家用便捷式洗涤剂残留检测产品的开发设计

施菲菲　沈佳伟　高筠　马太郎　林久奔　刘士萌　吴佳金　毛成杰　徐欢

【摘 要】本开发设计的课题在于针对洗涤剂残留会对人体有危害等问题，进行对适用于普通家庭的傻瓜式洗涤剂残留检测产品的探究和研发。其特征在于利用电导率原理，对污水中离子电导率的检测，判断清洗过的衣物、食品等不同物品其污水中洗涤剂残留是否能达到相应的对人体无害的临界标准，通过LED显示颜色改变来提醒用户残留是否达到安全标准。目的在于能最大限度减少洗涤剂残留对人体危害，也最大限度减少水资源的浪费。

【关键词】洗涤剂残留；电导率检测；家用便捷式；情趣化设计

一、引言

（一）课题研究的背景、意义和目的；

1.课题背景

洗涤剂是人们日常生活中必不可少的日化用品。在不能自拔地使用着化学洗涤剂的同时，对洗涤剂清洗过程中残留量的无法用肉眼直接知晓无疑是一个很伤脑筋的问题，据保健专家介绍，由家用洗涤剂残留造成的化学污染是近年来白血病、恶性淋巴病、神经细胞瘤、肝癌等患者增多的重要原因之一。

清洗过的衣物，残存着少量的化学洗涤剂成分，对一些容易引起过敏的人来说，会由此刺激皮肤组织产生瘙痒、红肿等不适。又如洗洁精等洗涤剂残留在水果、厨房用具上，进入人体内可使血液中钙离子浓度下降，血液酸化，人容易疲倦。这些毒素还使肝脏的排毒功能降低。使原本该排出体外的毒素淤积在体内积少成多，使人们免疫力下降，肝细胞病变加剧，容易诱发癌症。 化学洗涤剂侵入人体后与其它的化学物质结合后，毒性会增加数倍。尤其具有很强的诱发癌特性。人由于这种污染的危害在短时间内不可能很明显，因此，往往会被忽视。但是，微量污染持续进入体内，积少成多可以造成严重的后果，导致人体的各种病变。

人类生活的都市化是无可避免的，都市生活对清洁剂的依赖也是不可避免的，因而对洗涤剂残留物的最大限度清除并保证最的限度的水资源浪费显得尤为必要。

2.课题意义和目的

“家用洗涤剂残留检测产品”的开发设计是，以一种人性化的方式将检测产品从专业的电厂、水利、化工等领域引入寻常生活当中，解决人们在日常生活中因为对衣物、食品等洗涤剂残留量未知的情况下其身体受危害的问题，提供给人们参考的一个健康指标，以最大限度减少洗涤剂残留对人体的伤害。以此同时也改善了人们因对物品表面洗涤剂残留存在未知而过分清洗以导致水资源浪费的状况。

通过已有专业电导率检测仪的调研，对普通民众能够接受的家用便携式洗涤剂残留检测产品的开发设计，提供给用户一个安全、健康、环保的洗涤剂使用环境。

3.本课题开发设计的主要内容

针对现有国内外电导率检测方法的研究现状，并从电导率检测仪已应用的领域出发，对市场上已有的专业电导率检测仪的工作原理进行研究分析，本文研究开发设计了一款适用于普通家庭、普通餐馆等等场所使用的便捷式洗涤剂残留检测产品。与现有专业电导率检测设备相比，该产品在技术上延续现有小型电导率检测产品的基本原理，但改变了信号输出之后显示的方式，更简洁直观地给用户传递相关健康标准的信息。并在外观上，通过外形、颜色等改变，使一个检测产品更具情趣化，改变用户对检测产品的生硬产生排斥的心理感觉。本课题主要涉及的研究设计内容有：

（1）通过对现有电导率检测的技术分析，从考虑普通家庭用户的使用需求出发，为更便捷更直观的显示方式，重新设计产品内部的系统结构。

（2）通过现有电导率检测仪对多次洗涤后污水（阴离子表面活性剂）的电导率变化的检测，结合现有文献确定对衣物和食品相应的标准临界值。

（3）设计家用便捷洗涤剂残留检测产品的人机外观，对产品进行定位。

二、家用便携式洗涤剂残留检测产品的设计

（一） 产品具体硬件结构与工作流程

1.硬件结构

本产品内部结构由电导率感应器、温度感应器、电信号转换器、电路、单片机、LED发光二极管等等主要元件及部件组成。

2.硬件工作原理及工作流程

基于对洗涤后污水（阴离子表面活性剂）的电导率的检测来反应洗涤剂残留量的工作原理，将为判断洗涤液残留是否过量设定一个电导率临界值的。又因为电导率与温度存在不确定的关系成，那么假设相对应不同浓度溶液电导率与温度比值可能会有线性关系，用0.122mol/L、0.488mol/L、0.9788mol/L、2.442mol/L的盐溶液做该电导率与温度线性关系的实验。结果如图：

如图所示，当溶液浓度很低的时候受几乎电导率几乎不受温度影响，随着浓度的升高，电导率与温度出现一定的线性关系，为了避免用户在洗涤过程中不明确污水中洗涤剂等的浓度而产生温度对电导率的影响，在利用电导率传感器检测水的电导率的变化的同时，用温度传感器检测水温的变化进行温度补差，以确定清洗后污水中洗涤剂的残留。

但其中仍存在不同来源的水中可能含有不同浓度不同种类的杂质的问题，我们通过第一次测量作为校准调零的方法，来排除不同水源原有杂质对检测结果的影响，之后的每一次检测与第一次作为对照，直到检测到洗衣粉残留浓度达到或低于该水质环境下的安全标准，完成对衣物、碗筷、食品的清洗。

硬件基本工作流程如下图：

（二）产品定位分析

1.产品功能定位

（1）能分别检测蔬等食品上的洗涤剂残留与衣物上的洗涤剂残留有相对应的两个安全临界标准。

（2）用直观的显示方式来提醒用户检测物质是否达到安全标准。

（3）形式追随功能，外观体现其功能特征。

（4）便携、便捷、便收纳。

2.产品目标人群

（1）普通家庭洗涤剂使用人群。

（2）小规模餐馆、旅店等厨房工作人员、洗衣房工作人员。

三、小结

基于电导率检测原理而针对普通家庭非专业用户设计的家用便捷式洗涤剂残留检测产品，打破传统电导率检测仪的专业应用领域，将电导率检测技术引入日常生活当中。从考虑非专业用户的使用需求出发，以趣味化的外观区分不同功能的产品，用LED显示达到直观的提示作用要求，以“便捷、便携、趣味、健康、绿色”为主要特色，让专业技术与普通人生活紧密联系在一起，让人们在使用洗涤剂的过程中更加安心，实现绿色健康的生活模式。

参考文献：

[1] 陈丽梅，程敏熙，肖晓芳，黄佐华. 盐溶液电导率与浓度和温度的关系测量. 华南师范大学物理与电信工程学院.[J]. 实验室研究与探索，2010，（29）5：40-42.

[2] 李宁，汪仁煌，刘孝峰，朱颖，李逸岳.基于机器视觉的温度测量系统的设计及应用.[J]. 计算机与现代化，2012，第9期：58-60.

[3] 孙小青，智能电导率测试仪器研制.[D]. 长春工业人学硕士学位论文，2007.

[4] 李继强，邓俊兴，赵磷石，陈志好，谢广宁. 洗衣机所洗衣物中阴离子合成洗涤剂残留的初步研究[J].环境与健康杂志，1996：264.

[5] 扈刚，孙君曼，郑州轻工业学院信息与控制工程系.全自动洗衣机浑浊度智能测试仪的设计.[J].工业控制计算机，2002，（15）1：54-56.

注：

浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）资助项目