智能气体检测论文

室内空气质量检测与传感器的应用 [摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前景。 [关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染 一、空气对于人的重要性 人们每时每刻都离不开氧,并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要。 二、室内环境污染背景 当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种。危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。 三、关于开展室内空气质量服务的几点设想 1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况。 2.了解并着手引进室内空气质量检测设备。 3.进行规模较大的宣传活动,首先应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制。 4.对国际环保部门有关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行专门的调查和研究。 四、空气检测仪的强力武器——传感器 检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。 1.金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 2.催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 3.定电位电解式传感器。定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。 4.迦伐尼电池式氧气传感器。迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器 5.红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。 光离子化气体传感器。PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 五、气体检测仪器仪表产业发展现状深度分析 近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪表产业也得到了快速发展,自2004年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,2006年行业总产值突破两千亿元;2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元,增长率高达;据仪器仪表行业协会统计,08年上半年仪器仪表行业总产值实现 亿元,同比增长,其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。 科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件,市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。 从技术发展的角度看,根据使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。 六、对未来空气质量检测的展望 随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。 参考文献: [1]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社. [2]高晓蓉.传感器技术[M].成都:西安交通大学出版社. [3]彭军.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社. [4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社. [5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社.

试着翻译如下，参考： In accordance to the coming of "Information Era", sensor technology has increasingly progressed, and its coverage is more and more extensive,meanwhile, the demand for it is also becoming more urgent and monitoring system for indoor hazardous gas we are designing now is in purpose of pre-detecting and alarming of any harmful gas indoors,thus help prevent and reduce risk aiming at protecting security of human health as well as article is based on the core technology of resistor-based air sensor and TMS320F2812 DSP, it fulfills the function to display the gas density and enable communication of the upper serial ports, makes the significant exploration and study on the operating technology of alarming for hazardous gas, and holds a referring value in the area of monitoring implementation.

便携式口气检测计摘要：本文介绍了一种新型的气敏传感器测试系统的设计方法。该系统基于AT89C51单片机，能够同时进行多路传感器控制测试，经过A/D转化芯片，使其转变为数字量，并能够用液晶显示测试结果克服了目前气敏传感器人工操作测试带来的低效率，误差大，操作人员长时间工作等问题。 关键词：传感器；ATC89C51单片机；A/D转化芯片；液晶显示 1 引言 口腔有摄取食物，咀嚼等重要功能，唾液分泌可促进食物消化，辅助咀嚼功能。口腔中有牙齿，吃过的东西后，食物残屑会滞留在牙齿的缝隙中成为牙垢，残留在口腔中。 而在生物体的口腔中，有黏膜上皮的剥落细胞，食物中的营养素（食物残渣），水份(唾液和粘液)，在36摄氏度下，口腔细菌（尤其是恶臭菌）繁殖，更容易发酵。 口臭的主要成分为挥发性硫化物，有甲硫醇，硫化氢，硫酸甲酯等。这些食物残渣，蛋白质分解产物，脱落的上皮细胞，细菌在适当的适度温度下，就会有恶臭的挥发性硫化物陆续产生，于是发生口臭。在医学界有检测口臭的检测器，但由于体积庞大，不利于携带，从而由西班牙科学家新研制出了一种可放入口袋的便携式口臭检测仪。其基本功能特点是采用HIG高性能8位单片机控制，传感器为口臭气体传感器；单键设计，极易操作；3档LED灯直观显示。气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。气体的采样方法直接影响传感器的响应时间。目前，气体的采样方式主要是通过简单扩散法，或是将气体吸入检测器。简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。目标气体穿过探头内的传感器，产生一个正比于气体体积分数的信号。由于扩散过程渐趋减慢，所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道。这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流，所以在气流大小和流速经常变化的情况下，这种方法较值得推荐。将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离，距离的长短主要是根据传感器的设计，但采样线较长会加大测量滞后时间，该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。对于某种目标气体和汽化物，如SiH4以及大多数生物溶剂，气体和汽化物样品量可能会因为其吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。2 方案论证 发觉硫化氢的气体的方法有几种。鼻子可以嗅到空气中含量百万分之一的硫化氢气体的存.在。但当硫化氢浓度达到，会使人的嗅觉钝化。如果硫化氢在空气中的含量达到100ppm以上，嗅觉会迅速钝化，而得出空气中不含硫化氢的不可靠的判断。因此，根据嗅觉器官测定硫化氢的存在是极不可靠的，十分危险的，应该采用测量仪器来确定硫化氢的存在及含量。方案一：用化学方法测定硫化氢的存在和含量 醋酸铅试纸法：将醋酸铅试液涂在白色试纸上，试纸仍为白色，当与硫化氢气体接触时，会变成棕色或黑色。让试纸与被测区空气接触3~5 分钟，根据色谱带对照试纸改变颜色的深度可判断硫化氢的浓度（在使用时注意将试纸沾上水）。试液配方：10 克醋酸+ 100 毫升醋酸（ 或蒸馏水 ）测量原理：Pb(CH3COO)2+H2S PbS(棕色或黑色)+2CH2COOH 安培瓶法：安培瓶内装有白色Pb(CH3COO)2固体颗粒，瓶口由海绵塞住，硫化氢气体可通过海绵侵入瓶内与反应，使醋酸颗粒变黑，是一种定性，半定量测量方法。 抽样检测管法：检测管由厂家专门生产的，管内装有浸过醋酸铅的固体颗粒。当含有硫化氢气体的空气通过检测管时，空气中硫化氢的含量越高，检测管变黑的长度就越长，可以在检测管上的刻度上读取数据，计算硫化氢的含量。这种测量方法检测精度高，成本低，但测量操作复杂，测量精度受检验人员熟练程度的影响。方案二：用电子探测仪测定硫化氢的存在和含量 电子探测仪主要应用到气体检测传感器和控制运算器中，其特点是测试方便，安全，便携。一般电子探测仪都具有声光报警和硫化氢含量显示功能，有的还能实现远距离控测。随着科学技术的发展，电子探测仪的性能将得到进一步提高，这将进一步提高数字化影像的质量。根据对比发现方案二更具实用价值，故选择方案二。