本實(shí)用新型涉及室內(nèi)空氣檢測儀器儀表領(lǐng)域，尤其涉及一種基于酚試劑法的現(xiàn)場便攜式甲醛檢測儀。
背景技術(shù)：
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隨著人類文明的發(fā)展，人們在建筑物內(nèi)停留的時(shí)間越來越長。據(jù)世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的調(diào)查報(bào)告，現(xiàn)代人類80%的時(shí)間在室內(nèi)度過，節(jié)假日在室內(nèi)度過的時(shí)間將高達(dá)93%以上（生活、勞動、娛樂、學(xué)習(xí)、健身等等），因此，室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)如何已成為影響人們身體健康的主要因素。
隨著裝修裝飾材料的大量使用，使室內(nèi)的空氣污染越加嚴(yán)重。據(jù)部分城市建設(shè)系統(tǒng)基層檢測單位的不完全統(tǒng)計(jì)，近年來精裝修過的辦公樓、住宅等，其室內(nèi)污染檢測數(shù)據(jù)的超標(biāo)比例約在20%以上，主要以甲醛和TVOC為主。其中甲醛的危害最大。甲醛的主要危害表現(xiàn)為對皮膚粘膜的刺激作用，甲醛是基因毒性物質(zhì)，吸入高濃度甲醛后，會出現(xiàn)嚴(yán)重呼吸道刺激和水腫，導(dǎo)致支氣管哮喘，長期吸入甲醛會致癌，誘發(fā)白血病。
室內(nèi)空氣污染就其來源而言：一是建筑工程在設(shè)計(jì)、施工過程中由于建筑材料自身污染物超標(biāo)或者使用量過大帶來的污染；二是建筑工程在交付使用之后由于人類活動帶來的生活污染。前者是長期的、靜態(tài)釋放的污染，后者是臨時(shí)的、動態(tài)的污染?？諝庵械募兹﹣碓粗饕?：裝飾材料中的各類酚醛樹脂膠人造板；含有甲醛成分并有可能向外界散發(fā)的貼墻布，貼墻紙，油漆等裝飾材料；有可能散發(fā)甲醛的家具、化纖地毯、泡沫塑料等生活用品；燃燒后會散發(fā)甲醛的某些材料，比如香煙及一些有機(jī)材料。
甲醛的國家標(biāo)準(zhǔn)檢測方法可概括為化學(xué)法和儀器法?；瘜W(xué)法 ( 分光光度法 ) 主要有酚試劑法、乙酰丙酮法、變色酸法等。儀器法主要包括氣相色譜法、液相色譜法、示波極譜測定法等。這些方法擁有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但是它們都是將氣體樣品采集回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行分析，不能實(shí)時(shí)反映室內(nèi)空氣甲醛的污染程度，無法滿足現(xiàn)場大批檢測點(diǎn)的監(jiān)測需要。
現(xiàn)有空氣甲醛檢測方法大體分三類 ：一是儀器法也稱實(shí)驗(yàn)室法，所用儀器為可見分光光度計(jì)或氣相色譜儀，需要專業(yè)檢測人員將樣品采集回去以后在實(shí)驗(yàn)室檢測，操作較復(fù)雜不能完成現(xiàn)場的快速檢測；二是空氣甲醛自測盒，該方法將吸附劑放置于一個(gè)小盒里，使用時(shí)用水溶解，暴露于待測空間一段時(shí)間后，加入顯色劑生成有色物質(zhì)，與色卡進(jìn)行比較，確定空氣中甲醛含量，檢測時(shí)間較長不便于快速檢測；三是空氣甲醛檢測試紙，將檢測試劑固定于紙上，使用時(shí)將試紙暴露于空氣中 4 ～ 8 小時(shí)，然后與色卡比較確定空氣中的甲醛含量，該方法存在顯色不明顯、變色范圍小，不便于觀察，不能對待檢物品的釋放量進(jìn)行檢測。
《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》（GB 50325）等國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)布，使我國在室內(nèi)環(huán)境污染防治方面有了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。它提出的《公共場所空氣中甲醛測定方法》（GB/T 18204.26）檢測空氣污染物中的甲醛的含量，通常經(jīng)在現(xiàn)場采樣富集到實(shí)驗(yàn)室解吸后，用分光光度計(jì)，配合酚試劑等一系列化學(xué)試劑進(jìn)行檢測。當(dāng)前，我國建設(shè)行業(yè)中各檢測機(jī)構(gòu)雖然在實(shí)驗(yàn)室配備了分光光度計(jì)等檢測儀器，但要完成空氣污染物的分析，僅僅依靠這些儀器并不能很好保障檢測結(jié)果的準(zhǔn)確，其現(xiàn)場樣品的采集，樣品前的處理，都需要有較高專業(yè)水平的檢測人員手工操作與重復(fù)性勞動來完成，人為因素所帶來的檢測數(shù)據(jù)偏差難以避免。另外，我國在進(jìn)行建筑工程室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量驗(yàn)收檢測時(shí)，從工程竣工到完成驗(yàn)收的時(shí)間有限，需完成的檢測工作量大，一般是幾十個(gè)樣品，多則上百個(gè)樣品，需要分析測試速度快、透明性好、工作狀態(tài)穩(wěn)定，這些造成了室內(nèi)環(huán)境檢測任務(wù)十分繁重。
因而，為提高建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染檢測工作的便捷性和時(shí)效性，研究和推廣小型化、現(xiàn)場化、智能化的基于酚試劑法的便攜式甲醛現(xiàn)場檢測儀成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，這也是縮小我國在該領(lǐng)域上與發(fā)達(dá)國家之間技術(shù)差距的需要。目前能夠有效滿足本領(lǐng)域現(xiàn)場應(yīng)用需要的便攜式檢測儀市場上還很少，有些還存在著體積偏大、便攜性差、靈敏度低等不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了解決目前市場上的用于建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染檢測的酚試劑分光光度法的現(xiàn)場甲醛測試儀存在的操作復(fù)雜、便攜性差、專業(yè)素質(zhì)要求高的問題，本實(shí)用新型的目的在于：提供一種具有操作簡單、靈敏度高、集采樣與分析一體、便于攜帶、實(shí)施現(xiàn)場檢測室內(nèi)空氣中甲醛的基于酚試劑法的現(xiàn)場甲醛檢測儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：
一種基于酚試劑法的現(xiàn)場便攜式甲醛檢測儀，包括吸光度采集系統(tǒng)、恒流氣體采集系統(tǒng)、分別與吸光度采集系統(tǒng)、恒流氣體采集系統(tǒng)相連的單片機(jī)及與單片機(jī)連接的外圍電路、按鍵電路、顯示屏、打印機(jī)；其中：單片機(jī)是具有Flash存儲系統(tǒng)、RTC時(shí)鐘系統(tǒng)單片機(jī)，單片機(jī)中第一控制端口和第一A/D采集口與恒流氣體采集系統(tǒng)相連；單片機(jī)中第二控制端口和第二A/D采集口與吸光度采集系統(tǒng)相連。
所述恒流氣體采集系統(tǒng)由空氣隔膜泵、與空氣隔膜泵相連的標(biāo)準(zhǔn)氣阻、連接在標(biāo)準(zhǔn)氣阻和空氣隔膜泵之間的壓差傳感器、與空氣隔膜泵依次相連的防水濾膜和采樣口組成；壓差傳感器通過第一運(yùn)放電路與單片機(jī)中第一A/D采集口相連，恒流源通過控制電路與單片機(jī)中第一控制端口相連。
所述吸光度采集系統(tǒng)由630nm單色LED光源、與630nm單色LED光源相連的恒流源、與630nm單色LED光源依次相連的比色池、硅光電池組成，第二運(yùn)放電路和比色池組成；硅光電池通過第二運(yùn)放電路與單片機(jī)中第二AD采集口相連，恒流源通過控制電路與單片機(jī)中第二控制端口相連。
所述按鍵電路由六個(gè)按鍵組成，分別是主要為恒流氣體采集系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的設(shè)置鍵一、主要為吸光度采集系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的設(shè)置鍵二、上調(diào)鍵、下調(diào)鍵、確認(rèn)鍵和返回鍵。
所述RTC時(shí)鐘系統(tǒng)由備用電池，32.768KHZ晶振與單片機(jī)內(nèi)部RTC組成。
所述單片機(jī)采用STM32F103VET6。
所述外圍電路由電源電路、復(fù)位電路組成。
所述Flash存儲系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部Flash存儲模塊。
所述打印機(jī)采用NGL-QR系列熱敏微型打印機(jī)。
所述顯示屏采用LCD19268A屏。
本實(shí)用新型的有益效果是：
1)采用恒流氣體采集系統(tǒng)經(jīng)過PID算法和PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場氣體的采樣，提高氣體采樣流量穩(wěn)定性及采樣氣體體積準(zhǔn)確性。
2)采用吸光度采集系統(tǒng)替換酚試劑法中的分光光度計(jì)，檢測精度高，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，可方便的在各場所對空氣中甲醛的定性、定量分析，適用于室內(nèi)環(huán)境污染控制領(lǐng)域。
3)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、儀器體積小，攜帶方便。
附圖說明：
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖中：1-1-采樣口，1-2-防水濾膜，1-3-空氣隔膜泵，1-4-壓差傳感器，1-5-標(biāo)準(zhǔn)氣阻，1-6-第一運(yùn)放電路，1-7-控制電路，2-1-630nm單色LED光源，2-2-比色池，2-3-硅光電池，2-4-恒流源，2-5-控制電路，2-6-第二運(yùn)放電路，3-單片機(jī)（STM32F103VET6）, 4-打印機(jī)，5-顯示屏，6-按鍵電路，7-外圍電路。
由圖1可以看出：基于酚試劑法的現(xiàn)場便攜式甲醛檢測儀，包括吸光度采集系統(tǒng)2、恒流氣體采集系統(tǒng)1、分別與吸光度采集系統(tǒng)2、恒流氣體采集系統(tǒng)1相連的單片機(jī)3及與單片機(jī)連接的外圍電路7、按鍵電路6、顯示屏5、打印機(jī)4；其中：單片機(jī)3是具有Flash存儲系統(tǒng)、RTC時(shí)鐘系統(tǒng)單片機(jī)，單片機(jī)3中第一控制端口和第一A/D采集口與恒流氣體采集系統(tǒng)1相連；單片機(jī)中第二控制端口和第二A/D采集口與吸光度采集系統(tǒng)2相連。
由圖1還可以看出：所述恒流氣體采集系統(tǒng)由空氣隔膜泵1-3、與空氣隔膜泵相連的標(biāo)準(zhǔn)氣阻1-5、連接在標(biāo)準(zhǔn)氣阻和空氣隔膜泵之間的壓差傳感器1-4、與空氣隔膜泵依次相連的防水濾膜1-2和采樣口1-1組成；壓差傳感器1-4通過第一運(yùn)放電路1-6與單片機(jī)3中第一A/D采集口相連，恒流源通過控制電路2-5與單片機(jī)中第一控制端口相連。
由圖1還可以看出：所述吸光度采集系統(tǒng)由630nm單色LED光源2-1、與630nm單色LED光源2-1相連的恒流源2-4、與630nm單色LED光源2-1依次相連的比色池2-2、硅光電池2-3組成；硅光電池2-3通過第二運(yùn)放電路2-6與單片機(jī)中第二AD采集口相連，恒流源2-4通過控制電路2-5與單片機(jī)3中第二控制端口相連。單片機(jī)3通過第一A/D采集口對恒流氣體采集系統(tǒng)中壓差傳感器1-4輸出的信號進(jìn)行采集；單片機(jī)3通過讀取Flash存儲系統(tǒng)中存儲的經(jīng)皂膜流量計(jì)標(biāo)定過的流量A/D值并以此為目標(biāo)值，采用PID算法，應(yīng)用PWM的控制方式，通過第一控制端口對恒流氣體采集系統(tǒng)1中空氣隔膜泵1-3進(jìn)行無極調(diào)速；實(shí)現(xiàn)恒流氣體采集系統(tǒng)的恒流采樣目的；單片機(jī)3通過第二控制端口對吸光度采集系統(tǒng)中630nm單色LED光源2-1進(jìn)行開關(guān)控制；630nm單色LED光源2-1照射放在比色池2-2中的被測樣本；硅光電池2-3接受單色LED光源照射比色池后透過的照射光而產(chǎn)生信號，硅光電池2-3產(chǎn)生的信號通過第二運(yùn)算放大電路處理后，通過單片機(jī)3的第二A/D采集口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換采集；單片機(jī)3以樣品的吸光度通過與Flash存儲系統(tǒng)記錄的空白樣品吸光度和記錄的甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線吸光度運(yùn)算從而得出樣品的甲醛濃度。
所述按鍵電路由六個(gè)按鍵組成，分別是主要為恒流氣體采集系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的設(shè)置鍵一、主要為吸光度采集系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的設(shè)置鍵二、上調(diào)鍵、下調(diào)鍵、確認(rèn)鍵和返回鍵。
所述RTC時(shí)鐘系統(tǒng)由備用電池，32.768KHZ晶振與單片機(jī)內(nèi)部RTC組成。
所述單片機(jī)采用STM32F103VET6。
所述外圍電路由電源電路、復(fù)位電路組成。
所述Flash存儲系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部Flash存儲模塊。
所述打印機(jī)采用NGL-QR系列熱敏微型打印機(jī)。
所述顯示屏采用LCD19268A屏。
基于酚試劑法的現(xiàn)場便攜式甲醛檢測儀工作過程分為空氣采樣、檢測、數(shù)據(jù)處理分析等三個(gè)步驟。
通過操作按鍵電路6使單片機(jī)3進(jìn)入采樣工作過程中，儀器程序化工作，單片機(jī)3通過第一控制端口對控制電路1-7進(jìn)行輸出控制，控制電路1-7對空氣隔膜泵1-3進(jìn)行無極調(diào)速控制；室內(nèi)空氣經(jīng)過采樣口1-1和防水濾膜1-2進(jìn)入空氣隔膜泵1-3的進(jìn)氣口，空氣隔膜泵1-3出氣口通過三通與壓差傳感器1-4和標(biāo)準(zhǔn)氣阻1-5連接，采樣氣體通過標(biāo)準(zhǔn)氣阻排到大氣，壓差傳感器1-4通過把空氣隔膜泵1-3到標(biāo)準(zhǔn)氣阻1-5氣路之間的壓力轉(zhuǎn)換為電壓，在經(jīng)過第一運(yùn)放電路1-6的放大和濾波傳送到單片機(jī)3的第一A/D采集口；單片機(jī)3獲得當(dāng)前流量AD值，并以Flash存儲的流量AD值為目標(biāo)，經(jīng)過PID計(jì)算和PWM控制與第一控制端口連接的控制電路1-7，從而實(shí)現(xiàn)空氣隔膜泵1-3無極調(diào)速，使其進(jìn)氣口的進(jìn)氣量恒定，并通過RTC時(shí)鐘計(jì)時(shí)使恒流氣體采集系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定時(shí)間停止運(yùn)行。
采樣完畢后，將采集的樣品液倒入比色管，將比色管放入吸光度采集系統(tǒng)中比色池2-2中進(jìn)行檢測過程，通過操作按鍵電路6使單片機(jī)3進(jìn)入檢測及數(shù)據(jù)處理狀態(tài)，單片機(jī)3中控制第二控制端口通過控制電路2-5控制恒流源2-4工作使630nm單色LED光源2-1發(fā)光，光經(jīng)過比色池2-2和放在比色池2-2中的比色管后射入硅光電池2-3,硅光電池2-3通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號經(jīng)過第二運(yùn)放電路2-6傳到單片機(jī)3的第二AD采集口，單片機(jī)3經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析得出甲醛濃度。甲醛濃度數(shù)據(jù)通過顯示屏5進(jìn)行顯示，同時(shí)甲醛濃度數(shù)據(jù)也可通過打印機(jī)4進(jìn)行數(shù)據(jù)的打印。
本實(shí)用新型攜帶方便，靈敏度高，重復(fù)性好，可廣泛應(yīng)用于建筑工程室內(nèi)空氣中的甲醛實(shí)施現(xiàn)場檢測分析，具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。