手持式甲醛检测仪的设计

唐传高　尤乐乐　孙志诚

摘 要：针对有害气体甲醛的检测，在本文中，就设计了一款手持式甲醛检测仪。该测试仪采用英国达特甲醛电化学传感器，结构简单，由于是电化学反应，所以性能稳定，对于家庭居室内的甲醛检测非常适用。处理器采用快速高效的ARM系列单片机LPC1768，凭借其强大的运算性能，能够快速地对传感器传来的包含甲醛含量在内的信息进行处理，一旦浓度超过一定标准，即可启动超限预警功能，通知使用者及时采取相应措施，做到最大程度上的实时监测和反馈。

关键词：甲醛；电化学传感器；实时监测；超限预警

0 引言

甲醛是一种无色、有刺激性气味的气体，其毒性较高，易在常温下挥发，长期接触甲醛的人会引起慢性呼吸道疾病、基因突变等问题。甲醛是人肉眼所无法看见的物质，所以想要最大限度地避免甲醛的危害，就需要有一种能实时监测周围环境里甲醛含量的仪器。当监测到室内的甲醛含量过高时，能及时打开门窗通风，或者购买到甲醛超标会对人体产生严重损害的家具时，能及时发现，避免家人的安全受到侵害。因此，如何开发出一款简单、准确、价格低廉、易操作的甲醛测试仪是一个亟待解决的问题。

1 手持式甲醛检测系统

如图1所示即为手持式甲醛检测系统的总体框图。达特甲醛传感器为扩散式检测原理传感器，无须对其供电就能够输出电流信号。电流信号输出到信号转换板，采用LTC1049高性能运算放大器为核心设计电路将传感器输出的电流信号转化为电压信号进行下一步电压A/D转换。LPC利用其12精度的AD转换器转换得到对应数字量，再利用滤波算法消除所测数据中存在的不可靠数据，将处理完毕的数据显示在显示器上供使用者察看。当其在周围环境里测得甲醛浓度超过安全标准时，会立即发出警报，提醒使用者当前环境里的甲醛含量已超标。

2 电化学传感器信号处理过程

本文中所用传感器为电化学传感器，输出电流信号，所以从传感器至单片AD信号采集需要做一定的处理，其处理电路如图2所示。

CELL端接英国达特甲醛传感器，传感器的正负极对应接在运算放大器LTC1049的+IN和-IN端。在CELL端和运算放大器之间有场效应管J177，其主要作用是控制传感器流出的电流是否流进LTC1049运放所在的处理电路。又因为LTC1049运放-IN和+IN端之间有虚短的效果，所以LTC1049运放的输出端OUT输出的电压值为+IN极电压值加上电容C1两端的电压值，而传感器+IN极上对地所接的一个1.2V稳压二极管将+IN极电压钳制在1.2V，因此，LTC1049的OUT输出端输出的电压值为C1两端的电压加上1.2V。甲醛传感器输出的电信号非常微弱，因此放大器需要选择高放大倍数的运放，而电路设计和元器件的选择就显得非常关键。

3 实验验证

用购买到的甲醛标准气体来对所设计的手持式甲醛测试仪进行测试。实验条件：先将购得的达特甲醛传感器与本文设计的电路连接好，不用供电，放在一边24小时。这是为了将传感器从出厂到测试前内部滞留的化学反应效果释放掉，否则会影响实验的精度。测试条件是在15℃环境下与25℃环境下，以0.5ppm为梯度对传感器进行测试。如图3所示，为测试结果散点图。

4 总结

测试结果反映出测试仪的效果还是不错的，可以很明显地看出传感器在该浓度范围内测试所呈现出来的线性规律。对于不同的温度环境，对相同浓度的甲醛进行检测，有差别但不是很大，暂时还没有确切的结论，需要进一步的进行试验。

参考文献

[1]陈焕文，郭继光，于爱民，等.环境空气中现场测定手持式甲醛测定仪的研制[J].中国公共卫生，2002，18（5）：582-583.

[2]孟繁硕.袖珍型甲醛检测仪的设计[D].内蒙古工业大学，2013.

[3]王丽杰，蔡丽娟，白亚梅，等.室内空气中甲醛的快速检测[J].现代仪器，2008，14（4）：9-12.

（作者单位：合肥工业大学仪器科学与光电工程学院）