TVOC气体检测器件、空气处理装置的制作方法

本发明涉及tvoc气体检测器件，以及采用了该tvoc气体检测器件的空气处理装置。

背景技术：

voc气体污染物（可挥发性有机化合物）检测在新风机和空气净化器中非常普及，但是其检测目标较泛，无法准确针对不同的应用场景进行检测。

当应用场景为客厅时，其主要是人体代谢物或家具代谢物等，一般为丙酮、乙醇、甲醛等。当应用场景为卧室时，主要是人体代谢、化妆品和服饰发散气体，一般为丙酮、甲醛、柠檬稀、醇类等。当应用场景为厨房时，主要是油烟气体，一般为碳氢化合物、co等。

根据民用级别的气体传感器工作特性，其气敏材料对不同气体的敏感曲线不一样。因为传感器无法探测具体气体的种类，所以现在的气体传感器处理方法均是采用相同一个灵敏度曲线，造成不同环境无法适配对应的气体灵敏度进行浓度输出，从而输出结果不够准确。

技术实现要素：

为了解决现有技术中检测voc气体时敏感曲线单一导致检测的浓度不够准确的技术问题，本发明提出了一种tvoc气体检测器件，包括：

气敏元件，吸附voc气体产生相应的阻值变化；

加热片，维持所述气敏元件的工作温度；

采样电路，检测所述气敏元件的阻值；

调节电路，控制所述加热片的温度；

控制模块，根据不同的设置内容控制所述调节电路调节所述加热片的温度，使所述气敏元件针对不同的设置内容具有对应的灵敏度，根据所述设置内容对应的预设的灵敏度参数和所检测到的阻值计算所述voc气体的浓度。

具体的，所述设置内容包括：应用场景、气体源类型、自适应设置和无设置内容当中的至少一种。所述气体源类型包括甲醛、苯类、乙醇和co当中的至少一种。

在一实施例中，当设置内容为自适应设置或无设置内容时，所述加热片的温度及其对应的预设的灵敏度由所述控制模块以一定周期采样得到。具体的，所述控制模块在一个周期内调节所述加热片处在不同的温度，将所有温度下所检测的阻值按预设的拟合函数进行拟合，获得所述拟合函数的最低阻值及其对应的温度，通过最低阻值对应的温度获取该温度对应的预设的灵敏度。

进一步，还包括用于显示所述voc气体的浓度的显示模块和输入所述设置内容的输入模块。

优选的，所述温度和灵敏度参数为可检测到所述voc气体的最大浓度对应的温度和灵敏度参数。

具体的，所述根据预设的灵敏度参数和检测到的阻值计算所检测到的voc气体的浓度具体为采用浓度函数s=k×e^{c*(rs_air/rs)}来计算，所述s为所述voc气体的浓度，所述k、c为预设的灵敏度参数，所述e为无理数，所述rs_air为所述气敏元件上电期间的最大电阻值，所述rs为所述采样电路所检测到的所述阻值。所述k的取值范围为0.05~0.5。所述c的取值范围为0~1。

具体的，所述气敏元件采用的材料包括金属半导体氧化物。所述采样电路包括电阻分压采样电路，所述电阻分压采样电路检测所述气敏元件的阻值。所述采样电路还包括r/v采样电路，所述r/v采样电路将检测到的阻值转化为电压模拟信号后再发送给所述控制模块。所述调节电路为pwm调节电路，所述pwm调节电路根据所述控制模块的指令输出不同的pwm脉宽来控制所述加热片处于不同温度。

本发明还提出一种空气处理装置，采用了上述技术方案所述的tvoc气体检测器件。所述空气处理装置包括空气净化器、新风机、空调当中的至少一种。

本发明的tvoc气体检测器件针对不同的情况维持气敏元件不同的工作温度，使气敏元件在对应的情况中具有相对准确地灵敏度，可以更加准确地测得voc气体的浓度，当用户没有设置任何情况时，本发明的tvoc气体检测器件还可以进入自适应模式，计算得到最佳的工作温度，找到该工作温度对应的灵敏度参数的取值，然后进行voc气体的浓度输出，使其结果相对准确。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的硬件框图。

图2是采样趋势曲线的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的原理及实施例。

图1示出了的是采用了本发明的tvoc气体检测器件的具体的空气处理设备的整体硬件连接框图。当tvoc气体检测器件应用在具体的空气处理设备中时，为了不给空气处理设备的主控板带来负担，做成了独立模块的样式，tvoc气体检测器件的控制模块与主控板进行通讯，接收主控板的相应指令来配合空气处理设备的运行。

在一个优选实施例中，本发明的tvoc气体检测器件除了控制模块，还包括：气敏元件、加热片、采样电路、调节电路、输入模块和显示模块。

气敏元件采用的材料包括金属半导体氧化物，金属半导体氧化物在合适的温度下会吸附voc气体产生相应的阻值变化。加热片用来维持气敏元件的工作温度。调节电路控制加热片的温度，本实施例中，调节电路采用pwm调节电路，pwm调节电路根据控制模块的指令输出不同的pwm脉宽来控制加热片处于不同温度。采样电路可以检测气敏元件的阻值，本实施例中，采样电路包括电阻分压采样电路和r/v采样电路，电阻分压采样电路检测气敏元件的阻值，r/v采样电路将检测到的阻值转化为电压模拟信号后再发送给所述控制模块。

本实施例中，tvoc气体检测器件的输入模块和显示模块利用了空气处理装置本身具有的输入、显示模块来替代，避免硬件冗余。输入模块用来输入相应的设置内容，具体的设置内容包括如下的一种或多种：应用场景、气体源类型以及自适应设置。例如用户可以在手机app端或其它交互端对室内的应用场景进行设置,其中，应用场景包括客厅、卧室和厨房等。气体源类型包括甲醛、苯类、乙醇、co等。控制模块根据输入模块接收的设置内容来调节加热片的温度和选择预设的灵敏度。

当控制模块获取到用户已设置了一种应用场景时，假设用户设定的为卧室。控制模块控制调节电路调节加热片的温度，使气敏元件针对卧室中常见的voc气体具有对应的灵敏度，根据预设的灵敏度参数和当前所检测到的阻值来计算所检测到的voc气体的浓度。具体的，卧室的voc气体的浓度输出为：

s=f卧室（r）；

f卧室（）即为针对卧室的浓度函数。具体的，voc气体的浓度s=k×e^{c*(rs_air/rs)}，其中k、c为预设的灵敏度参数，e为无理数，rs_air为气敏元件上电期间的最大电阻值，rs为采样电路所检测到的气敏元件的阻值。k取值范围为0.05~0.5，c取值范围为0~1。两个灵敏度参数是通过统计各个应用场景常见的释放气体经实验室综合测试并生成而来。例如卧室常见的释放气体包括人体代谢的丙酮、乙醇等作为检测对象。具体电阻分压采样电路测量阻值rs时，采用的公式为rs=（vc×rl）/vrl-rl，其中，vc为测定的气敏元件与串联的分压电阻rl的两端电压；rl为串联的分压电阻的阻值；vrl为分压电阻两端的电压值。

同样的，当用户输入的是其他应用场景或者是气体源类型时，也是类似的方式可以得到voc气体的浓度。较优的，加热片的温度和灵敏度参数最好选取可检测到voc气体的最大浓度对应的温度和灵敏度。

当用户未进行设置（即为无设置内容）或者设置内容为自适应设置时，加热片的温度及其对应的预设的灵敏度由控制模块以一定周期采样得到。即控制模块以一定的周期进行判断最佳工作温度，选用最适合灵敏度，比如24h或者100h等间隔判断一次。

举例如下：控制模块以一定的周期通过调节电路输出pwm脉宽调节加热片的温度，使气敏电阻在对应的工作温度下连续运行一段时间后，采集该时刻的所检测到的阻值。将所检测到的所有工作温度（温度）下的阻值按预设的拟合函数进行数据拟合，并获取该拟合函数最低阻值下的工作温度（温度）。下表就是采样的所有工作温度以及检测到的阻值，将下表中的温度以及对应的阻值生成趋势曲线（该趋势曲线即对应预设的拟合函数），可以求得该趋势曲线的最低值（即为最低阻值r最低），如图2所示。根据气敏元件材料的特性，其阻值越低，检测到的voc气体的浓度越高，即相同环境下，不同温度下输出的最低阻值，该温度即为该室内环境中检测voc气体适配的工作温度（t最佳工作温度），通过该工作温度反向获取该工作温度下对应的气体类型所对应的灵敏度参数的取值，该工作温度下的灵敏度参数的取值已预设。

控制模块获取所检测的气敏元件的阻值，并将该阻值通过浓度函数，代入相应的灵敏度参数的取值就可以计算相应的voc气体的浓度，该浓度即为该环境下最为准确的值。

为防止显示模块的数据跳变，考虑相同环境下灵敏度参数等更换前后的数据差异性，更换灵敏度参数前后的数据通过逐步下降或逐步上升的方式至最新的浓度数值。

本发明的tvoc气体检测器件可以应用在各种空气处理装置中，包括但不限于空气净化器、新风机、空调、空气检测装置等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。