楊越飛 蘇忠亮 李速華 林福柱 張 曄

（廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 福建廈門 361000）

目前，我國家具中有害物質(zhì)釋放量的檢測標(biāo)準(zhǔn)是GB18584-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量》，將家具制成小樣塊，在9～11 L干燥器密閉24 h 后檢測。這個檢測過程無法真實(shí)反映實(shí)際家居環(huán)境中甲醛釋放規(guī)律，無法正確評估家具甲醛釋放量。

因此，通過研發(fā)一款智能恒溫采集裝置，自動連續(xù)監(jiān)測家具中甲醛濃度，提高檢測效率。以床頭柜作為研究對象，利用氣候箱模擬家具正常使用環(huán)境，分別使用智能恒溫采樣裝置和普通采樣裝置采集甲醛氣體，分析家具中的甲醛釋放量。

1 工作原理

新型智能采樣裝置的總體框架圖如圖1 所示，主要包括恒溫控制系統(tǒng)、恒流采樣系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。首先，利用自行設(shè)計的半導(dǎo)體空調(diào)裝置、風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)置軸流攪拌系統(tǒng)保持設(shè)備內(nèi)部溫度穩(wěn)定；其次，用（0～3） L/min真空泵、恒流緩沖補(bǔ)償裝置、氣流分配和防倒吸附保護(hù)裝置等確保采集氣體流量精準(zhǔn)、穩(wěn)定可靠；用自動控制系統(tǒng)采集溫度信號、電磁閥輸入輸出信號、氣泵工作狀態(tài)，壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)等信息；最后利用自己編寫的控制軟件監(jiān)控采樣起止時間、工作溫度等，并自動輸出保存。

圖1 智能自動采樣控制系統(tǒng)

2 硬件設(shè)計

智能自動采樣裝置外箱體采用SUS304 高強(qiáng)度碳鋼焊接成型，內(nèi)表用厚度2 cm 保溫材料進(jìn)行絕熱處理，以減少能量流失，隔離環(huán)境干擾，確保艙內(nèi)溫度穩(wěn)定。裝置頂部是玻璃艙門，以方便操作及觀察裝置工作狀態(tài)。

恒溫控制采用冷熱對抗平衡控制原理，選用體積小、響應(yīng)快的半導(dǎo)體制冷組件，由半導(dǎo)體制冷換熱片、直流電源、水冷散熱排、水泵、管線組成。采用具有自動保護(hù)、高轉(zhuǎn)換效率的PTC 陶瓷電加熱器加熱，配艙內(nèi)循環(huán)散熱風(fēng)機(jī)。

溫度自動控制儀表采用臺達(dá)集團(tuán)溫度專用控制器DTC1000V，內(nèi)置P. I. D（比例、積分、微分）溫控程序，可通過傳感器反饋，自動調(diào)節(jié)輸出功率，實(shí)現(xiàn)精確控溫，還具有自動演算功能，給出最佳控制參數(shù)。

程序控制采用PLC+觸摸屏方式，采用臺達(dá)集團(tuán)DVP32EC00R3主機(jī)，具有16個狀態(tài)輸入點(diǎn)，16個開關(guān)量輸出控制點(diǎn)，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制。人機(jī)界面采用臺達(dá)集團(tuán)彩色7 英寸DOP-107WV 觸摸屏，支持RS-232/422/485 通訊、數(shù)據(jù)斷電保存、U盤轉(zhuǎn)存等，可聯(lián)機(jī)支持遠(yuǎn)程控制。此外該設(shè)備還有溫度傳感器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、電磁閥、真空采樣泵、流量計、吸收瓶、緩沖瓶、報警指示器等輔助硬件（圖2）。

圖2 半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)圖示

3 軟件設(shè)計

采用臺達(dá)集團(tuán)專為在工業(yè)環(huán)境設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)DVP-EX可編程控制器，采用一種可編程的存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出來控制設(shè)備操作，是工業(yè)自動化的主力設(shè)備。該裝置可根據(jù)各輸入輸出端點(diǎn)狀態(tài)來分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時啟停，條件啟動，控制各個端點(diǎn)啟停、計時、預(yù)約等，實(shí)現(xiàn)各端點(diǎn)間協(xié)同、邏輯互鎖等。

智能采樣裝置有10 路平行采集，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)10 路系統(tǒng)分別定時啟動、延時、切換、停止等一系列動作。多路順序采樣、平行采樣任意設(shè)定，控制結(jié)構(gòu)以及操控界面見圖3～4。

圖3 智能采樣裝置的控制結(jié)構(gòu)圖

圖4 智能采樣裝置的軟件界面

4 氣候箱法測定家具中甲醛釋放量

4.1 實(shí)驗(yàn)條件

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備：智能恒溫采樣裝置、SKC 普通采樣裝置、1 m3甲醛氣候箱、UV-2700 紫外-可見光光譜儀、數(shù)顯恒溫水浴鍋

實(shí)驗(yàn)試劑：乙酰丙酮、乙酸銨、甲醛溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)過程中，氣候箱需保持溫度：（23±0.5）℃，相對濕度：50%±3%，承載率：（1.0±0.02） m2/m3，空氣置換率：（1.0±0.05） h-1，樣品表面空氣流速：0.1～0.3 m/s。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法

將床頭柜樣品（42cm×48cm×50cm，如圖5）提前1 d 放入具有雙通道采集的1 m3甲醛氣候箱中。24 h后分別使用智能采樣裝置和普通采樣裝置收集甲醛氣體，采樣環(huán)境溫度為23 ℃，抽氣速度為2 L/min，時間為60 min，共采集5 次，每次間隔1 h。參照GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中1 m3氣候箱法測試甲醛釋放量。

圖5 床頭柜

4.3 結(jié)果與分析

不同采集裝置對床頭柜的甲醛測試結(jié)果如圖6所示。圖6 可知，9 點(diǎn)到13 點(diǎn)床頭柜甲醛釋放濃度是逐漸增大，13 點(diǎn)到17 點(diǎn)，智能采集裝置采集的甲醛濃度先降低后增大，普通采集裝置采集的甲醛濃度是逐漸增加，且普通采集裝置采集的甲醛濃度明顯高于智能采集裝置。這可能是由于智能采集裝置是恒溫條件下采集，與1 m3氣候箱中溫度一致，而普通采集裝置沒有恒溫控制，導(dǎo)致采集的甲醛濃度升高。

圖6 不同裝置采集的甲醛濃度

5 結(jié)論

智能采集裝置不受環(huán)境影響，具有連續(xù)自動采集、恒溫恒流、確保采集的氣體流更穩(wěn)定，不僅能更好處理樣品采集，成本低，而且提高采樣的效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。