專利名稱：室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種空氣監(jiān)控裝置，尤其涉及一種室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，人們平均有90％的時間生活和工作在室內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)空氣二氧化碳超過0.2％，就屬于重度污染，長時間吸入就會出現(xiàn)注意力不集中、頭暈頭痛、血壓升高、耳鳴眼花或呼吸系統(tǒng)疾病等癥狀。特別是學(xué)校的教室、大型的商場等室內(nèi)公共場所，由于人員密度大，二氧化碳和污染氣體(如甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧)會大量積聚，致使空氣污濁，使學(xué)習(xí)和工作的效率降低，對人體健康產(chǎn)生影響和傷害。
教室是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要場所，空氣的清潔度直接影響著學(xué)生的身體發(fā)育、健康與教學(xué)效果。因此，教室需要經(jīng)常換氣以達(dá)到排除室內(nèi)空氣中二氧化碳和有毒污染氣體的目的。國家相繼制訂和發(fā)布了《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《中小學(xué)校教室換氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。兩個標(biāo)準(zhǔn)中(GB/T18883-2002)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定室內(nèi)空氣中二氧化碳(CO2)最高容許濃度為0.1％，并對一系列污染氣體的最高容許濃度做了嚴(yán)格規(guī)定(如甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧)；國家衛(wèi)生部制訂的(GB/T17226-1998)《中小學(xué)校教室換氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，明確規(guī)定教室內(nèi)空氣中二氧化碳(CO2)最高容許濃度為0.15％。
雖然上述國家標(biāo)準(zhǔn)中都對室內(nèi)二氧化碳和污染氣體允許濃度做了明確規(guī)定，但在現(xiàn)實中我們無法隨時知道所處的室內(nèi)環(huán)境中二氧化碳和污染氣體的實際濃度到底是多少、是否超過了國家標(biāo)準(zhǔn)允許的濃度值、何時通風(fēng)換氣或開啟新風(fēng)機(jī)、增氧機(jī)，開啟新風(fēng)機(jī)或通風(fēng)換氣后是否達(dá)到了規(guī)定值。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決目前人們不能隨時對室內(nèi)空氣中有害氣體進(jìn)行監(jiān)控的問題，提供一種準(zhǔn)確、可靠、成本低廉，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，能有效監(jiān)控室內(nèi)氣體的污染程度的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下技術(shù)方案一種室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，它包括直流穩(wěn)壓電源，它還有至少一個CO2傳感器QM1以及至少一個廣譜氣體傳感器QM2，其中CO2傳感器QM1用于監(jiān)控室內(nèi)CO2濃度，它經(jīng)信號放大電路與控制電路連接；廣譜氣體傳感器QM2用于監(jiān)控室內(nèi)有害氣體濃度，它與控制電路連接；控制電路則與執(zhí)行電路連接；直流穩(wěn)壓電源分別與信號放大電路、控制電路和執(zhí)行電路連接。
所述CO2傳感器QM1型號為MG811型固體電解質(zhì)CO2傳感器；廣譜氣體傳感器QM2型號為MQ135。
所述信號放大電路包括運算放大器A1和運算放大器A2；其中運算放大器A1型號為TL082，其管腳按電壓跟隨器形式連接，其輸入端接CO2傳感器QM1輸出端，輸出端接運算放大器A2的輸入端；運算放大器A2為LM324型運算放大器及其外圍電路，其輸出端接控制電路。
所述控制電路為型號是NE556雙時基集成電路，它包括兩個NE556時基集成電路A3、A4，其中時基集成電路A3用于對CO2傳感器QM1信號的控制，另一個時基集成電路A4用于對有毒氣體傳感器QM2信號的控制，A3的輸出端經(jīng)二極管D1，A4的輸出端經(jīng)二極管D2后分別與執(zhí)行電路連接。
所述執(zhí)行電路包括繼電器J、蜂鳴器BZ、指示燈LED3，它們與二極管D1、D2的一端并聯(lián)，繼電器J則驅(qū)動外部的排風(fēng)扇通風(fēng)換氣或開啟新風(fēng)機(jī)、增氧機(jī)通風(fēng)供氧。
所述控制電路中還設(shè)有由電容C5、電阻R11和時基集成電路A3組成的CO2延時電路以及由電容C8、電阻R17和時基集成電路A4組成的有害氣體延時電路。
本實用新型主要解決室內(nèi)空氣中最主要的兩類污染物質(zhì)的監(jiān)控，一類是對二氧化碳濃度的監(jiān)控；另一類是對空氣中甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧等污染氣體濃度的監(jiān)控。對這兩類污染物質(zhì)的監(jiān)控，涉及兩種氣體敏感元件，一種是只對CO2氣體響應(yīng)的“CO2氣體傳感器”，另一種是對甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧等污染氣體響應(yīng)的“廣譜氣體傳感器”；兩路按照其氣體傳感器不同的檢測原理和電氣參數(shù)分別設(shè)計，分別輸出兩路監(jiān)控信號去控制同一個執(zhí)行電路，當(dāng)任何一路發(fā)出聲、光報警信號時，都可單獨或同時驅(qū)動、開啟通風(fēng)換氣裝置或新風(fēng)機(jī)、增氧機(jī)，補(bǔ)充“新風(fēng)”，達(dá)到改善室內(nèi)空氣的目的。兩路傳感器電路共用同一個執(zhí)行電路、同一個電源、裝置在同一個機(jī)殼內(nèi)。
本實用新型的有益效果為可對公共場所、教室等人員密度較大的室內(nèi)空氣進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)空氣中二氧化碳濃度超過預(yù)先設(shè)定數(shù)值(如0.15％CO2)時，或者當(dāng)空氣中甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧等污染氣體濃度超過預(yù)先設(shè)定數(shù)值(0.05％-0.5％)時，就會立即發(fā)出聲、光報警，告知人們室內(nèi)空氣超標(biāo)，同時啟動執(zhí)行電路，驅(qū)動通風(fēng)換氣或開啟新風(fēng)機(jī)、增氧機(jī)。當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，聲、光報警和執(zhí)行電路停止工作，并繼續(xù)對室內(nèi)二氧化碳及污染有毒氣體進(jìn)行監(jiān)控。從而明顯改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高健康水平。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的電氣原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
圖1中，它還有至少一個CO2傳感器QM1以及至少一個廣譜氣體傳感器QM2，其中CO2傳感器QM1用于監(jiān)控室內(nèi)CO2濃度，它經(jīng)信號放大電路與控制電路連接；廣譜氣體傳感器QM2用于監(jiān)控室內(nèi)有害污染氣體濃度，它與控制電路連接；控制電路則與執(zhí)行電路連接；直流穩(wěn)壓電源分別與信號放大電路、控制電路和執(zhí)行電路連接。
圖2中，CO2氣體傳感器QM1型號為MG811，廣譜氣體傳感器QM2型號為QM135，可用于甲烷、氨、苯、一氧化碳、酒精、煙霧等污染氣體的監(jiān)控。放大電路由型號為TL082的運算放大器A1和型號為LM324的運算放大器組成。
其中運算放大器A1的8腳接在電源+6V上，4腳接在電源-6V上。使3腳與CO2傳感器QM1的正輸出端連接，2腳(反向輸入端)與1腳(輸出端)連接，構(gòu)成“電壓跟隨器”接法，從而使得1腳(輸出端)與3腳(正向輸入端)的電位相等。由于此集成塊TL082包含2個獨立的運算放大器，而它是由JFET工藝制成，使得它的輸入阻抗可達(dá)1012Ω，正好與前級CO2傳感器QM1輸出的電信號相匹配(前級CO2傳感器QM1輸出的電信號阻抗為1012Ω，而阻抗如此大的電信號一般無法被直接使用和測量)。
運算放大器A2包括4個獨立的運算放大器，即圖2中的1/4A2、2/4A2、3/4A3、4/4A4。1/4A2、2/4A2、3/4A2及其外圍電路，構(gòu)成了可調(diào)節(jié)增益的“直流儀表放大器”，其中1/4A2與2/4A2構(gòu)成了差動放大電路，而3/4A2用于將差動放大電路的信號合并。而4/4A2用于將3/4A2輸出的負(fù)極性電信號變?yōu)檎龢O性電信號，便于后級控制電路進(jìn)行處理。在4/4A2的輸出端和地之間并聯(lián)DC5V電壓表，以便指示A2輸出的電壓數(shù)值。這里之所以用差動放大電路而不用普通的直流放大電路，主要是因為要反映的是CO2傳感器QM1在正?？諝庵休敵龅碾妷褐蹬c在CO2濃度超標(biāo)的氣體(注這里指CO2濃度為1500ppm)中輸出的電壓值的差值ΔU。ΔU＝U1-U2，U1`為CO2傳感器QM1在正?？諝庵休敵龅碾妷褐?，U2`為CO2傳感器在CO2濃度超標(biāo)的氣體中輸出的電壓值。運算放大器LM324的4腳接+6V，11腳接-6V，為集成塊供電。3腳接TL082的輸出端，輸入的信號就是CO2傳感器經(jīng)過A1輸出的電信號，此信號在正?？諝庵屑s為340mV，1pA。5腳(1/4A2的正向輸入端)接TL431精密穩(wěn)壓源的輸出端，即W1的滑動觸頭。因為差動放大的原理是將1/4A2和2/4A2兩個運算放大器的輸入信號的差值放大，設(shè)1/4A2的輸入電壓為U1，2/4A2的輸入電壓為U2，3/4A2的輸出電壓為U0，當(dāng)R3＝R4且R5＝R6＝R7＝R8時，則U0＝(1+2R3/Rw2)(U2-U1)，所以1/4 A2的輸入信號與2/4 A2的輸入信號大小相等時，則U0＝0。TL431的2腳為陽級，使用時需接地；3腳為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；1腳為TL431輸出電壓設(shè)定端?，F(xiàn)將1、3腳連接，經(jīng)限流電阻接正電源，則輸出電壓為穩(wěn)定的2.5V。串聯(lián)1KΩ的R1，使通過TL431集成塊的電流為mA級(3.5mA)。
控制電路為型號為NE556雙時基集成電路，它由兩個NE555時基集成電路組成。NE555內(nèi)有三個5KΩ的電阻(串聯(lián))R1`R2`R3`、兩個比較器、一個觸發(fā)器、一個驅(qū)動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1`、R2`和R3`構(gòu)成的分壓器設(shè)定的2/3VDD、1/3VDD參考電壓所限定。
其中一個NE556時基集成電路A3用于對CO2傳感器QM1信號的控制，另一個NE556時基集成電路A4用于對廣譜氣體傳感器QM2信號的控制?，F(xiàn)在把一個NE556其中的一個用于時間控制(初始延時)，另一個用于對電信號的控制。最后把兩個時基集成電路的輸出信號分別通過二極管(防止兩路輸出信號互相影響和干擾)接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即發(fā)光二極管、繼電器、蜂鳴器等上。
當(dāng)輸入信號高于4V(2/3VDD)時，9腳輸出一個高電位，5腳輸出一個低電位，使LED1和LED2的紅色管、LED3、J(繼電器)、BZ(間斷音蜂鳴器)導(dǎo)通，此狀態(tài)稱為“報警態(tài)”。
當(dāng)輸入信號低于2V(1/3VDD)時，5腳和9腳都輸出正電位，使LED1和LED2的紅管和綠管導(dǎo)通，LED1和LED2呈橙色。此狀態(tài)稱為“正常態(tài)”。
由于CO2傳感器QM1和廣譜氣體傳感器QM2的制造工藝所決定，在兩個傳感器通電初期，它們都不能輸出穩(wěn)定的電信號，所以需要加一組延時電路。即通電后延時一段時間，待兩個傳感器能輸出穩(wěn)定的電信號后，再讓它們正常工作。此電路分別為電容C5、電阻R11和時基集成電路A3組成的CO2延時電路以及由電容C8、電阻R17和時基集成電路A4組成的有害氣體延時電路。
延時時間T＝1.1RC。延時過程中，9腳輸出一個低電位，5腳輸出一個高電位，使LED1和LED2的綠色管導(dǎo)通。另外此時13腳輸出一個低電位，從而使2、6腳信號接地，使信號無法進(jìn)入NE556雙時基集成電路中。此狀態(tài)稱為“延時態(tài)”。
綜上所述，分別用于兩路控制電路中的兩個NE556雙時基集成電路A3、A4在“延時態(tài)”、“正常態(tài)”、“報警態(tài)”，三種工作狀態(tài)時，5、9腳對應(yīng)輸出狀態(tài)和雙色發(fā)光二極管的顯色指示如下表所示

有毒污染氣體監(jiān)控采用了型號為MQ135的廣譜氣體傳感器QM2。QM2的輸出電阻與可變電阻器W4串聯(lián)后接在+6V電源兩端，通過調(diào)整W4滑動臂的分壓值，使其在“設(shè)定的報警濃度氣體中”(如0.5％丁烷)時，A4控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(發(fā)光二極管、繼電器、蜂鳴器等)恰好動作即可。
A3、A4工作原理完全相同，只是初始延時電路中的C5、C8數(shù)值有所不同，即初始延時時間不同，目的是為了適應(yīng)QM1和QM2不同的初始特性。
權(quán)利要求1.一種室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，它包括直流穩(wěn)壓電源，其特征是它還有至少一個CO2傳感器QM1以及至少一個廣譜氣體傳感器QM2，其中CO2傳感器QM1用于監(jiān)控室內(nèi)CO2濃度，它經(jīng)信號放大電路與控制電路連接；廣譜氣體傳感器QM2用于監(jiān)控室內(nèi)有害氣體濃度，它與控制電路連接；控制電路則與執(zhí)行電路連接；直流穩(wěn)壓電源分別與信號放大電路、控制電路和執(zhí)行電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，其特征是所述CO2傳感器QM1型號為MG811型固體電解質(zhì)CO2傳感器；廣譜氣體傳感器QM2型號為MQ135。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，其特征是所述信號放大電路包括運算放大器A1和運算放大器A2；其中運算放大器A1型號為TL082，其管腳按電壓跟隨器形式連接，其輸入端接CO2傳感器QM1輸出端，輸出端接運算放大器A2的輸入端；運算放大器A2為LM324型運算放大器及其外圍電路，其輸出端接控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，其特征是所述控制電路為型號是NE556雙時基集成電路，它包括兩個NE556時基集成電路A3、A4，其中時基集成電路A3用于對CO2傳感器QM1信號的控制，另一個時基集成電路A4用于對有毒氣體傳感器QM2信號的控制，A3的輸出端經(jīng)二極管D1，A4的輸出端經(jīng)二極管D2后分別與執(zhí)行電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，其特征是所述執(zhí)行電路包括繼電器J、蜂鳴器BZ、指示燈LED3，它們與二極管D1、D2的一端并聯(lián)，繼電器J則驅(qū)動外部的排風(fēng)扇通風(fēng)換氣或開啟新風(fēng)機(jī)、增氧機(jī)通風(fēng)供氧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置，其特征是所述控制電路中還設(shè)有由電容C5、電阻R11和時基集成電路A3組成的CO2延時電路以及由電容C8、電阻R17和時基集成電路A4組成的有害氣體延時電路。
專利摘要本實用新型公開了一種室內(nèi)二氧化碳及污染氣體監(jiān)控裝置。它解決了目前人們不能隨時對室內(nèi)空氣中有害氣體進(jìn)行監(jiān)控的問題，具有準(zhǔn)確、可靠、成本低廉，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，能有效監(jiān)控室內(nèi)氣體的污染程度等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)為它包括直流穩(wěn)壓電源，它還有至少一個CO
文檔編號F24F11/00GK2906427SQ20062008078
公開日2007年5月30日 申請日期2006年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者房千賀 申請人:房千賀