，甲醛传感器应用在如商场、电影院以及游乐场等商用场所，一般不需要进行实时甲醛浓度监测或者一般间隔很久才进行一次甲醛浓度检测，可以采用低功耗模式对第二传感器进行供电，以降低第二传感器的温度上升速度，减小由于第二传感器的温度上升给甲醛浓度检测带来的温度漂移。

低功耗模式的具体实现方式是：当控制器进行数据采集时，接通第一电源对第二传感器进行供电，第二传感器进行气体浓度检测，传感器芯片内部的加热器Rh开始加热；当控制器停止进行数据采集时，断开电源，停止对第二传感器进行供电，第二传感器停止进行气体浓度检测，传感器内部的加热器Rh停止加热。从而防止第二传感器一直工作，加热器一直进行加热而造成的能源浪费以及热量聚集，有利于提升整个检测装置的性能和寿命。通过低功耗供电模式能够将第二传感器的发热量降低至原来发热量的1％～10％。

而在如房屋、汽车等民用场所，一般需要实时进行甲醛浓度检测或者间隔很短的时间就进行甲醛浓度检测，为了加快相应速度一般不使用低功耗模式对第二传感器进行供电，而采用正常的供电模式，让第二传感器一直工作以缩短预热时间。

本实用新型中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种甲醛检测装置，包括壳体和电路板，其特征在于：

壳体包括上壳体和下壳体；

上壳体设置第二安置槽和隔挡槽，下壳体设置第一安置槽和开孔；

上壳体的第二安置槽对应的与下壳体的第一安置槽配合安装，形成密封的第一空间，用于固定第一传感器，第一传感器与电路板连接；

上壳体的隔挡槽和下壳体的开孔配合安装，形成密封的第二空间，第二传感器安装在电路板上并穿过开孔位于第二空间内；

电路板上设置第一传感器、第二传感器和第三传感器，第一传感器为甲醛传感器，第二传感器为醇类气体传感器，第三传感器为温湿度传感器；

第一传感器、第二传感器和第三传感器均与电路板电连接，将第三传感器与第一传感器和第二传感器之间间隔一定的距离。

2.根据权利要求1所述的一种甲醛检测装置，其特征在于：在上壳体的内壁上对应第二安置槽中心设置第一扩散孔，以供被测气流通过第一扩散孔进入第一空间，被第一传感器检测。

3.根据权利要求1所述的一种甲醛检测装置，其特征在于：在上壳体的内壁上对应隔挡槽中心设置有第二扩散孔，以供被测气流通过第二扩散孔进入第二空间，被第二传感器检测。

4.根据权利要求1所述的一种甲醛检测装置，其特征在于：第一安置槽和第二安置槽内侧均设置若干突出的凸起块，凸起块与第一传感器接触固定，用于保证第一传感器与第一空间各侧面形成一定间隔。

5.根据权利要求2所述甲醛检测装置，其特征在于：在上壳体外侧第一扩散孔上粘贴一透气膜，所述上壳体外壁上围绕第一扩散孔四周设置了一凸台，透气膜粘贴在凸台内并完全覆盖第一扩散孔。

6.根据权利要求1所述的一种甲醛检测装置，其特征在于：第二传感器内至少设有一传感器芯片，传感器芯片内设有一加热器和敏感电阻，加热器用于为传感器芯片加热，敏感电阻用于第二传感器进行信号检测。

7.根据权利要求6所述的一种甲醛检测装置，其特征在于：加热器两端设有一加热电路，加热电路包括开关电路和电阻R1，开关电路包括进行串联的三极管和电阻R2，三极管的集电极与第一电源正极相连，三极管发射极通过电阻R2连接传感器芯片引脚3，第一电源正极和传感器芯片引脚3之间串联电阻R1，三极管基极连接控制器输出端，用于接收控制器发出的输入脉冲，以通断开关电路，当三极管基极的输入脉冲为低电平时，控制器在引脚3处进行采样，得到采样电压，控制器根据输入的采样电压调整输出脉冲的占空比以确保采样电压恒定。

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