實驗室甲醛自動檢測與通風系統設計

陳祖琦 洪武 王聯鴻 方俊杰

【摘要】甲醛是一種能誘發多種疾病且具有致癌性的有害氣體。針對學校實驗室裝修及實驗設備中甲醛用量較多的情況，本文提出一種簡單、方便、實用的甲醛自動檢測與通風系統設計。

【關鍵詞】自動檢測；通風；實用

一、引言

隨著我國的經濟發展，室內裝修材料中用到復合板材、乳膠漆等也越來越多，其所含的甲醛、苯系物、TVOC等有機類揮發化合物揮發到空氣中后嚴重危害著人們的健康。尤其是甲醛對人們的身體健康造成嚴重的危害。我國《室內空氣質量標準》規定：一類建筑空氣中甲醛的標準濃度為0.08mg/m3，二類建筑空氣中甲醛的標準濃度為0.10mg/m3。當甲醛濃度達到0.10mg/m3時就會對人體健康造成明顯影響，而當甲醛濃度達0.30mg/m3以上時可能導致人們死亡。因此，非常有必要設計一款簡單、方便、實用的室內甲醛含量檢測與去除裝置。

雖然目前市場上有不少類型的空氣凈化機產品，但是通常要用到濾網，而考慮到濾網的使用壽命，需要定期更換，使用成本比較高。開窗通風可以縮短有害氣體在室內停留的時間，同時又能夠把室外相對新鮮的空氣帶入室內，從而減少甲醛等對人體的危害，但是傳統的開窗方式空氣交換速度較慢，因此本文提出一種基于甲醛自動檢測的通風裝置設計。

二、甲醛檢測電路設計

MQ138傳感器是一款專門用于檢測甲醛氣體濃度的半導體傳感器，它有成本較低、靈敏度高、響應速度快、性能穩定和外圍驅動電路簡單等優點，測試濃度范圍為1-10×10-6。圖1為MQ138構成的甲醛濃度檢測電路，圖中1、4腳接預加熱電源，2、5腳為甲醛濃度輸出端，其電阻值隨著甲醛氣體濃度增加而增加。MQ138傳感器與電阻R3串聯分壓后接到比較器非反向輸入端，與設定的參考電壓比較，當甲醛氣體濃度較低時，比較器輸出低電平，LED1綠色指示燈量，表示當前空氣質量較好；當當甲醛氣體濃度超出國家標準時，比較器輸出高電平，LED2紅色指示燈量，表示當前空氣質量較差，同時通過通風控制電路啟動排風扇加速室內換氣。由于實驗室一般面積較大，因此可以考慮在實驗室不同位置設置多個檢測電路。

三、通風電路設計

當甲醛氣體濃度超出國家標準時，甲醛檢測電路輸出的control高電平信號驅動Q1三極管導通，使繼電器JK1得電吸合，從而接通排風扇M。其中R5起到三極管基極限流作用，二極管D1起到續流作用，在三極管Q1關斷的瞬間續流導通，給繼電器線圈放電電流提供續流通道，從而避免三極管Q1過電壓燒掉。考慮到實驗室面積較大，可以在實驗室不同窗口設置多個風扇加速排風。此外，本系統還增加了手動開關S2，可以實現手動開啟風扇通風。

四、電源電路設計

將220V交流電源通過雙15伏變壓器降壓后，再經過整流橋整流，通過電容穩壓濾波，然后使用三端集成穩壓芯片7812、7805和7912，可以分別得到+12V、+5V和-12V的直流電壓，供給控制電路和檢測電路。

五、結語

本文針對當前實驗室室內空氣中甲醛含量普遍偏高的問題，設計了一款簡單、實用的室內空氣通風裝置。根據國家標準校準設定值后，可以實現自動而有效的對實驗室空氣質量進行調節。雖然傳感器檢測精度受其他一些氣體濃度的干擾，但是對MQ138傳感器敏感的氣體一般也是苯系物、TVOC等有機類揮發化合物，而且作為實驗室空氣質量調節裝置，不需要做到太高的精度，滿足日常檢測需求，實現實用性。

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作者簡介：洪武（1982—），男，碩士，臺州職業技術學院電子電氣工程系，講師，研究方向：電力電子技術、自動檢測與應用教學與研究。