甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的研制

王嘯東 劉陽 肖天明 陳國強

摘 要：甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置能夠實時監測并顯示室內空氣中甲醛的濃度，當甲醛的濃度超過設定值時，起動負離子發生器、產生負離子，空氣中負離子可以直接將甲醛、甲苯等污染物分解為無毒無味的二氧化碳和水，迅速去除甲醛，降低甲醛濃度。本文介紹了甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的研制方法，主要包括設計原理、結構組成、設計方法等。

關鍵詞：甲醛監測 A/D轉換器 負離子 單片機

中圖分類號：X502 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0069-02

隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，房屋裝修也變得多種多樣，裝修材料中所含的污染物也越來越多。甲醛作為室內污染的頭號化學污染物，對人體的危害包括：呼吸道和眼部的刺激作用、肝腎功能損害、免疫功能異常、中樞神經受損、生殖功能受影響、遺傳毒性、引發癌癥、致敏和致突變作用等，嚴重威脅著人們的生命安全和健康。

美國一項室內空氣質量大會報告顯示，2/3的疾病是由于室內化學污染造成的；30%的住宅由于有害化學物質而引發“新居綜合癥”。2002年我國國家衛生部、國家質量監督檢驗檢疫總局、國家環保部聯合發布了《室內空氣質量標準》規定室內甲醛濃度低于0.10mg/m3。因此，對室內空氣中的甲醛氣體進行快速、準確的監測，并有效地去除治理，迅速降低甲醛濃度已經成為人們最為迫切的需求之一。

1 甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的工作原理

甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置能夠實時監測并顯示室內空氣中甲醛的濃度，當甲醛的濃度超過設定值時，起動負離子發生器、產生負離子，空氣中負離子可以直接將甲醛、甲苯等污染物分解為無毒無味的二氧化碳和水。

2 甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的設計

2.1 甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的原理結構

甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置主要由：甲醛氣體監測部分、負離子發生器部分、按鍵輸入電路、LED顯示模塊、電源模塊以及作為控制中心的單片機等部分組成，如圖1所示。

2.2 甲醛氣體監測部分的設計

2.2.1 新型電化學甲醛傳感器

目前市場上的甲醛電化學氣體傳感器的擴散電極的制作，是將先制備好的貴金屬催化劑涂在多孔聚四氟乙烯防水膜上，在一定的溫度和壓力下壓成傳感器的氣體擴散電極。但這種做法得到的擴散電極的催化劑容易脫落，穩定性不夠理想，從而影響傳感器性能。在對甲醛傳感器進行選型的時候，主要的考慮因素是對微弱的甲醛信號的檢測，即對微弱電流信號的檢測能力。

2.2.2 甲醛氣體監測部分設計

甲醛氣體監測部分：當室內的甲醛氣體，擴散至甲醛傳感器內部時，與傳感器內部溶液發生氧化還原反應，該化學反應會消耗電極、轉移電子數，并產生一個微安級的電流信號，該電流信號經過I/V轉換后變為電壓信號。信號調理電路對甲醛傳感器的電壓信號進行線性放大。放大后的電壓信號經過A/D轉換電路，將模擬的電壓信號轉換為8位二進制的數字量，輸入至單片機內部。單片機將得到的8位二進制的數字量轉化成0～255的十進制數，并經標度變換變為甲醛濃度值，通過LED顯示模塊實時顯示。同時，單片機判斷甲醛的濃度是否大于預設的濃度值，如果超過設定值，單片機則起動負離子發生器部分，產生空氣負離子，如圖2所示。

2.3 負離子發生器部分的設計

負離子發生器部分：其基本原理是利用電子技術產生數千伏至上萬伏的高壓脈沖，使空氣發生電離，所產生的自由電子被中性的空氣分子捕獲后，形成帶負電的空氣負離子。當單片機起動負離子發生器部分時，單片機首先產生20kHz的間歇脈沖波形，通過功放、升壓、整流變換，輸出-6kV左右的高壓。輸出的高壓接到碳纖維電極，利用電離效應產生空氣負離子，產生的空氣負離子，能夠迅速去除甲醛，降低甲醛濃度。

3 結語

甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置是以單片機為核心的電子系統。當甲醛的濃度是超標時，單片機起動負離子發生器工作。使用者也可以通過按鍵輸入電路來自主起動負離子發生器工作，在甲醛未超標時，開啟負離子發生器來優化空氣環境。按鍵輸入電路用來設置負離子濃度與定時時間。考慮到成本因素，負離子發生器電路采用開環設計，負離子發生器只是其中一種執行設備， 還需要諸如風機、過濾器等設備協同工作。

參考文獻

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