臭氧气体浓度检测系统之硬件电路实现部分

基于单片机的臭氧气体检测系统

——硬件电路分析与实现部分摘要：

MQ131气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在臭氧气体时，传感器的电导率随空气中臭氧气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ131气体传感器对臭氧的灵敏度高，对氯气、二氧化氮等强氧化性气体也有一定的灵敏度，对有机干扰气体向与臭氧相反的方向反应。

关键字：臭氧气体检测，QM—N313气敏传感器，臭氧报警电路

1 引言

1.1 目的和意义

近日，上海市消保委在不断接到市民咨询之后，实施了一次空气净化器比较大测试。消保委通过各种渠道购买了22台空气净化器，均为各品牌中高端型号。之后消保委委托上海市环境保护产品质量监督检验总站按照国标等标准对消费者普遍关心的PM2.5净化效率、甲醛净化效率、能效等级等性能指标进行了测试。消保委比较测试，结果并非全如广告所言很多产品都夸大宣传。

其实，这样的测试早在今年的三月份，《广州日报》就联合第三方检测机构对空气净化器做了测试，发现松下、飞利浦等品牌的空气净化器效果被厂家夸大。号称的PM2.5祛除率98%实测仅40%。更有专家指出，空气净化器在运行时产生臭氧可致癌。据了解，负离子型和静电型空气净化器是松下的主打机型。记者走访中发现，松下等品牌空气净化器在运行时产生臭氧早已是业内“皆知的秘密”，但当消费者问起时，销售人员却常常是避而不谈。而大多数空气净化器外包装上也没有关于臭氧产生情况的说明或提示。

与之相反，记者发现市场中还是有负离子机器既不产生臭氧，也没有静电。此款产品就是上海赛路美研发制造的负离子发生器。经多家检测中心检查，该公司的产品释放的负离子是等同于自然界负离子的负离子。中国室内环境监测工作委员会秘书长宋广生介绍：“负离子空气净化器在工作时如果产生臭氧，达到一定浓度时对人体也有害，不仅有臭味，也可能致癌。”下面我们就来认识下“臭氧”是什么？

●臭氧是什么？

高空臭氧是天然大气的重要微量成分，它在平流层中因其吸收大部分太阳辐射中对生物有害的紫外线，起到保护人类及其他生物的重要作用；但近地臭氧是种污染物，浓度升高会造成一系列不利于人体健康的影响，如刺激眼睛和呼吸道，影响肺功能等。值得注意的是，室内复印机也会产生臭氧，就是复印机工作时可以闻到的独特味道，所以大家要避免长时间待在复印机边上。

●臭氧超标有啥危害？

每天吸入6微克的颗粒物，患心脏疾病的风险就会增加4.6%。空气中臭氧浓度的增加同样也会增加罹患心脏疾病的风险，臭氧浓度增加千万分之一，患病风险就会提高4.4%，尤其是对于男性更加明显。

根据我国目前实行的标准，臭氧浓度超过200微克/立方米时，儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者就应该减少长时间、高强度的户外锻炼。

1.2 研究概况及发展趋势

臭氧是一种强氧化剂，具有很强的杀菌消毒、漂白、除味等特性，因此广泛应用于水消毒、食品加工杀菌净化、食品贮藏保鲜、医疗卫生和家庭消毒净化等方面的产品。在臭氧发生器生产和应用中，一定的臭氧浓度是保证消毒氧化效果、节约能源和防止污染的重要参数。

1.臭氧发生器产量的标定

发生器的臭氧产量是其最主要、最基本的技术指标，而产量又是通过测定臭氧浓度后计算得出的。严格说，没有测定臭氧浓度的可靠手段就不可能生产出合格产品，目前市场臭氧发生器产量虚报假冒主要表现为没有臭氧浓度指标或不真实。

2.臭氧浓度保证消毒效果

只有保证和其它消毒杀菌剂一样，只有达到足够的剂量，作用一定时间才能达到消杀效果。例如当臭氧浓度为0.08~0.6ppm时，对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作用30min，其平均杀灭率达84.60~99.9%，而空气中臭氧浓度为0.34~0.85ppm时，作用10~30min，其杀灭率可达99.47~99.97%。又如臭氧对空气消毒时，当浓度为0.21mg/L时，作用10min对金黄色葡萄球菌杀灭率达90.81%，如提高浓度为0.72mg/L时，作用时间仍为10min，杀灭率可达99.99%。

一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。

3. 环境臭氧浓度不能过高

臭氧除了对人类有益的一面外，同时它又是一种对环境污染的物质，我国环境空气质量标准（GB3095-1996）中规定臭氧的浓度限值（1小时平均）一级标准为0.12mg/m3；二级标准为0.16mg/m3；三级标准为0.20mg/m3。臭氧的工业卫生标准大多数国家最高限值为0.1ppm （0.20mg/m3）。因此利用臭氧消毒杀菌浓度不应过高，臭氧发生器的产量不是越高越好。例如：一般家庭用室内杀菌的臭氧发生器产量应在200mg/h左右，最高不要超过400mg/h。这样，在臭氧杀菌工作30~60min后，室内残余浓度低于果品家卫生标准要求。需要注意的是，一些过敏体质的人，长时间暴露在臭氧含量超过0.18mg/m3的环境下，回出现皮肤刺痒，呼吸不畅，咳嗽及鼻炎等症状。浓度再高，会给人体造成更大的伤害

国家标准臭氧浓度测定方法

氧浓度检查方式大致可分为―化学分析法、―物理化学分析法、―物理分析法三类。

1.化学检查法

1.1 碘量法

碘量法是最常用的臭氧测定方式，我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方式，我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》标准CJ/T3028.2—94中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧（O3）与碘化钾（KI）水溶液反应生成游离碘（I2）。臭氧还原为氧气。反应式为：O3+2KI+H2O→O2+I2+2KOH 游离碘显色，依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色。利用硫代硫酸钠（NaS2O3）标准液滴定，游离碘变为碘化钠（NaI），反应终点为完全褪色止。反应式为：I2+2Na2S2O3→2NaI+NaS4O6两反应式建立起O3反应量与NaS2O3消耗量的定量关系为1molO3：2molNaS2O3，则臭氧浓度CO3计算式为：

CO3=40x3x1000/1000（mg/L）式中：CO3——臭氧浓度，mg/L；ANa——硫代硫酸钠标准液用量，ml；B——硫代硫酸钠标准液浓度，mol/L；V0——臭氧化气体取样体积，ml。操作程序及方式参照标准CJ/T3028.2—94。测定标准型发生器浓度很方便。臭氧化气体积用流量计计数，NaS2O3浓度一般配制为0.100mol/L，测定精度可达±1%。测定空气中臭氧浓度时，应用在气采样器抽气定量。为保证测定精度，NaS2O3配为0.10mol/L。测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算，只是V0代表采水量，取1000ml。NaS2O3浓度为0.10mol/L。碘量法优点为显