智能式室內氣體甲醛濃度測量儀制造技術

本發明專利技術提供一種操作簡單、測量時簡短、靈敏度高、能準確測量室內空氣甲醛濃度的智能裝置。該智能式室內氣體甲醛濃度測量儀包括空氣采樣單元、顯色單元、移液單元、比色單元和控制單元，本發明專利技術的甲醛濃度測量裝置將空氣采樣、甲醛吸收、移液、顯色反應及顯色反應溫度控制、比色池等集于一體，采用低功耗單片機系統控制各環節的實施，使儀器打開電源后，按一鍵即可完成整個測試過程，無需人工操作；將折疊多光路引入到甲醛濃度檢測儀中，提高檢測靈敏度，減少空氣采樣量，從而縮短測試周期。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設計一種光度測量裝置，特別是一種室內氣體甲醛濃度測量裝置，屬于分光 光度分析裝置。二
技術介紹
甲醛是一種無色，有強烈刺激性氣味的氣體，已被世界衛生組織確定為致癌可疑物 質。人們日常生活中很容易接觸到甲醛，室內裝修是室內空氣中甲醛的主要來源。在我 國室內空氣質量監測標準中，甲醛已被列為必測項目。快速準確的檢測環境中甲醛濃度 的研究，具有重要的實際意義。甲醛監測的方法主要有光度比色法、電化學方法、色譜 分析方法、試驗紙光電光度法等。根據不同檢測方法，己開發出多種類型的甲醛檢測儀。 隨著現場分析的需要，還研制出多種不同類型的在線甲醛監測儀器。在空氣質量監測方法中，光度比色法仍是甲醛測定的主要方法。我國已有多個基于 分光光度法的甲醛測定的標準，如GB-T 18204.26-2000:公共場所空氣中甲醛測定方 法，GB/T 16129-1995:居住區大氣甲醛衛生檢驗標準方法:分光光度法。還推出了相應 儀器，如吉大小天鵝儀器有限公司有關產品等。市場上的儀器使用的光源多為紅色LED， 一般波長選定為635nm。對于LED光源，其光譜范圍在20 — 100nm，隨著檢測環境溫度 的變化，LED光譜范圍和光譜中心都將變化，這將改變比色液對探測光的吸收特性。目 前市場出現的甲醛測試儀器自動化程度仍不高，還需要大量的人工操作才能完成測量過 程，測量一次需要30 — 50分鐘。三
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種操作簡單、測量時簡短、靈敏度高、能準確測量室內空 氣甲醛濃度的智能裝置。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的一種智能式室內氣體甲醛濃度測量儀，它包括空氣采樣單元、顯色單元、移液單元、 比色單元和控制單元， 其特征是空氣采樣單元包括空氣采樣器、過濾器、甲醛吸收管； 移液單元包括第一移液泵、第二移液泵；顯色單元包括顯色反應試管、步進電機、陶瓷加熱片、顯色反應溫度控制電路；3比色單元包括比色池、激光二極管、光電探測器、光電信號調理電路； 所述控制單元包括單片機、達林頓管陣列和電源模塊；所述達林頓管陣列的輸出端分別接空氣采樣器、第一移液泵、第二移液泵、步進電 機，達林頓管陣列的輸入端連接單片機；顯色反應溫度控制電路執行端口與陶瓷加熱片 連接，其信號端口與單片機連接；所述光電信號調理電路與單片機連接。所述顯色反應溫度控制電路采用一個過零檢測模塊，過零檢測模塊與單片機P20 口 連接，單片機與光電耦合器輸入端連接，光電耦合器的輸出端與可控硅連接，可控硅與 陶瓷加熱片連接，單片機與單線數字溫度傳感器連接。所述顯色單元采樣步進電機，步進電機轉軸與試管夾連接，試管夾夾住顯色反應試 管，顯色反應試管置于五面體圍成的顯色室內，顯色室一組相對面內壁上分別安裝一個 陶瓷加熱片，溫度傳感器安裝在靠近顯色反應管的顯色室內壁上。所述比色單元采用折疊多路光路，比色池的光輸入側設有第一直角棱鏡，光輸出側設有第二直角棱鏡，將光路折疊后三次通過比色池。 該測量儀還包括顯示模塊和按鍵模塊。本專利技術的工作原理本專利技術采用GB-T 18204.26-2000標準規范，利用空氣采樣器通過吸收管采集空氣 中的甲醛，甲醛被吸收管內的酚試劑吸收，反應生成嗪，嗪在酸性溶液中被高鐵離子氧 化生成藍綠色化合物，用波長為635nm的激光比色定量。入射光強為/。，比色池有效長度為/。，根據比耳一朗伯定律穿過比色池后光強為// = /0 exp(-xf0) (1)消光系數/c與甲醛濃度成正比。在本專利技術中，采用折疊多光路，測量光束穿過比色 池3次，并考慮到比色池內外各壁面及光路中光學元件各表面的反射影響，以去離子純 凈水為空白樣本，此時空白樣下的透過率為r，將(1)改寫為/ = Vexp(_3/rf0) (2)引入吸光度A^ = 11^ = 3/^。 (3)利用已知甲醛濃度的系列標準樣本，按照(3)測定儀器測量曲線c = J + 6 (4) 其中c為待測甲醛濃度，和6是應用最小二乘法獲得的校準系數。儀器工作時， 測出吸光度A，根據(4)計算甲醛濃度。本專利技術相比現有技術具有如下優點本專利技術的甲醛濃度測量裝置將空氣采樣、甲醛吸收、移液、顯色反應及顯色反應溫 度控制、比色池等集于一體，采用低功耗單片機系統控制各環節的實施，使儀器打開電 源后，按一鍵即可完成整個測試過程，無需人工操作；將折疊多光路引入到甲醛濃度檢 測儀中，提高檢測靈敏度，減少空氣采樣量，從而縮短測試周期。本專利技術裝置的采樣時間可根據現場甲醛氣味的濃烈設置空氣采樣量，拓寬了儀器測 試量程。通過將激光管恒溫來控制輸出激光的波長漂移，抑制溫度變化引起半導體激光器輸 出光波長的變化對比色測量的影響。采用半導體激光作為測量光束，比現有的LED光源的光譜帶寬要窄，更有利于比色 領懂。本專利技術在光源調制技術的基礎上，同時采用了程序判斷法、均值濾波、滑動平均法 對采集的光電信號進行處理，有效地濾除測量中隨機干擾和激光器溫度控制帶來的周期 性光強度漂移影響，使信號平滑穩定，無需對比色池進行密封處理。本專利技術將光源、光電檢測器以及內置的氣、液路系統的高度集成，實現了儀器的便 攜化、微型化與智能化，用液晶屏顯示檢測結果和儀器的狀態信息，方便人機交互。 四附圖說明圖l為實施例的結構示意圖。圖2a為比色測量模塊結構示意圖。圖2b為圖2a的俯視圖。圖3為測量儀的工作狀態轉換流程圖。圖4為系統檢測狀態時的流程圖。圖5為加入數字濾波前后20組數據對比實驗數據圖表。圖6為電機驅動電路原理圖。圖7為顯色反應溫度控制電路原理圖。圖8顯色單元結構示意圖。 圖9過零檢測模塊電路。圖l中l一空氣采樣器，2—過濾器，3—甲醛吸收管，4一第一移液泵，5 —顯色 反應試管，6 —陶瓷加熱片，7 —陶瓷加熱片，8 —第二移液泵，9一LD恒溫模塊，10 — LD調制及穩光強電路，ll一激光二極管LD， 12—第一直角棱鏡，13—第二直角棱鏡， 14一比色池，15 —帶前置放大器的光電探測器，16—7路達林頓管陣列ULN2003， 17 一步進電機，18 —顯色反應溫度控制電路，19一單片機，20—電源模塊，21—按鍵模塊， 22—顯示模塊，23—光電信號調理電路。圖2中24—金屬導熱塊，25—絕熱片，26—支承基板，27—第一直角棱鏡的上夾 板，28 —第一直角棱鏡的下夾板，29 —第二直角棱鏡的上夾板，30—第二直角棱鏡的下夾板，，31 —比色池第一夾板，32—比色池第二夾板，33 —彈簧片，34 —半導體制冷器 (TEC);圖7-圖8中35-顯色室；36-溫度傳感器；37-轉軸；38-試管夾；Rl-限流電阻； R2限流電阻；M-220交流接口； T-雙向可控硅。五具體實施例方式如圖1所示，本專利技術的甲醛濃度測量裝置由空氣采樣單元、顯色單元、移液系統、比色系統和微處理器控制系統等組成。顯色單元的結構如圖8所示。顯色單元采樣步進電機17，步進電機17的轉軸37與試管夾38連接，試管夾38夾住顯色反應試管5，顯色反應試管5置于五面體圍成的顯色室35內，顯色室35 —組相對面內壁上分別安裝一個陶瓷加熱片6、 7，溫度傳感器36安裝在靠近顯色反應管5的顯色室內壁上。在甲醛吸收管3中事先放入含有吸收劑的測量溶液，空氣采樣器1采集定量空氣， 空氣中含有的甲醛被吸收在測量溶液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
智能式室內氣體甲醛濃度測量儀，它包括空氣采樣單元、顯色單元、移液單元、比色單元和控制單元，　其特征是：　空氣采樣單元包括：空氣采樣器、過濾器、甲醛吸收管；　移液單元包括：第一移液泵、第二移液泵；　顯色單元包括：顯色反應試管、步進電機、陶瓷加熱片、顯色反應溫度控制電路；　比色單元包括：比色池、激光二極管、光電探測器、光電信號調理電路；　所述控制單元包括：單片機、達林頓管陣列和電源模塊；　所述達林頓管陣列的輸出端分別接空氣采樣器、第一移液泵、第二移液泵、步進電機，達林頓管陣列的輸入端連接單片機；顯色反應溫度控制電路執行端口與陶瓷加熱片連接，其信號端口與單片機連接；所述光電信號調理電路與單片機連接。

【技術特征摘要】
1、智能式室內氣體甲醛濃度測量儀，它包括空氣采樣單元、顯色單元、移液單元、比色單元和控制單元，其特征是空氣采樣單元包括空氣采樣器、過濾器、甲醛吸收管；移液單元包括第一移液泵、第二移液泵；顯色單元包括顯色反應試管、步進電機、陶瓷加熱片、顯色反應溫度控制電路；比色單元包括比色池、激光二極管、光電探測器、光電信號調理電路；所述控制單元包括單片機、達林頓管陣列和電源模塊；所述達林頓管陣列的輸出端分別接空氣采樣器、第一移液泵、第二移液泵、步進電機，達林頓管陣列的輸入端連接單片機；顯色反應溫度控制電路執行端口與陶瓷加熱片連接，其信號端口與單片機連接；所述光電信號調理電路與單片機連接。2、 根據權利要求1所述的智能式室內氣體甲醛濃度測量儀，其特征是所述顯色反應溫度控制電路采用一個過零檢測模塊，過零檢測...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖韶榮，張波，
申請(專利權)人：南京信息工程大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]