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高精度电化学甲醛检测系统的性能提升与标定研究

岳少奇  
【摘要】:甲醛是一种致畸、致癌的物质,严重威胁着老百姓的健康安全,对甲醛快速检测仪的市场要求已经提升到一个新的高度。传统的甲醛检测方法使用的仪器价格昂贵,检测时间长,专业性强,难以实现快速实时检测,目前市场上的甲醛快检仪器普遍精度较低,误差较大。这些仪器大多采用电化学传感器,易受温湿度、干扰气体的影响,仪器的性能较差,其误差也因标定方法的不科学而变大,不能满足甲醛检测的要求,因此提升甲醛快检技术十分迫切。本文从电路抗干扰、温湿度影响、标定方法等角度进行系统研究,在硬件和软件上进行性能提升,对批量标定的方法及策略进行实验研究,以期提高批量标定的可靠性和一致性,降低检测成本,为甲醛快速检测技术的普及提供理论指导。具体研究内容包括:1)首先对甲醛快速检测原理进行研究,在众多甲醛气体检测原理中,从检测的准确性、分辨率、设备制作工艺以及性价比等角度对甲醛检测原理进行了分析和筛选,选择电化学原理检测甲醛,其更适合微型设备,便于建立标定与测试实验室。2)研制了甲醛快速检测系统,甲醛电化学传感器采用扩散式的采样方式;设计了甲醛快速检测系统的数据采集、数据处理、电源和温湿度模块等,对数字电路和模拟电路合理布线;建立了测试与标定实验室,设计了气体配置模块快速调节甲醛气体浓度,远程监控上位机控制标定过程,温湿度控制模块为实验提供稳定的环境,缩短了标定时间,提高了实验的准确性。3)温湿度是对甲醛检测精度影响最大的参数,本文考察了温湿度对测量精度的影响,建立了温湿度数学模型,进行了相关实验,验证了所建立数学模型的正确性;4)进行了标定实验研究,得出甲醛检测仪的检测特性曲线,考察了样机的误差、重复性、响应时间、试剂消耗量等,提出批量标定的方法,进行了快速标定方法的研究,甲醛消耗量是传统方法的四十分之一;结果表明,本文所设计的甲醛快速检测仪各项指标满足甲醛检测的要求,最低检出限可达0.005mg/m~3,0~0.5mg/m~3的绝对误差小于0.04mg/m~3,0.5~2mg/m~3的相对误差小于7.2%。


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