手持式甲醛檢測儀的設計

唐傳高　尤樂樂　孫志誠

摘 要：針對有害氣體甲醛的檢測，在本文中，就設計了一款手持式甲醛檢測儀。該測試儀采用英國達特甲醛電化學傳感器，結構簡單，由于是電化學反應，所以性能穩定，對于家庭居室內的甲醛檢測非常適用。處理器采用快速高效的ARM系列單片機LPC1768，憑借其強大的運算性能，能夠快速地對傳感器傳來的包含甲醛含量在內的信息進行處理，一旦濃度超過一定標準，即可啟動超限預警功能，通知使用者及時采取相應措施，做到最大程度上的實時監測和反饋。

關鍵詞：甲醛；電化學傳感器；實時監測；超限預警

0 引言

甲醛是一種無色、有刺激性氣味的氣體，其毒性較高，易在常溫下揮發，長期接觸甲醛的人會引起慢性呼吸道疾病、基因突變等問題。甲醛是人肉眼所無法看見的物質，所以想要最大限度地避免甲醛的危害，就需要有一種能實時監測周圍環境里甲醛含量的儀器。當監測到室內的甲醛含量過高時，能及時打開門窗通風，或者購買到甲醛超標會對人體產生嚴重損害的家具時，能及時發現，避免家人的安全受到侵害。因此，如何開發出一款簡單、準確、價格低廉、易操作的甲醛測試儀是一個亟待解決的問題。

1 手持式甲醛檢測系統

如圖1所示即為手持式甲醛檢測系統的總體框圖。達特甲醛傳感器為擴散式檢測原理傳感器，無須對其供電就能夠輸出電流信號。電流信號輸出到信號轉換板，采用LTC1049高性能運算放大器為核心設計電路將傳感器輸出的電流信號轉化為電壓信號進行下一步電壓A/D轉換。LPC利用其12精度的AD轉換器轉換得到對應數字量，再利用濾波算法消除所測數據中存在的不可靠數據，將處理完畢的數據顯示在顯示器上供使用者察看。當其在周圍環境里測得甲醛濃度超過安全標準時，會立即發出警報，提醒使用者當前環境里的甲醛含量已超標。

2 電化學傳感器信號處理過程

本文中所用傳感器為電化學傳感器，輸出電流信號，所以從傳感器至單片AD信號采集需要做一定的處理，其處理電路如圖2所示。

CELL端接英國達特甲醛傳感器，傳感器的正負極對應接在運算放大器LTC1049的+IN和-IN端。在CELL端和運算放大器之間有場效應管J177，其主要作用是控制傳感器流出的電流是否流進LTC1049運放所在的處理電路。又因為LTC1049運放-IN和+IN端之間有虛短的效果，所以LTC1049運放的輸出端OUT輸出的電壓值為+IN極電壓值加上電容C1兩端的電壓值，而傳感器+IN極上對地所接的一個1.2V穩壓二極管將+IN極電壓鉗制在1.2V，因此，LTC1049的OUT輸出端輸出的電壓值為C1兩端的電壓加上1.2V。甲醛傳感器輸出的電信號非常微弱，因此放大器需要選擇高放大倍數的運放，而電路設計和元器件的選擇就顯得非常關鍵。

3 實驗驗證

用購買到的甲醛標準氣體來對所設計的手持式甲醛測試儀進行測試。實驗條件：先將購得的達特甲醛傳感器與本文設計的電路連接好，不用供電，放在一邊24小時。這是為了將傳感器從出廠到測試前內部滯留的化學反應效果釋放掉，否則會影響實驗的精度。測試條件是在15℃環境下與25℃環境下，以0.5ppm為梯度對傳感器進行測試。如圖3所示，為測試結果散點圖。

4 總結

測試結果反映出測試儀的效果還是不錯的，可以很明顯地看出傳感器在該濃度范圍內測試所呈現出來的線性規律。對于不同的溫度環境，對相同濃度的甲醛進行檢測，有差別但不是很大，暫時還沒有確切的結論，需要進一步的進行試驗。

參考文獻

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（作者單位：合肥工業大學儀器科學與光電工程學院）