实验室甲醛自动检测与通风系统设计

陈祖琦 洪武 王联鸿 方俊杰

【摘要】甲醛是一种能诱发多种疾病且具有致癌性的有害气体。针对学校实验室装修及实验设备中甲醛用量较多的情况，本文提出一种简单、方便、实用的甲醛自动检测与通风系统设计。

【关键词】自动检测；通风；实用

一、引言

随着我国的经济发展，室内装修材料中用到复合板材、乳胶漆等也越来越多，其所含的甲醛、苯系物、TVOC等有机类挥发化合物挥发到空气中后严重危害着人们的健康。尤其是甲醛对人们的身体健康造成严重的危害。我国《室内空气质量标准》规定：一类建筑空气中甲醛的标准浓度为0.08mg/m3，二类建筑空气中甲醛的标准浓度为0.10mg/m3。当甲醛浓度达到0.10mg/m3时就会对人体健康造成明显影响，而当甲醛浓度达0.30mg/m3以上时可能导致人们死亡。因此，非常有必要设计一款简单、方便、实用的室内甲醛含量检测与去除装置。

虽然目前市场上有不少类型的空气净化机产品，但是通常要用到滤网，而考虑到滤网的使用寿命，需要定期更换，使用成本比较高。開窗通风可以缩短有害气体在室内停留的时间，同时又能够把室外相对新鲜的空气带入室内，从而减少甲醛等对人体的危害，但是传统的开窗方式空气交换速度较慢，因此本文提出一种基于甲醛自动检测的通风装置设计。

二、甲醛检测电路设计

MQ138传感器是一款专门用于检测甲醛气体浓度的半导体传感器，它有成本较低、灵敏度高、响应速度快、性能稳定和外围驱动电路简单等优点，测试浓度范围为1-10×10-6。图1为MQ138构成的甲醛浓度检测电路，图中1、4脚接预加热电源，2、5脚为甲醛浓度输出端，其电阻值随着甲醛气体浓度增加而增加。MQ138传感器与电阻R3串联分压后接到比较器非反向输入端，与设定的参考电压比较，当甲醛气体浓度较低时，比较器输出低电平，LED1绿色指示灯量，表示当前空气质量较好；当当甲醛气体浓度超出国家标准时，比较器输出高电平，LED2红色指示灯量，表示当前空气质量较差，同时通过通风控制电路启动排风扇加速室内换气。由于实验室一般面积较大，因此可以考虑在实验室不同位置设置多个检测电路。

三、通风电路设计

当甲醛气体浓度超出国家标准时，甲醛检测电路输出的control高电平信号驱动Q1三极管导通，使继电器JK1得电吸合，从而接通排风扇M。其中R5起到三极管基极限流作用，二极管D1起到续流作用，在三极管Q1关断的瞬间续流导通，给继电器线圈放电电流提供续流通道，从而避免三极管Q1过电压烧掉。考虑到实验室面积较大，可以在实验室不同窗口设置多个风扇加速排风。此外，本系统还增加了手动开关S2，可以实现手动开启风扇通风。

四、电源电路设计

将220V交流电源通过双15伏变压器降压后，再经过整流桥整流，通过电容稳压滤波，然后使用三端集成稳压芯片7812、7805和7912，可以分别得到+12V、+5V和-12V的直流电压，供给控制电路和检测电路。

五、结语

本文针对当前实验室室内空气中甲醛含量普遍偏高的问题，设计了一款简单、实用的室内空气通风装置。根据国家标准校准设定值后，可以实现自动而有效的对实验室空气质量进行调节。虽然传感器检测精度受其他一些气体浓度的干扰，但是对MQ138传感器敏感的气体一般也是苯系物、TVOC等有机类挥发化合物，而且作为实验室空气质量调节装置，不需要做到太高的精度，满足日常检测需求，实现实用性。

参考文献

[1]王博.便携式甲酸气体检测仪的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2015（12）.

[2]吴桐，张宇，刘艳华.动物学实验室有害气体净化装置研制[J].科技创新导报，2016（01）：124～125.

[3]孙占鹏，李佳，欧文.多传感器室内环境监测系统[J].传感器与微系统，2017（01）：87～90.

[4]刘福星，张克栋.高灵敏智能甲醛测试仪的设计与开发[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版），2015（z2）.

[5]周岳斌，王冬，杨凯，陈青青.便携式甲醛及PM2.5检测仪设计[J].机械管理开发，2015（03）：19～21，27.

[6]张鹏，冯显英，霍睿.基于STM32的多功能空气净化器控制系统开发[J].电子技术应用，2017，43（03）：80～83.

[7]宋建，郑卫娟.基于单片机的边检体液体检测仪的设计[J].无线互联科技，2015（04）：80～81.

[8]于波.基于单片机的室内环境检测系统设计[D].青岛：中国海洋大学，2011.

[9]邢凯.基于单片机的室内无线环境检测系统设计与应用[D].西宁：广西民族大学，2014

[10]陈宇.甲醛分析仪的研制[D].成都：电子科技大学，2006

[11]刘福星，张克栋，顾唯兵，崔铮，汪琳，高灵敏智能甲醛测试仪的设计与开发[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版），2015（Z2）.

[12]兰羽，卢庆林.基于MQ138传感器的甲醛检测仪设计[J].电子测量技术，2013（08）：111～114.

作者简介：洪武（1982—），男，硕士，台州职业技术学院电子电气工程系，讲师，研究方向：电力电子技术、自动检测与应用教学与研究。