甲醛模组标定装置的制作方法

本实用新型涉及传感器标定技术领域，更具体地说，涉及一种甲醛模组标定装置。

背景技术：

对于模组生产者及使用者，可以简单快捷的对模组进行标定是非常必要的，这就要求我们要有准确的标定气体来源，并且能够消除其他可能存在的干扰气体的影响。目前有4种方法可以进行甲醛模组的标定，分别为气体钢瓶混合法、挥发法、扩散法和渗透管法。

气体钢瓶混合法是把用钢瓶盛装的甲醛气体和其他惰性背景气相混合，用以产生具有特定浓度的甲醛标准气体，再将待标定的甲醛模组置于该标准气体环境中进行标定。该方法的缺点是甲醛气体极其不稳定，随时会发生聚合，导致气体浓度发生变化；另外长期存储大量气体存在安全隐患。

渗透管法是将甲醛的高聚物——三聚甲醛放置在渗透管里，通过控制温度让固体三聚甲醛发生分解产生甲醛蒸汽，所产生的蒸汽从渗透管的管壁扩散出来进入到待标定环境中。该方法的缺点一是设备非常昂贵，不适合中小型企业采购；二是气体制备时间非常长，通常需要半天到两天，不适合于生产型企业进行大量连续生产；三是所产生的气体量非常少，只适合于低浓度标定。

挥发法是将惰性气体通入一定浓度的甲醛水溶液中，将甲醛气体带出扩散到待标定环境中。该方法的缺点是准确性差，所发生气体的浓度受温度、 所使用的惰性气体流量等因素的影响非常大；而且所生成的气体浓度不确定，需要重新标定。

扩散法与渗透法类似，区别之处在于扩散法中是将福尔马林溶液置于扩散管中通过控制一定的温度让液体甲醛挥发成气体并在扩散管的出口与载气相接触形成一定浓度的混合气体。该方法的缺点与渗透法类似，也存在所发生气体浓度低，发生时间长等缺点，除此之外所发生气体的准确性受温度的影响非常大，对设备的控温准确性要求非常高。

申请号为CN201520080724.1、专利名称为一种多路甲醛采集智能标定系统的实用新型专利，用于对甲醛采集传感器进行标定，公开的标定系统采用甲醛标准气体瓶向甲醛标定箱内提供甲醛标准气体，并用PPM甲醛检测仪检测甲醛标定箱内甲醛气体的浓度，根据PPM甲醛检测仪检测到的甲醛气体的浓度，对待标定的甲醛采集传感器进行标定。该系统缺点是需要甲醛标准气体瓶、PPM甲醛检测仪极其相关附件，系统结构复杂，成本高；甲醛气体非常不稳定，浓度随时会由于聚合反应而发生变化；长期存储大量气体存在安全隐患；PPM甲醛检测仪如果存在故障，会对标定结果的准确性造成影响。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术中无法简单、准确地获得标定气体来源，或者无法消除干扰气体的影响等问题，提供一种低成本的、简单易行的对甲醛模组进行标定的装置及其使用方法，可以选择性标定甲醛以及批量标定。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种甲醛模组标定装置，包括：

具有一容纳腔的标定盒；

用于将标定用的福尔马林溶液迅速蒸发的加热片，所述加热片固定于标定盒的容纳腔内；

用于将福尔马林溶液置于所述加热片上的微量注射器；

用于保证标定盒内甲醛气体均匀性的风扇；

至少一个辅助电路板，所述辅助电路板通过线路连接于计算机，所述辅助电路板设置于所述容纳腔内；

至少一个待标定的甲醛模组，所述辅助电路板与甲醛模组电性连接；所述甲醛模组固定于所述标定盒的容纳腔内。

进一步地，所述甲醛模组包括甲醛传感器和模组电路板，所述甲醛传感器和模组电路板之间电性连接；模组电路板与所述辅助电路板电性连接。

进一步地，所述辅助电路板与多个甲醛模组电性连接。

进一步地，所述标定盒内的辅助电路板有多个。

进一步地，所述标定盒侧面设置有至少一个注射口，所述微量注射器通过注射口将福尔马林溶液置于所述加热片上，所述注射口安装有密封盖。

进一步地，所述风扇有多个。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的甲醛模组标定装置采用定体积挥发法并结合国标中的甲醛和甲醇定量的方法对甲醛模组进行标定，可以获得浓度准确可靠的甲醛标准气体，解决了瓶装甲醛标准气体不稳定以及渗透法无法进行批量标定的 问题，实现了甲醛标定装置的低成本化，具有可以随心所欲产生所需的甲醛气体浓度，可以实现选择性标定甲醛以及可以实现批量标定等优点。

附图说明

图1为本实用新型甲醛模组标定装置一个优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型甲醛模组标定装置一个优选实施例的内部结构示意图；

图3为本实用新型甲醛模组的结构示意图。

附图标记包括：

1-标定盒 2-加热片 3-风扇

4-辅助电路板 5-计算机 6-注射口

7-微量注射器 8-密封盖 9-甲醛模组

91-甲醛传感器 92-模组电路板

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

对于模组生产者及使用者，可以简单快捷的对模组进行标定是非常必要的，这就要求我们要有准确的标定气体来源，并且能够消除其他可能存在的干扰气体的影响。为达到上述目的，本实用新型在甲醛模组9标定过程中，采用定体积挥发法来获得特定浓度的标准气体，具体描述如下：

一种甲醛模组标定装置，包括标定盒1、加热片2、风扇3、辅助电路板4和计算机5。

标定盒1具有一容纳腔，密封性好，体积固定并且已知，本实施例中， 标定盒1为中空的长方体盒状，方便计算其体积。标定盒1的侧面设置有至少一个注射口6，注射口6安装有密封盖8，用于向标定盒1内注射一定体积的福尔马林溶液。

本实施例中，标定盒1容纳腔内安装有加热片2，用准确定量过的微量注射器7量取一定体积的福尔马林溶液，通过注射口6将溶液缓慢滴加在加热片2上，使福尔马林溶液迅速挥发成标定所用的混合气体。注射口6和密封盖8防止混合气体从标定盒1扩散出去。

本实施例中，标定盒1内安装有至少一个风扇3，用于保证标定盒1内的气体均匀分布。

标定盒1的容纳腔内部还设置有至少一个辅助电路板4，辅助电路板4与至少一个待标定的甲醛模组9电性连接，可以为甲醛模组9供电，又作为中转站与安装于计算机5上的标定软件相连接。一个辅助电路板4可以与多个甲醛模组9连接，在一个实施例中，一个辅助电路板4与10个甲醛模组9连接，每个甲醛模组9都有相应的序号，标定盒1内也可以设置多个辅助电路板4，以便实现批量标定。在本实用新型的一个实施例中，可以设置甲醛模组9定位板，便于给甲醛模组9定位及标注编号。

甲醛模组9由甲醛模组91和模组电路板92组成，甲醛传感器91和模组电路板92之间电性连接，模组电路板92与辅助电路板4电性连接。甲醛模组9固定于标定盒1的容纳腔内，当环境中有甲醛气体存在时，所述甲醛模组9会催化甲醛气体产生一定的电信号，模组电路板92会检测到该电信号，将其存储在自带空间内，在接收到由标定软件传达过来的当前标定环境中的 甲醛气体含量时，按标定软件的指令计算出甲醛模组9的灵敏度、绘制标定曲线并保存在自带空间内；同时实时将采集到的电信号转换成浓度值，以实现甲醛模组9的标定。

模组电路板92把采集到的电信号通过辅助电路板4上传给安装于计算机5上的标定软件，若甲醛模组9有多个，则辅助电路板4根据甲醛模组9对应的序号依次将电信号上传给安装于计算机5上的标定软件。

标定软件在接收到不同序号的甲醛模组9对应的电信号时，会根据预设的计算过程对各个甲醛模组9进行标定，并将结果写入模组电路板4自带的内存中。

由于标定盒1的体积是一定的，所加的福尔马林溶液中甲醛及甲醇的含量也是一定的，所以所获得的甲醛气体的当量浓度也是固定的，可轻松获得一定浓度的甲醛标准气体，不需要额外的检测甲醛气体浓度的设备或者储存甲醛标准气体。并且可根据微量注射器7内福尔马林溶液的体积，调整所需的甲醛气体浓度，使用起来简单方便。

标定过程中通常采用福尔马林溶液，也就是甲醛含量为37～40％的甲醛水溶液。在福尔马林溶液配置的过程中为了防止甲醛聚合通常加入一定量的甲醇来防止聚合(参见国标GB/T685-1993)，所加入的甲醇含量为15～20％，并且每个批次中所加入的甲醇含量以及甲醛含量都是不同的，必须对其严格定量后才可以使用。由于大多数甲醛模组9都不具备选择性检测的性能，也就是甲醛模组9除了可以检测甲醛外，也可以检测甲醇。在用本装置对甲醛模组9进行标定时，标定所用的混合气体包含甲醛气体和甲醇气体，因此， 在标定时需要先计算得出每个甲醛模组9甲醇对甲醛的相对灵敏度，然后把标定所用的混合气体中的甲醇按上述相对灵敏度转换成甲醛，得到甲醛当量浓度，再进行标定，具体计算方法如下：

(1)福尔马林溶液中甲醛含量的计算

国标GB/T685-1993《化学试剂福尔马林溶液》4.1条规定了福尔马林溶液中甲醛含量的测定方法，具体操作步骤如下：量取50mL亚硫酸钠溶液(126g/L)，置于250mL锥形瓶中，加3滴百里香酚酞指示液(1g/L)，用硫酸标准滴定溶液[c(1/2H₂SO₄)＝1mol/L]滴定至无色。称取3.2g(3mL)福尔马林溶液试样，精确至0.0001g，置于上述溶液中，摇匀用硫酸标准滴定溶液[c(1/2H₂SO₄)＝1mol/L]滴定至溶液由蓝色变为无色。即可得到福尔马林溶液中，甲醛的质量百分含量，用X_甲醛表示。

甲醛含量按下式计算：

X_甲醛＝v×C×0.03003/m×100

X_甲醛-甲醛的百分含量；

v-试样消耗硫酸标准滴定溶液的体积；

C-硫酸标准滴定溶液的浓度；

0.03003-与1.00mL硫酸标准滴定溶液[c(1/2H₂SO₄)＝1.000mol/L]相当的，以克表示的甲醛的质量；

m-福尔马林溶液试样的质量。

(2)福尔马林溶液中甲醇含量的计算

根据上式，已经准确确定所用的福尔马林溶液中甲醛的准确含量，下面 参见国标GB/T685-1993和GB/T611-1988来准确定量所用溶液中的甲醇浓度。首先，根据国标GB/T611-1988《化学试剂密度测定通用方法》5.1条测定出福尔马林溶液的密度，用ρ表示，再根据国标GB/T685-1993《化学试剂福尔马林溶液》，由福尔马林溶液的密度ρ及按4.1条之规定测得的甲醛的百分含量X_甲醛，查表A1得到福尔马林溶液中甲醇的含量，用X_甲醇表示。

(3)标定所用的混合气体中甲醛浓度的计算

由于微量注射器7量取的福尔马林溶液的体积v′_{福尔马林体积}和标定盒1的体积V_标定盒都是已知的，已知福尔马林溶液的密度ρ和福尔马林溶液中甲醛的百分含量X_甲醛，可以计算出福尔马林溶液挥发成气体时，所得到的标定所用的混合气体中甲醛的浓度。用微量注射器7称取一定量的福尔马林溶液的体积，记为v′_{福尔马林体积}，在上述(1)中已经得到了福尔马林溶液中甲醛的含量X_甲醛，可以计算得到体积为v′_{福尔马林体积}中甲醛的质量为v′_{福尔马林体积}ρX_甲醛，获取甲醛的相对分子质量M_甲醛，可以计算体积为v′_{福尔马林体积}中甲醛的物质的量n为v′_{福尔马林体积}ρX_甲醛/M_甲醛，由于物质在气态和液态下物质的量保持不变，再根据理想气体状态方程，即可计算得到常温常压下体积为v′_{福尔马林体积}、甲醛的含量X_甲醛的福尔马林溶液挥发成甲醛气体时的体积为v′_{福尔马林体积}ρX_甲醛RT/M_甲醛P，获取标定盒1的体积V_标定盒，计算出标定盒1内标定所用的混合气体中甲醛的浓度C_甲醛。

标定所用的混合气体中甲醛的浓度按下式计算：

C_甲醛＝v′_{福尔马林体积}ρX_甲醛RT/M_甲醛PV_标定盒

C_甲醛-标定所用的混合气体中甲醛的浓度；

v′_{福尔马林体积}-微量注射器7称取的福尔马林溶液的体积；

ρ-福尔马林溶液的密度；

X_甲醛-福尔马林溶液中甲醛的含量；

M_甲醛-甲醛的相对分子质量；

R-理想气体常数；

T-常温；

p-常压；

V_标定盒-标定盒1的体积。

其中，R的值约为8.3145，常温T通常取298K，常压p取101325pa，M _甲醛为30。

(4)标定所用的混合气体中甲醇浓度的计算

混合气体中甲醇浓度是指常温常压下，福尔马林溶液挥发的纯甲醇气体的体积与标定盒1的体积的比值，计算方法同(3)标定所用的混合气体中甲醛浓度的计算所述，标定所用的混合气体中甲醇的浓度按下式计算：

C_甲醇＝v′_{福尔马林体积}ρX_甲醇RT/M_甲醇PV_标定盒

C_甲醇-标定所用的混合气体中甲醇的浓度；

v′_{福尔马林体积}-微量注射器7称取的福尔马林溶液的体积；

ρ-福尔马林溶液的密度；

X_甲醇-福尔马林溶液中甲醇的含量；

M_甲醇-甲醇的相对分子质量；

R-理想气体常数；

T-常温；

p-常压；

V_标定盒-标定盒1的体积。

其中，R的值约为8.3145，常温T通常取298K，常压p取101325pa，M _甲醛为32。

(5)甲醛模组9对甲醇灵敏度的测定

目前市面上有在售的特定浓度的甲醇标准物质，例如纯度高达99.9％的液体甲醇，常温下其密度ρ′为0.791g/mL。所以在标定时，我们先标定出来甲醛模组9对甲醇的灵敏度。准确称取v_甲醇体积的甲醇，根据甲醇的密度ρ′，可以计算出体积为v_甲醇体积的甲醇的质量m＝v_甲醇体积ρ′。将体积为v_甲醇体积的甲醇用微量注射器7置于加热片2上，在标定盒1内进行挥发。获取甲醇的相对分子质量M_甲醇，即可计算出体积为v_甲醇体积的甲醇中甲醇的物质的量v_甲醇体积ρ′/M_甲醇，由于物质在气态和液态下的物质的量保持不变，再根据理想气体状态方程，即可计算得到体积为v_甲醇体积的甲醇，在常温常压下，挥发成甲醇气体时的体积为v_甲醇体积ρ′RT/M_甲醇p，获取标定盒1的体积V_标定盒，计算出标定盒1内甲醇气体的浓度W_甲醇＝v_甲醇体积ρ′RT/M_甲醇pV_标定盒。

打开甲醛模组9，使甲醛模组9对标定盒1内的甲醇气体进行检测，将甲醛模组9在检测甲醇气体过程中所产生的净电信号记为ΔV_甲醇，甲醛模组9对甲醇的灵敏度按下式计算：

S_甲醇＝ΔV_甲醇/W_甲醇

将W_甲醇带入上式中，可以得到甲醛模组9对甲醇的灵敏度S_甲醇：

S_甲醇＝ΔV_甲醇·M_甲醇·p·V_标定盒/(v_甲醇体积·ρ′·R·T)。

S_甲醇-甲醛模组9对甲醇的灵敏度；

p-常压；

V_标定盒-标定盒1的体积；

ρ′-甲醇的密度；

R-理想气体常数；

T-常温。

(6)甲醛灵敏度的计算

再通过甲醛模组9对混合气体的响应，以及上面得出的混合气体中甲醛和甲醇的含量就可以得出传感器对甲醛的灵敏度，用S_甲醛表示，具体可参见以下公式：

S_甲醛＝(ΔV′_福尔马林-C_甲醇·S_甲醇)/C_甲醛

S_甲醛-甲醛模组9对甲醛的灵敏度；

ΔV′_福尔马林-在标定福尔马林溶液过程中甲醛模组9所产生的净电信号；

C_甲醇-标定所用的混合气体中甲醇的浓度；

S_甲醇-甲醛模组9对甲醇的灵敏度；

C_甲醛-标定所用的混合气体中甲醛的浓度。

(7)甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度计算

甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度可按下式计算：

S％＝S_甲醇/S_甲醛·100％；

S％-甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度；

S_甲醇-甲醛模组9对甲醇的灵敏度；

S_甲醛-甲醛模组9对甲醛的灵敏度。

所以即使是使用同一中福尔马林溶液，各甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度不同，需逐一获得各甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度。

(8)甲醛当量浓度的计算

由于甲醛模组9对甲醛和甲醇均有响应，所以甲醛模组9检测到的浓度为甲醛和甲醇混合气体的浓度，本实用新型将甲醇的浓度换算成甲醛当量浓度，甲醛当量浓度按下式计算：

C_总＝C_甲醛+C_甲醇·S％

C_总-标定所用的混合气体甲醛当量浓度；

C_甲醛-标定所用的混合气体中甲醛的浓度；

C_甲醇-标定所用的混合气体中甲醇的浓度；

S％-甲醛模组9对甲醇的相对灵敏度。

本实用新型所述甲醛模组标定装置的标定方法，具体步骤如下：

S1：获取甲醛模组(9)在洁净空气中的输出电压值V₀；通过微量注射器(7)量取体积为v_甲醇体积的甲醇，将纯甲醇加在加热片(2)上，并打开风扇(3)以确保标定盒(1)内甲醇气体的均匀性；获取甲醛模组(9)检测所述体积为v_甲醇体积的甲醇输出的电信号V_甲醇；计算甲醛模组(9)检测所述体积为v_甲醇体积的甲醇所产生的净电信号ΔV_甲醇：ΔV_甲醇＝V_甲醇-V₀。

S2：获取所述体积为v_甲醇体积的纯甲醇加入到标定盒(1)所产生的甲醇气体的浓度C_甲醇，计算甲醛模组(9)对甲醇的灵敏度S_甲醇：

S_甲醇＝ΔV_甲醇/C_甲醇。

S3：用洁净空气替换标定盒内的甲醇气体，并保证甲醛模组(9)的输出电压恢复稳定。

S4：获取甲醛模组(9)的初始输出电压记录为V₀′；用微量注射器(7)量取体积v′_{福尔马林体积}的福尔马林溶液，将溶液加在加热片(2)上，打开风扇(3)以确保标定盒(1)内气体的均匀性，并记录甲醛模组(9)输出的电压值V′_福尔马林；计算甲醛模组(9)所产生的净的电信号：

ΔV′_福尔马林＝V′_福尔马林-V₀′。

S5：计算体积为v′_{福尔马林体积}的福尔马林溶液中所含有的甲醛和甲醇的含量，并计算出将所述体积的福尔马林溶液加入到标定盒(1)中之后所生成的气体中甲醛的浓度C_甲醛和甲醇的浓度C_甲醇，并计算甲醛模组(9)由甲醛所产生的电信号：

ΔV_甲醛＝ΔV′_福尔马林-C_甲醇·S_甲醇；

S6：计算甲醛模组(9)检测甲醛的灵敏度：

S_甲醛＝ΔV_甲醛/C_甲醛；

S7：计算甲醛模组(9)检测甲醇相对于甲醛的相对灵敏度：

S％＝S_甲醇/S_甲醛·100％；

S8：把所述福尔马林溶液中的甲醛和甲醇的气体总和换算成纯的甲醛的浓度，称为甲醛当量浓度C_总：

C_总＝C_甲醛+C_甲醇·S％

S9：将所述甲醛当量浓度C_总发送至计算机(5)以标定甲醛模组(9)。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员， 依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本实用新型的保护范围。