甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的研制

王啸东 刘阳 肖天明 陈国强

摘 要：甲醛监测及负离子法甲醛去除装置能够实时监测并显示室内空气中甲醛的浓度，当甲醛的浓度超过设定值时，起动负离子发生器、产生负离子，空气中负离子可以直接将甲醛、甲苯等污染物分解为无毒无味的二氧化碳和水，迅速去除甲醛，降低甲醛浓度。本文介绍了甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的研制方法，主要包括设计原理、结构组成、设计方法等。

关键词：甲醛监测 A/D转换器 负离子 单片机

中图分类号：X502 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（a）-0069-02

随着经济的发展，人们生活水平的提高，房屋装修也变得多种多样，装修材料中所含的污染物也越来越多。甲醛作为室内污染的头号化学污染物，对人体的危害包括：呼吸道和眼部的刺激作用、肝肾功能损害、免疫功能异常、中枢神经受损、生殖功能受影响、遗传毒性、引发癌症、致敏和致突变作用等，严重威胁着人们的生命安全和健康。

美国一项室内空气质量大会报告显示，2/3的疾病是由于室内化学污染造成的；30%的住宅由于有害化学物质而引发“新居综合症”。2002年我国国家卫生部、国家质量监督检验检疫总局、国家环保部联合发布了《室内空气质量标准》规定室内甲醛浓度低于0.10mg/m3。因此，对室内空气中的甲醛气体进行快速、准确的监测，并有效地去除治理，迅速降低甲醛浓度已经成为人们最为迫切的需求之一。

1 甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的工作原理

甲醛监测及负离子法甲醛去除装置能够实时监测并显示室内空气中甲醛的浓度，当甲醛的浓度超过设定值时，起动负离子发生器、产生负离子，空气中负离子可以直接将甲醛、甲苯等污染物分解为无毒无味的二氧化碳和水。

2 甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的设计

2.1 甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的原理结构

甲醛監测及负离子法甲醛去除装置主要由：甲醛气体监测部分、负离子发生器部分、按键输入电路、LED显示模块、电源模块以及作为控制中心的单片机等部分组成，如图1所示。

2.2 甲醛气体监测部分的设计

2.2.1 新型电化学甲醛传感器

目前市场上的甲醛电化学气体传感器的扩散电极的制作，是将先制备好的贵金属催化剂涂在多孔聚四氟乙烯防水膜上，在一定的温度和压力下压成传感器的气体扩散电极。但这种做法得到的扩散电极的催化剂容易脱落，稳定性不够理想，从而影响传感器性能。在对甲醛传感器进行选型的时候，主要的考虑因素是对微弱的甲醛信号的检测，即对微弱电流信号的检测能力。

2.2.2 甲醛气体监测部分设计

甲醛气体监测部分：当室内的甲醛气体，扩散至甲醛传感器内部时，与传感器内部溶液发生氧化还原反应，该化学反应会消耗电极、转移电子数，并产生一个微安级的电流信号，该电流信号经过I/V转换后变为电压信号。信号调理电路对甲醛传感器的电压信号进行线性放大。放大后的电压信号经过A/D转换电路，将模拟的电压信号转换为8位二进制的数字量，输入至单片机内部。单片机将得到的8位二进制的数字量转化成0～255的十进制数，并经标度变换变为甲醛浓度值，通过LED显示模块实时显示。同时，单片机判断甲醛的浓度是否大于预设的浓度值，如果超过设定值，单片机则起动负离子发生器部分，产生空气负离子，如图2所示。

2.3 负离子发生器部分的设计

负离子发生器部分：其基本原理是利用电子技术产生数千伏至上万伏的高压脉冲，使空气发生电离，所产生的自由电子被中性的空气分子捕获后，形成带负电的空气负离子。当单片机起动负离子发生器部分时，单片机首先产生20kHz的间歇脉冲波形，通过功放、升压、整流变换，输出-6kV左右的高压。输出的高压接到碳纤维电极，利用电离效应产生空气负离子，产生的空气负离子，能够迅速去除甲醛，降低甲醛浓度。

3 结语

甲醛监测及负离子法甲醛去除装置是以单片机为核心的电子系统。当甲醛的浓度是超标时，单片机起动负离子发生器工作。使用者也可以通过按键输入电路来自主起动负离子发生器工作，在甲醛未超标时，开启负离子发生器来优化空气环境。按键输入电路用来设置负离子浓度与定时时间。考虑到成本因素，负离子发生器电路采用开环设计，负离子发生器只是其中一种执行设备， 还需要诸如风机、过滤器等设备协同工作。

参考文献

[1] 高立新，陆亚俊.室内空气净化器的现状及改进措施[J].哈尔滨工业大学学报，2004，36（2）：199-201.

[2] 李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[3] 曹守仁.室内空气污染与测定方法[M].中国环境科学出版社，1988.