全自動空氣離子測試方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種全自動空氣離子測量技術(shù)，包括測試方法及測試裝置。測試方法包括測量功能設(shè)定程序和離子濃度測量程序。其測量功能設(shè)定程序包含離子極性設(shè)定、離子濃度量程設(shè)定和離子遷移率設(shè)定；其離子濃度測量程序包含5個步驟：一、預(yù)熱、驅(qū)潮周期；二、零點檢測周期；三、預(yù)抽氣周期；四、數(shù)據(jù)采集周期；五、數(shù)據(jù)處理周期。測試裝置的離子收集器進(jìn)氣口有一個檔風(fēng)板，可以阻止外界氣流直接進(jìn)入收集器；收集器金屬外殼上有連通大地的接地端子。這種測試方法及測試裝置能夠依托自身預(yù)先設(shè)定的程序，自動完成空氣離子濃度的測量，還能夠抵御外部氣流變化、靜電干擾等不良因素的影響，穩(wěn)定、可靠地工作。
【專利說明】
全自動空氣離子測試方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣咼子測量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的空氣離子測量儀在進(jìn)行空氣離子測量時，需要由人工完成驅(qū)潮、零點調(diào)整、離子極性設(shè)定、離子濃度量程設(shè)定、抽氣取樣、讀取數(shù)據(jù)等各項操作步驟。對于一些連續(xù)觀測的項目，測試人員要長時間蹲守，非常辛苦。同時，還必須不斷地觀察變化中的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行人工的平均、處理。既勞累又容易造成人為誤差。
[0003]公知的空氣離子測量儀由離子收集器和微電流放大器構(gòu)成。離子收集器由收集板、極化板及抽氣機(jī)構(gòu)成(見圖1)。通過取樣空氣流量和取樣電流計算出被取樣空氣中離子的濃度?，F(xiàn)有的空氣離子測量儀的取樣氣流通道為“直通式”通道。取樣空氣直接通過空氣離子收集器，沒有任何阻擋物。這種“直通式”結(jié)構(gòu)的空氣離子收集器中存在著一個不容忽視的問題:外界氣流也會“直通”收集器，影響收集器中取樣氣流的速率。當(dāng)外界氣流的方向與抽氣氣流方向相同時，會加大收集器中的抽氣氣流速度，使取樣空氣流量變大；當(dāng)外界氣流與抽氣氣流方向相反時，則會減小收集器中的氣流速度，使取樣空氣流量變小。取樣空氣流速的變化要影響到取樣空氣流量并進(jìn)而影響空氣離子濃度測量的準(zhǔn)確性。也會對離子迀移率造成影響。外界的氣流方向、流速往往是不穩(wěn)定的，這會造成測量數(shù)據(jù)的波動。嚴(yán)重時會帶來相當(dāng)大的測量誤差。
[0004]傳統(tǒng)的空氣離子測量儀在對一些新型負(fù)離子建筑涂料或負(fù)離子功能紡織品進(jìn)行測量時，會出現(xiàn)一些奇怪的現(xiàn)象:測量的空氣離子濃度數(shù)據(jù)起初會比較大;但是，很快就會降低到很低的水平，接近周圍大氣空氣離子濃度本底值。分析研究結(jié)果表明，這是由于傳統(tǒng)的空氣離子測量儀的空氣取樣速率比較大[抽氣速率為180(cm/s)]。超過局部空氣離子生成的速率，破壞了原有周邊的空氣離子濃度的動態(tài)平衡。造成局部的空氣離子濃度下降。顯然，在這種情況下，測量的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是提供一種全自動空氣離子測量技術(shù)，包括測試方法及測試裝置。這種測試方法及測試裝置能夠依托自身預(yù)先設(shè)定的程序，自動完成空氣離子濃度的測量，還能夠抵御外部氣流變化、靜電干擾等不良因素的影響，穩(wěn)定、可靠地工作。它能夠用于環(huán)境監(jiān)測并能解決建筑涂料、功能紡織品等材料所產(chǎn)生的空氣離子檢測問題。
[0006]外界氣流干擾是影響空氣離子測量穩(wěn)定性的主要原因。而取樣空氣取樣速率過大，超過局部空氣離子生成的速率，造成局部的空氣離子濃度下降，則是在測量負(fù)離子涂料之類的材料時使測量讀數(shù)下降的主要原因；由于靜電積累使空氣離子測量儀自身電位升高也是造成測量讀數(shù)的下降的另一個原因。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]—種空氣離子測試方法，其特征是:該方法包含測量功能設(shè)定程序和離子濃度測量程序;測量功能設(shè)定程序包含:離子極性設(shè)定，離子濃度量程設(shè)定，離子迀移率設(shè)定;離子極性設(shè)定是通過設(shè)定極化電壓的極性實現(xiàn)的；離子濃度量程設(shè)定是通過設(shè)定微電流放大器的放大倍數(shù)實現(xiàn)的；離子迀移率設(shè)定是通過設(shè)定極化電壓的電壓值和取樣氣流速率實現(xiàn)的；
離子濃度測量程序包含5個步驟:
步驟一:為預(yù)熱、驅(qū)潮周期；
步驟二:為零點檢測周期，此時MCU檢測到的讀數(shù)為DO;
步驟三:為預(yù)抽氣周期；
步驟四:為數(shù)據(jù)采集周期，此時MCU檢測到的讀數(shù)為Dl;
步驟五:數(shù)據(jù)處理周期，此期間MCU依據(jù)公式(I)計算出所測量的離子濃度值；
N = Dl-D0.............................................(I)
式中:N _空氣離子濃度(1ns/cm3) D0—零點讀數(shù) Dl-離子濃度檢測讀數(shù)
步驟二和步驟四期間的零點讀數(shù)DO和離子濃度檢測數(shù)據(jù)Dl都經(jīng)過壞值剔除及加權(quán)平均處理。
[0009]步驟三和步驟四兩個期間為抽氣機(jī)工作周期，在此期間抽氣機(jī)連續(xù)抽氣。
[0010]—種實施了上述方法的空氣離子檢測裝置，由空氣離子收集器、微電流放大器和MCU等構(gòu)成，其特征是:離子收集器包括極化板和收集板，收集板位于收集器中部;極化板位于收集板的上方及下方，極化板由絕緣材料固定在接地的金屬板上;上、下極化板的側(cè)面是取樣氣流通道圍板[5]，它們共同組成了收集器的氣流通道;前端為進(jìn)氣口，后端接抽氣風(fēng)機(jī)[4]。離子收集器的進(jìn)氣口有一個檔風(fēng)板，可以阻止外界氣流直接進(jìn)入收集器;上部極化板的外表面安裝有驅(qū)潮電阻絲[15]，電阻絲接通電源時可發(fā)熱，驅(qū)除絕緣支架[8]和微電流放大器[6]上附著的水分，提高絕緣程度;收集板[3]、微電流放大器[6]、MCU[12]、顯示器
[13]及USB接口 [14]順序連接；顯示器的讀數(shù)直接顯示空氣離子濃度值；離子收集器外殼
[10]采用抗靜電的金屬材料制成，其上面有一個接地螺栓[11]通過導(dǎo)線接通大地。
[0011]極化板[2]和絕緣材料[9]及外部的接地金屬板由雙面敷銅板構(gòu)成，里面為極化板，外面接地。
[0012]擋風(fēng)板的寬度以及擋風(fēng)板到進(jìn)氣口的距離與進(jìn)氣口的寬度一致。
[0013]取樣氣流通道圍板[5]由銅板制成。
[0014]抽氣風(fēng)機(jī)的取樣氣流速率降低到20cm/s?40cm/s的范圍。有益效果
采用上述技術(shù)方案，可以實現(xiàn)無人管理，自動地進(jìn)行空氣離子測量。同時，可以防止外界的氣流直接進(jìn)入空氣離子收集器，改變收集器內(nèi)的氣流速度;從而允許采用較低的取樣氣流速率，克服使用較大的氣流速率造成取樣的空氣離子離子濃度被稀釋，造成空氣離子濃度讀數(shù)下降的問題。還能避免儀器本身靜電積累對空氣離子測量造成的干擾。
【附圖說明】
[0015]圖1.是傳統(tǒng)的空氣離子測量儀的原理圖。
[0016]圖2本發(fā)明的測量功能設(shè)定流程。
[0017]圖3本發(fā)明的空氣離子濃度測量程序流程。
[0018]圖4本發(fā)明的空氣離子測量裝置原理框圖。
[0019]圖5本發(fā)明空氣離子收集器的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖6檔板、絕緣支架、驅(qū)潮電阻絲、風(fēng)機(jī)及微電流放大器安裝位置。
[0021]圖中:1.檔板2.極化板3.收集板4.風(fēng)機(jī)5.取樣氣流通道圍板6.微電流放大器7.收集板輸出探針8.絕緣支架9.絕緣層(極化板與接地金屬板之間)10.離子收集器11.接地端子12 MCU 13顯示器14 USB接口 15驅(qū)潮電阻絲。
實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022]圖2所示為測量功能設(shè)定流程圖。測量開始之前預(yù)先設(shè)定所測量的空氣離子的極性(正離子或負(fù)離子)、離子濃度量程和離子迀移率。離子極性是通過設(shè)定極化電壓的極性實現(xiàn)的；離子濃度量程是通過設(shè)定微電流放大器的放大倍數(shù)實現(xiàn)的；離子迀移率通過設(shè)定極化電壓的電壓值和取樣氣流速率實現(xiàn)。
[0023]圖3為本發(fā)明的空氣離子濃度測試程序流程，它包含五個步驟:
步驟一:預(yù)熱、驅(qū)潮周期，此期間驅(qū)潮電阻絲通電加熱，驅(qū)除裝置內(nèi)的濕氣，提高絕緣程度；
步驟二:零點檢測周期，此期間MCU中的A/D轉(zhuǎn)換器檢測到的讀數(shù)為零點讀數(shù)DO;
步驟三:預(yù)抽氣周期，此期間抽氣機(jī)開始抽氣，但是MCU中的A/D轉(zhuǎn)換器不工作；
步驟四:數(shù)據(jù)采集周期，此期間MCU中的A/D轉(zhuǎn)換器開始工作，檢測到的讀數(shù)為離子濃度檢測讀數(shù)Dl ；
步驟五:數(shù)據(jù)處理周期，此期間MCU依據(jù)公式(I)計算出所測量的離子濃度值；
N = Dl-D0.............................................(I)
式中:N _空氣離子濃度(1ns/cm3) DO —零點讀數(shù) Dl —離子濃度檢測讀數(shù)
步驟二和步驟四期間的零點讀數(shù)DO和離子濃度檢測數(shù)據(jù)Dl分別經(jīng)過壞值剔除及加權(quán)平均處理。
[0024]每個步驟的時間長度可以是相同也可以是不同的。
[0025]其中步驟三和步驟四兩個期間為抽氣機(jī)工作周期，在此期間抽氣機(jī)連續(xù)抽氣。
[0026]
圖5是本發(fā)明的空氣離子收集器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，收集板[3]位于收集器中部，通過絕緣支架[8]固定在極化板[2]上;極化板[2]有兩塊，分別位于收集板的上方及下方;極化板[2]由絕緣層[9]固定在接地的金屬板上;其側(cè)面是取樣氣流通道圍板[5];它們共同組成了空氣離子收集器[10]的氣流通道。前端為進(jìn)氣口，后端接抽氣風(fēng)機(jī)[4]。離子收集器的進(jìn)氣口有一個檔風(fēng)板[I]，可以阻止外界氣流直接進(jìn)入收集器;擋風(fēng)板的寬度以及擋風(fēng)板到進(jìn)氣口的距離與進(jìn)氣口的寬度一致。上部極化板的外表面安裝有驅(qū)潮電阻絲[15]，電阻絲接通機(jī)電源時可發(fā)熱，驅(qū)除絕緣支架[8]、微電流放大器[6]上附著的水分，提高絕緣程度。收集板[3]、微電流放大器[6]、MCU[12]、顯示器[13]及USB接口 [14]順序連接；離子收集器[10]外殼采用抗靜電的金屬材料制成，其上面裝有一個接地螺栓[11]通過導(dǎo)線接通大地。
[0027]本實施例中，收集板[3]由導(dǎo)電銅板制成，表面鍍金，可以減少電荷復(fù)合時間，提高收集效率。極化板[2]和絕緣材料[9]及外部的接地的金屬板由雙面敷銅板構(gòu)成，里面為極化板，外面接地。取樣氣流通道圍板[5]由銅板制成。MCU通過改變極化電壓的極性改變所測量的離子極性；同時還可以設(shè)定、控制驅(qū)潮電阻絲、抽氣機(jī)的工作，并對測試結(jié)果進(jìn)行零點扣除、壞值剔除和平均值計算等處理。
【主權(quán)項】
1.一種空氣離子測試方法，其特征在于:該方法包含測量功能設(shè)定程序和離子濃度測量程序;測量功能設(shè)定程序包含:離子極性設(shè)定、離子濃度量程設(shè)定和離子迀移率設(shè)定;離子極性設(shè)定是通過設(shè)定極化電壓的極性實現(xiàn)的;離子濃度量程設(shè)定是通過設(shè)定微電流放大器的放大倍數(shù)實現(xiàn)的；離子迀移率設(shè)定是通過極化電壓的電壓值和取樣氣流速率來設(shè)定；離子濃度測量程序包含5個步驟: 步驟一:為預(yù)熱、驅(qū)潮周期； 步驟二:為零點檢測周期，此時MCU檢測到的讀數(shù)為DO; 步驟三:為預(yù)抽氣周期； 步驟四:為數(shù)據(jù)采集周期，此時MCU檢測到的讀數(shù)為Dl; 步驟五:數(shù)據(jù)處理周期，此期間MCU依據(jù)公式⑴計算出所測量的離子濃度值； N = Dl-D0.............................................(I) 式中:N _空氣離子濃度(1ns/cm3) DO —零點讀數(shù) Dl-離子濃度檢測讀數(shù)。2.如權(quán)利要求1所述空氣離子測量方法，其特征在于:步驟二和步驟四期間的零點讀數(shù)DO和離子濃度檢測讀數(shù)Dl都經(jīng)過壞值剔除及加權(quán)平均處理。3.如權(quán)利要求1所述空氣離子測量方法，其特征在于:步驟三和步驟四兩個周期為抽氣機(jī)工作周期，在此期間抽氣機(jī)連續(xù)抽氣。4.一種實施了上述方法的空氣離子檢測裝置，由空氣離子收集器、微電流放大器和MCU等構(gòu)成，其特征在于:離子收集器包括收集板和極化板，收集板位于收集器中部;極化板位于收集板的上方及下方，極化板由絕緣材料固定在接地的金屬板上;上、下極化板的側(cè)面是取樣氣流通道圍板[5]，它們共同組成了收集器的氣流通道;前端為進(jìn)氣口，后端接抽氣風(fēng)機(jī)[4];離子收集器的進(jìn)氣口有一個檔風(fēng)板，可以阻止外界氣流直接進(jìn)入收集器;上部極化板的外表面安裝有驅(qū)潮電阻絲[15]，電阻絲接通電源時可發(fā)熱，驅(qū)除絕緣支架[8]和微電流放大器[6]上附著的水分，提高絕緣程度;收集板[3]、微電流放大器[6]、MCU[12]、顯示器[13]及USB接口順序連接;顯示器的讀數(shù)直接顯示空氣離子濃度值;離子收集器外殼[10采用抗靜電的金屬材料制成，其上面有一個接地螺栓[11 ]通過導(dǎo)線接通大地。5.如權(quán)利要求4所述空氣離子檢測裝置，其特征在于:極化板[2]和絕緣材料[9]及外部的接地金屬板由雙面敷銅板構(gòu)成，里面為極化板，外面接地。6.如權(quán)利要求4所述空氣離子檢測裝置，其特征在于:擋風(fēng)板的寬度以及擋風(fēng)板到進(jìn)氣口的距離與進(jìn)氣口的寬度一致。7.如權(quán)利要求4所述空氣離子檢測裝置，其特征在于:取樣氣流通道圍板5由銅板制成。8.如權(quán)利要求4所述空氣離子檢測裝置，其特征在于:抽氣風(fēng)機(jī)的取樣氣流速率在20cm/s ?40cm/s的范圍。
【文檔編號】G01N27/26GK105928994SQ201610264428
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】徐先
【申請人】徐先