CN2906427Y

CN2906427Y - 室内二氧化碳及污染气体监控装置

Info

Publication number: CN2906427Y
Application number: CN 200620080782
Authority: CN
Inventors: 房千贺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2016-02-13

Abstract

本实用新型公开了一种室内二氧化碳及污染气体监控装置。它解决了目前人们不能随时对室内空气中有害气体进行监控的问题，具有准确、可靠、成本低廉，使用方便，结构简单，能有效监控室内气体的污染程度等优点，其结构为：它包括直流稳压电源，它还有至少一个CO₂传感器以及至少一个广谱气体传感器，其中CO₂传感器用于监控室内CO₂浓度，它经信号放大电路与控制电路连接；广谱气体传感器用于监控室内有害气体浓度，它与控制电路连接；控制电路则与执行电路连接；直流稳压电源分别与信号放大电路、控制电路和执行电路连接。

Description

室内二氧化碳及污染气体监控装置

技术领域

本实用新型涉及一种空气监控装置，尤其涉及一种室内二氧化碳及污染气体监控装置。

背景技术

据统计，人们平均有90％的时间生活和工作在室内，当室内空气二氧化碳超过0.2％，就属于重度污染，长时间吸入就会出现注意力不集中、头晕头痛、血压升高、耳鸣眼花或呼吸系统疾病等症状。特别是学校的教室、大型的商场等室内公共场所，由于人员密度大，二氧化碳和污染气体(如：甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾)会大量积聚，致使空气污浊，使学习和工作的效率降低，对人体健康产生影响和伤害。

教室是学生学习的重要场所，空气的清洁度直接影响着学生的身体发育、健康与教学效果。因此，教室需要经常换气以达到排除室内空气中二氧化碳和有毒污染气体的目的。国家相继制订和发布了《室内空气质量标准》和《中小学校教室换气卫生标准》。两个标准中：(GB/T18883-2002)《室内空气质量标准》规定室内空气中二氧化碳(CO₂)最高容许浓度为0.1％，并对一系列污染气体的最高容许浓度做了严格规定(如：甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾)；国家卫生部制订的(GB/T17226-1998)《中小学校教室换气卫生标准》，明确规定教室内空气中二氧化碳(CO2)最高容许浓度为0.15％。

虽然上述国家标准中都对室内二氧化碳和污染气体允许浓度做了明确规定，但在现实中我们无法随时知道所处的室内环境中二氧化碳和污染气体的实际浓度到底是多少、是否超过了国家标准允许的浓度值、何时通风换气或开启新风机、增氧机，开启新风机或通风换气后是否达到了规定值。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决目前人们不能随时对室内空气中有害气体进行监控的问题，提供一种准确、可靠、成本低廉，使用方便，结构简单，能有效监控室内气体的污染程度的室内二氧化碳及污染气体监控装置。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种室内二氧化碳及污染气体监控装置，它包括直流稳压电源，它还有至少一个CO₂传感器QM1以及至少一个广谱气体传感器QM2，其中CO₂传感器QM1用于监控室内CO₂浓度，它经信号放大电路与控制电路连接；广谱气体传感器QM2用于监控室内有害气体浓度，它与控制电路连接；控制电路则与执行电路连接；直流稳压电源分别与信号放大电路、控制电路和执行电路连接。

所述CO₂传感器QM1型号为MG811型固体电解质CO₂传感器；广谱气体传感器QM2型号为MQ135。

所述信号放大电路包括运算放大器A1和运算放大器A2；其中运算放大器A1型号为TL082，其管脚按电压跟随器形式连接，其输入端接CO₂传感器QM1输出端，输出端接运算放大器A2的输入端；运算放大器A2为LM324型运算放大器及其外围电路，其输出端接控制电路。

所述控制电路为型号是NE556双时基集成电路，它包括两个NE556时基集成电路A3、A4，其中时基集成电路A3用于对CO₂传感器QM1信号的控制，另一个时基集成电路A4用于对有毒气体传感器QM2信号的控制，A3的输出端经二极管D1，A4的输出端经二极管D2后分别与执行电路连接。

所述执行电路包括继电器J、蜂鸣器BZ、指示灯LED3，它们与二极管D1、D2的一端并联，继电器J则驱动外部的排风扇通风换气或开启新风机、增氧机通风供氧。

所述控制电路中还设有由电容C5、电阻R11和时基集成电路A3组成的CO₂延时电路以及由电容C8、电阻R17和时基集成电路A4组成的有害气体延时电路。

本实用新型主要解决室内空气中最主要的两类污染物质的监控，一类是对二氧化碳浓度的监控；另一类是对空气中甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾等污染气体浓度的监控。对这两类污染物质的监控，涉及两种气体敏感元件，一种是只对CO₂气体响应的“CO₂气体传感器”，另一种是对甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾等污染气体响应的“广谱气体传感器”；两路按照其气体传感器不同的检测原理和电气参数分别设计，分别输出两路监控信号去控制同一个执行电路，当任何一路发出声、光报警信号时，都可单独或同时驱动、开启通风换气装置或新风机、增氧机，补充“新风”，达到改善室内空气的目的。两路传感器电路共用同一个执行电路、同一个电源、装置在同一个机壳内。

本实用新型的有益效果为：可对公共场所、教室等人员密度较大的室内空气进行实时监控，当空气中二氧化碳浓度超过预先设定数值(如：0.15％CO₂)时，或者当空气中甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾等污染气体浓度超过预先设定数值(0.05％-0.5％)时，就会立即发出声、光报警，告知人们室内空气超标，同时启动执行电路，驱动通风换气或开启新风机、增氧机。当空气质量达到标准后，声、光报警和执行电路停止工作，并继续对室内二氧化碳及污染有毒气体进行监控。从而明显改善室内空气质量，提高健康水平。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

图1中，它还有至少一个CO₂传感器QM1以及至少一个广谱气体传感器QM2，其中CO₂传感器QM1用于监控室内CO₂浓度，它经信号放大电路与控制电路连接；广谱气体传感器QM2用于监控室内有害污染气体浓度，它与控制电路连接；控制电路则与执行电路连接；直流稳压电源分别与信号放大电路、控制电路和执行电路连接。

图2中，CO2气体传感器QM1型号为MG811，广谱气体传感器QM2型号为QM135，可用于甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、烟雾等污染气体的监控。放大电路由型号为TL082的运算放大器A1和型号为LM324的运算放大器组成。

其中运算放大器A1的8脚接在电源+6V上，4脚接在电源-6V上。使3脚与CO₂传感器QM1的正输出端连接，2脚(反向输入端)与1脚(输出端)连接，构成“电压跟随器”接法，从而使得1脚(输出端)与3脚(正向输入端)的电位相等。由于此集成块TL082包含2个独立的运算放大器，而它是由JFET工艺制成，使得它的输入阻抗可达10¹²Ω，正好与前级CO₂传感器QM1输出的电信号相匹配(前级CO₂传感器QM1输出的电信号阻抗为10¹²Ω，而阻抗如此大的电信号一般无法被直接使用和测量)。

运算放大器A2包括4个独立的运算放大器，即图2中的1/4A₂、2/4A₂、3/4A₃、4/4A₄。1/4A₂、2/4A₂、3/4A₂及其外围电路，构成了可调节增益的“直流仪表放大器”，其中1/4A₂与2/4A₂构成了差动放大电路，而3/4A₂用于将差动放大电路的信号合并。而4/4A₂用于将3/4A₂输出的负极性电信号变为正极性电信号，便于后级控制电路进行处理。在4/4A₂的输出端和地之间并联DC5V电压表，以便指示A₂输出的电压数值。这里之所以用差动放大电路而不用普通的直流放大电路，主要是因为要反映的是CO₂传感器QM1在正常空气中输出的电压值与在CO₂浓度超标的气体(注：这里指CO₂浓度为1500ppm)中输出的电压值的差值ΔU。ΔU＝U1-U2，U1`为CO₂传感器QM1在正常空气中输出的电压值，U2`为CO₂传感器在CO₂浓度超标的气体中输出的电压值。运算放大器LM324的4脚接+6V，11脚接-6V，为集成块供电。3脚接TL082的输出端，输入的信号就是CO₂传感器经过A₁输出的电信号，此信号在正常空气中约为340mV，1pA。5脚(1/4A₂的正向输入端)接TL431精密稳压源的输出端，即W1的滑动触头。因为差动放大的原理是将1/4A₂和2/4A₂两个运算放大器的输入信号的差值放大，设1/4A₂的输入电压为U₁，2/4A₂的输入电压为U₂，3/4A₂的输出电压为U0，当R₃＝R₄且R₅＝R₆＝R₇＝R₈时，则U₀＝(1+2R₃/R_w2)(U₂-U₁)，所以1/4 A₂的输入信号与2/4 A₂的输入信号大小相等时，则U₀＝0。TL431的2脚为阳级，使用时需接地；3脚为阴极，需经限流电阻接正电源；1脚为TL431输出电压设定端。现将1、3脚连接，经限流电阻接正电源，则输出电压为稳定的2.5V。串联1KΩ的R₁，使通过TL431集成块的电流为mA级(3.5mA)。

控制电路为型号为NE556双时基集成电路，它由两个NE555时基集成电路组成。NE555内有三个5KΩ的电阻(串联)R₁`R₂`R₃`、两个比较器、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R₁`、R₂`和R₃`构成的分压器设定的2/3V_DD、1/3V_DD参考电压所限定。

其中一个NE556时基集成电路A3用于对CO₂传感器QM1信号的控制，另一个NE556时基集成电路A4用于对广谱气体传感器QM2信号的控制。现在把一个NE556其中的一个用于时间控制(初始延时)，另一个用于对电信号的控制。最后把两个时基集成电路的输出信号分别通过二极管(防止两路输出信号互相影响和干扰)接到执行机构，即发光二极管、继电器、蜂鸣器等上。

当输入信号高于4V(2/3V_DD)时，9脚输出一个高电位，5脚输出一个低电位，使LED1和LED2的红色管、LED3、J(继电器)、BZ(间断音蜂鸣器)导通，此状态称为“报警态”。

当输入信号低于2V(1/3V_DD)时，5脚和9脚都输出正电位，使LED1和LED2的红管和绿管导通，LED1和LED2呈橙色。此状态称为“正常态”。

由于CO₂传感器QM1和广谱气体传感器QM2的制造工艺所决定，在两个传感器通电初期，它们都不能输出稳定的电信号，所以需要加一组延时电路。即通电后延时一段时间，待两个传感器能输出稳定的电信号后，再让它们正常工作。此电路分别为电容C₅、电阻R₁₁和时基集成电路A3组成的CO₂延时电路以及由电容C8、电阻R17和时基集成电路A4组成的有害气体延时电路。

延时时间T＝1.1RC。延时过程中，9脚输出一个低电位，5脚输出一个高电位，使LED1和LED2的绿色管导通。另外此时13脚输出一个低电位，从而使2、6脚信号接地，使信号无法进入NE556双时基集成电路中。此状态称为“延时态”。

综上所述，分别用于两路控制电路中的两个NE556双时基集成电路A3、A4在“延时态”、“正常态”、“报警态”，三种工作状态时，5、9脚对应输出状态和双色发光二极管的显色指示如下表所示：

工作状态	5脚输出电位	9脚输出电位	LED1和LED2颜色
工作状态	5脚输出电位	9脚输出电位	LED1和LED2颜色	延时态	高	低	绿(绿通红截)
正常态	高	高	橙(绿通红通)	延时态	高	低	绿(绿通红截)
正常态	高	高	橙(绿通红通)	报警态	低	高	红(绿截红通)

有毒污染气体监控采用了型号为MQ135的广谱气体传感器QM2。QM2的输出电阻与可变电阻器W4串联后接在+6V电源两端，通过调整W4滑动臂的分压值，使其在“设定的报警浓度气体中”(如：0.5％丁烷)时，A4控制电路和执行机构(发光二极管、继电器、蜂鸣器等)恰好动作即可。

A3、A4工作原理完全相同，只是初始延时电路中的C5、C8数值有所不同，即初始延时时间不同，目的是为了适应QM1和QM2不同的初始特性。

Claims

1、一种室内二氧化碳及污染气体监控装置，它包括直流稳压电源，其特征是：它还有至少一个CO₂传感器QM1以及至少一个广谱气体传感器QM2，其中CO₂传感器QM1用于监控室内CO₂浓度，它经信号放大电路与控制电路连接；广谱气体传感器QM2用于监控室内有害气体浓度，它与控制电路连接；控制电路则与执行电路连接；直流稳压电源分别与信号放大电路、控制电路和执行电路连接。

2、根据权利要求1所述的室内二氧化碳及污染气体监控装置，其特征是：所述CO₂传感器QM1型号为MG811型固体电解质CO₂传感器；广谱气体传感器QM2型号为MQ135。

3、根据权利要求1所述的室内二氧化碳及污染气体监控装置，其特征是：所述信号放大电路包括运算放大器A1和运算放大器A2；其中运算放大器A1型号为TL082，其管脚按电压跟随器形式连接，其输入端接CO₂传感器QM1输出端，输出端接运算放大器A2的输入端；运算放大器A2为LM324型运算放大器及其外围电路，其输出端接控制电路。

4、根据权利要求1所述的室内二氧化碳及污染气体监控装置，其特征是：所述控制电路为型号是NE556双时基集成电路，它包括两个NE556时基集成电路A3、A4，其中时基集成电路A3用于对CO₂传感器QM1信号的控制，另一个时基集成电路A4用于对有毒气体传感器QM2信号的控制，A3的输出端经二极管D1，A4的输出端经二极管D2后分别与执行电路连接。

5、根据权利要求1或4所述的室内二氧化碳及污染气体监控装置，其特征是：所述执行电路包括继电器J、蜂鸣器BZ、指示灯LED3，它们与二极管D1、D2的一端并联，继电器J则驱动外部的排风扇通风换气或开启新风机、增氧机通风供氧。

6、根据权利要求1所述的室内二氧化碳及污染气体监控装置，其特征是：所述控制电路中还设有由电容C₅、电阻R₁₁和时基集成电路A3组成的CO₂延时电路以及由电容C8、电阻R17和时基集成电路A4组成的有害气体延时电路。