專利名稱：換氣次數(shù)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換氣次數(shù)測試儀，尤其指一種現(xiàn)場快速測試房間換氣次數(shù) 的儀器，屬于換氣次數(shù)測試裝置。
(二)
背景技術(shù)：
保證人們居住房間有足夠的新風(fēng)量和通風(fēng)換氣次數(shù)對創(chuàng)造良好的室內(nèi)空氣 品質(zhì)和滿足居住房間衛(wèi)生要求有著重要的意義，并已引起世界各國的普遍重視。 換氣次數(shù)是評價房間通風(fēng)效果一項重要指標，評價室內(nèi)通風(fēng)換氣效果需要有相 應(yīng)的測試方法和測試儀器。
目前，評價房間通風(fēng)換氣效果的主要指標為換氣次數(shù)。測試房間換氣次數(shù) 主要有兩種方法，第一種是通過測試房間的通風(fēng)換氣量然后除以房間體積計算 得出；另一種是首先向密閉好的測試房間釋放一定量的示蹤氣體(如二氧化碳)， 示蹤氣體混合均勻后，開啟門窗和通風(fēng)裝置，用示蹤氣體濃度采樣儀在一定時 間內(nèi)采樣示蹤氣體，然后帶回實驗室進行濃度分析，最后計算出房間換氣次數(shù)。 第一種方法相對簡單，得出的是房間的總體換氣次數(shù)，但誤差較大，而且受到 房間通風(fēng)方式的制約，比如房間體積難以準確測試，通風(fēng)量無法測試等等，也 不能對房間內(nèi)的局部換氣效果進行評價；第二種方法相對復(fù)雜，但測試精度高， 并且測試的是房間各點的局部換氣次數(shù)，可以更為準確地評價房間的總體換氣 效果，越來越受到科研工作者的重視。
而其中利用示蹤氣體測量換氣次數(shù)的方法主要有三種濃度衰減法，恒定 濃度法和恒定釋放法；這三種方法當中濃度衰減法最簡單，易操作，對測試設(shè) 備的要求最低。但是現(xiàn)有的測試方法都是通過現(xiàn)場采樣示蹤氣體然后帶回實驗 室分析計算獲得房間換氣次數(shù)值的。這些方法最大的缺點是測試周期長，對專 業(yè)知識要求高，并且需要昂貴的示蹤氣體濃度分析儀器，不能現(xiàn)場快速的測試 房間換氣次數(shù)。
綜上，隨著人們對室內(nèi)居住環(huán)境質(zhì)量的日益關(guān)注，增大房間新風(fēng)量，強化 通風(fēng)換氣是解決室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化的行之有效的方法，但首先需要對房間的通 風(fēng)換氣效果進行評價，因此需要知道房間的換氣次數(shù)?，F(xiàn)有的測試方法和測試 儀器不能滿足現(xiàn)場快速測試的要求，因此，研發(fā)一種現(xiàn)場快速測試房間換氣次 數(shù)的儀器顯得必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種換氣次數(shù)測試儀，以適用于現(xiàn)場快速測試建筑 物房間通風(fēng)換氣次數(shù)。
本發(fā)明一種換氣次數(shù)測試儀，其技術(shù)方案為該換氣次數(shù)測試儀由二氧化 碳濃度感應(yīng)探頭，計算芯片、顯示輸出部分、電源、控制按鈕和機殼六部分組 成；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭與計算芯片用信號傳輸線相連，二氧化碳濃度感應(yīng) 探頭輸出的電信號單向的輸入計算芯片；計算芯片與顯示輸出部分通過信號傳 輸線相連，計算芯片存儲/運算的數(shù)據(jù)單向的輸入到顯示輸出部分；控制按鈕與 計算芯片通過信號傳輸線相連，計算芯片單向的接收控制按鈕的輸出信號；電 源通過電源傳輸線(導(dǎo)線)與二氧化碳濃度感應(yīng)探頭、計算芯片、顯示輸出部 分相連，并向其提供電源。機殼將二氧化碳濃度感應(yīng)探頭、計算芯片、顯示輸 出部分、電源、控制按鈕組裝在一個盒子里，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊。
其中，計算芯片位于機殼內(nèi)；電源位于機殼底部后端并且有蓋可開啟以裝 卸電池；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭位于機殼前端并且在儀器使用時可伸出外露， 不使用時收縮至機殼內(nèi)；顯示輸出部分和控制按鈕分別位于機殼上表面前部和 后部，提供人機操作界面。
其中，二氧化碳濃度感應(yīng)探頭采用美國GE公司生產(chǎn)的C02 OEM Module-6004型二氧化碳濃度傳感器，感測的二氧化碳濃度范圍為0 2000ppm， 并且將感測的二氧化碳濃度值轉(zhuǎn)化為0~5V的電位信號輸出。
其中，計算芯片連續(xù)一段時間采樣輸入二氧化碳濃度電位信號值，將其存 儲起來，采樣結(jié)束后，將存儲的數(shù)據(jù)進行計算，得出測點處的換氣次數(shù)。
其中，顯示部分為液晶顯示屏數(shù)字顯示。
其中，該計算芯片首先在t=0時刻采樣存儲一組二氧化碳濃度值C(O)，然
后經(jīng)過時間t后，采樣存儲另一組二氧化碳濃度值C(t)，最后通過公
式:^^—^n，計算出換氣次數(shù)n。為保證測試的精度，可以設(shè)定連續(xù)測試五組 / C(O)
換氣次數(shù)ni, n2 n3 . .n5.最后計算換氣次數(shù)平均值n-( ni+n2+n3 .. .n5 )/5 。
其中，該計算芯片對控制按鈕的輸入命令進行運算與執(zhí)行，并且實現(xiàn)儀器 的起停，電源的顯示，計算結(jié)果的輸出與顯示。
其中，計算芯片數(shù)據(jù)采集處理流程簡述如下開機后程序初始化，初始化 完畢后設(shè)置數(shù)據(jù)采樣點序列，然后采集點序列等待采集，采集開始一段時間后， 程序判斷5組數(shù)據(jù)是否采集完畢，如果采集完畢，則繼續(xù)比較所采集的5組數(shù) 據(jù)的相互偏差值是否小于5%，如果小于5%，則進行下一步的數(shù)據(jù)處理。如果 采集開始一段時間后，程序判斷5組數(shù)據(jù)沒有采集完畢，則繼續(xù)返回上一步驟 等待采集；如果5組數(shù)據(jù)的相互偏差值是大于5%，則返回到采集等待步驟， 然后繼續(xù)進行數(shù)據(jù)采集完畢和數(shù)據(jù)偏差的判斷，如此循環(huán)，直到數(shù)據(jù)按要求采 集完畢。數(shù)據(jù)采集完畢后進行數(shù)據(jù)處理，處理完畢后程序詢問是否繼續(xù)采集， 如果回答是，則重復(fù)數(shù)據(jù)采集處理一遍；如果回答否，則進行最終的數(shù)據(jù)處理 步驟，最終數(shù)據(jù)處理后顯示換氣次數(shù)結(jié)果。
本發(fā)明一種換氣次數(shù)測試儀，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
1. 本發(fā)明采用二氧化碳作為示蹤氣體，價格低廉，容易獲取，對人體 無毒，降低了儀器整體造價和試驗成本，并且二氧化碳濃度測試探 頭技術(shù)成熟，容易獲取，測試精度能夠保證。
2. 本發(fā)明實現(xiàn)了現(xiàn)場測試房間換氣次數(shù)的功能，相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)場采 樣然后帶回實驗室分析的測試方法來說，具有方便快捷、節(jié)約時間 和試驗成本的特點。
3. 本發(fā)明的計算芯片可以同時存儲多個測試點的測試數(shù)據(jù)，并進行獨 立運算，將各個運算結(jié)果可以進行數(shù)據(jù)分析處理，最終得出房間的 換氣次數(shù)值。這種方法更能準確地反映房間的通風(fēng)換氣效果。
4. 本發(fā)明儀器體積較小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，攜帶方便，測量快速準確。
5. 本發(fā)明操作界面簡單，控制方便。
(四)


圖1所示為換氣次數(shù)測試儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2所示為換氣次數(shù)測試儀的電路連結(jié)接和信號傳輸示意圖 圖3所示為計算芯片中軟件的流程框中具體標號為 l.二氧化碳濃度感應(yīng)探頭 2.計算芯片 3.顯示輸出部分
4.電源 5.控制按鈕 6.機殼
單位及符號說明 1/s 1/秒
s 秒
V---電壓單位，伏特；
ppm…濃度單位，百萬分之一 10—6。
(五)
具體實施例方式
本發(fā)明一種換氣次數(shù)測試儀，如圖1、圖2所示，其是由二氧化碳濃度感
應(yīng)探頭l，計算芯片2，顯示輸出部分3，電源4，控制按鈕5和機殼6六部分 組成。二氧化碳濃度感應(yīng)探頭1與計算芯片2用信號傳輸線相連，二氧化碳濃 度感應(yīng)探頭1輸出的電信號單向的輸入計算芯片2;計算芯片2與顯示輸出部 分3通過信號傳輸線相連，計算芯片2存儲/運算的數(shù)據(jù)單向的輸入到顯示輸出 部分3;控制按鈕5與計算芯片2通過信號傳輸線相連，計算芯片2單向的接 收控制按鈕5的輸出信號；電源4通過電源傳輸線(導(dǎo)線)與二氧化碳濃度感 應(yīng)探頭l、計算芯片2、顯示輸出部分3相連，并向其提供電源。機殼6將二氧 化碳濃度感應(yīng)探頭l、計算芯片2、顯示輸出部分3、電源4、控制按鈕5組裝 在一個盒子里，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，攜帶方便。
其中，計算芯片2位于機殼6內(nèi)；電源4位于機殼6底部后端并且有蓋可 開啟以裝卸電池；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭1位于機殼6前端并且在儀器使用時 可伸出外露，不使用時收縮至機殼內(nèi)；顯示輸出部分3和控制按鈕5分別位于 機殼6上表面前部和后部，提供人機操作界面。
其中，二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)采用美國GE公司生產(chǎn)的C02OEM Module-6004型二氧化碳濃度傳感器，感測的二氧化碳濃度范圍為0~2000ppm， 并且將感測的二氧化碳濃度值轉(zhuǎn)化為0 5V的電位信號輸出。
其中，計算芯片(2)連續(xù)一段時間采樣輸入二氧化碳濃度電位信號值，將 其存儲起來，采樣結(jié)束后，將存儲的數(shù)據(jù)進行計算，得出測點處的換氣次數(shù)。 其中，顯示部分(3)為液晶顯示屏數(shù)字顯示。
其中，該計算芯片(2)首先在t=0時刻采樣存儲一組二氧化碳濃度值C(O)， 然后經(jīng)過時間t后，采樣存儲另一組二氧化碳濃度值C(t)，最后通過公 式:^^」ln^計算出換氣次數(shù)n。為保證測試的精度，可以設(shè)定連續(xù)測試五組
/ c(o)
換氣次數(shù) ,n2n3 ...n5.最后計算換氣次數(shù)平均值n=( ni+n2+n3 ...n5 )/5。
其中，該計算芯片(2)對控制按鈕的輸入命令進行運算與執(zhí)行，并且實現(xiàn) 儀器的起停，電源的顯示，計算結(jié)果的輸出與顯示。
其中，計算芯片(2)數(shù)據(jù)采集處理流程簡述如下開機后程序初始化，初 始化完畢后設(shè)置數(shù)據(jù)采樣點序列，然后采集點序列等待采集，采集開始一段時 間后，程序判斷5組數(shù)據(jù)是否采集完畢，如果采集完畢，則繼續(xù)比較所采集的 5組數(shù)據(jù)的相互偏差值是否小于5%，如果小于5%，則進行下一步的數(shù)據(jù)處理。 如果采集開始一段時間后，程序判斷5組數(shù)據(jù)沒有采集完畢，則繼續(xù)返回上一 步驟等待采集；如果5組數(shù)據(jù)的相互偏差值是大于5%，則返回到采集等待步 驟，然后繼續(xù)進行數(shù)據(jù)采集完畢和數(shù)據(jù)偏差的判斷，如此循環(huán)，直到數(shù)據(jù)按要 求采集完畢。數(shù)據(jù)采集完畢后進行數(shù)據(jù)處理，處理完畢后程序詢問是否繼續(xù)采 集，如果回答是，則重復(fù)數(shù)據(jù)采集處理一遍；如果回答否，則進行最終的數(shù)據(jù) 處理步驟，最終數(shù)據(jù)處理后顯示換氣次數(shù)結(jié)果。
本發(fā)明的工作原理為首先向密閉好的測試房間釋放一定量的二氧化碳氣
體，混合均勻后(二氧化碳濃度為1500ppm左右)用換氣次數(shù)測試儀在1=0時
刻采樣存儲房間內(nèi)二氧化碳初始濃度值C(O)，然后開啟門窗和通風(fēng)裝置，經(jīng)過
時間t后，采樣存儲另一組二氧化碳濃度值C(t)，最后通過公式
w = — 一 In ~^ ;C(O)
計算出換氣次數(shù)n。
其中，n—換氣次數(shù)，單位為1/s; t—測試時間，單位為s; C(O) —測試初
始二氧化碳濃度值，單位為ppm; C(t) _時間t時刻二氧化碳濃度值，單位為 ppm。
為保證測試的精度，設(shè)定連續(xù)測試三組換氣次數(shù)m， n2 n3.最后計算換氣次 數(shù)平均值n=( ni+n2+n3)/3。最后的測試結(jié)果通過液晶顯示屏顯示出來。通過控 制按鈕實現(xiàn)儀器的開/關(guān)機，設(shè)定采樣時間，采樣次數(shù)、顯示計算結(jié)果。
具體操作如下 1.試驗準備，開機，初始參數(shù)設(shè)定
測試初始時，向密閉的測試房間釋放一定量的二氧化碳氣體，并通過開啟 風(fēng)扇等措施將房間內(nèi)二氧化碳氣體混合均勻(1500ppm)。為判別房間二氧化碳 氣體是否混合均勻，開啟換氣次數(shù)測試儀，連續(xù)測量房間三個不同測點(測點
1、 測點2、測點3)的二氧化碳濃度值，如果這三點二氧化碳濃度值的相對偏 差在5%以內(nèi)，則認為二氧化碳氣體已經(jīng)混合均勻，否則繼續(xù)攪混氣體，直到 滿足混合均勻性要求?；旌暇鶆蛐詽M足要求后，將測試的三組二氧化碳濃度值 d(O)、 C2(0)、 C3(0)作為初始值存入儀器計算芯片中，同時存儲開始測試時間V 設(shè)定采樣時間， 一般為60s。
2. 觀!j試
開啟房間門窗和通風(fēng)裝置，經(jīng)過時間t,(一般為5分鐘)后，在測點1， 測試二氧化碳濃度值d("，采樣完畢后，依次測試測點2和測點3的二氧化碳
濃度值C2(t2)、C3(t3)。在存儲每點的二氧化碳濃度時也同時記錄測試時刻ti，t2,t3。 其中每個測點的數(shù)據(jù)采集及處理流程為見附圖3。流程簡述如下開機后
程序初始化，初始化完畢后設(shè)置數(shù)據(jù)采樣點序列，然后采集點序列等待采集，
采集開始一段時間后，程序判斷5組數(shù)據(jù)是否采集完畢，如果采集完畢，則繼 續(xù)比較所采集的5組數(shù)據(jù)的相互偏差值是否小于5%，如果小于5%，則進行下 一步的數(shù)據(jù)處理。如果采集開始一段時間后，程序判斷5組數(shù)據(jù)沒有采集完畢， 則繼續(xù)返回上一步驟等待采集；如果5組數(shù)據(jù)的相互偏差值是大于5%，則返 回到采集等待步驟，然后繼續(xù)進行數(shù)據(jù)采集完畢和數(shù)據(jù)偏差的判斷，如此循環(huán)， 直到數(shù)據(jù)按要求采集完畢。數(shù)據(jù)采集完畢后進行數(shù)據(jù)處理，處理完畢后程序詢 問是否繼續(xù)采集，如果回答是，則重復(fù)數(shù)據(jù)采集處理一遍；如果回答否，則進
行最終的數(shù)據(jù)處理步驟，最終數(shù)據(jù)處理后顯示換氣次數(shù)結(jié)果。
3.數(shù)據(jù)處理
計算芯片自動的調(diào)用每個測點(通道)的初始/結(jié)束時刻的二氧化碳濃度值
和時刻。然后通過公式"=-^1!1^計算每個測點的換氣次數(shù)值，式中，n—
換氣次數(shù)，單位為1/s; t—測試時間，單位為s; C(O)—測試初始二氧化碳濃
度值，單位為ppm; C(t) —時間t時刻二氧化碳濃度值，單位為ppm。具體地 說，測點1的換氣次數(shù)",-7"^ln^ ，測點2的換氣次數(shù)
"2 =——^~1n^^,測點3的換氣次數(shù)^ =——^~in^ll。最后得出房間換 2 (/2—C2(0)，vjwjj7c w、雙3 (,3—,。)c3(0)取7口i寸山/力ijw
氣次數(shù)的平均值"二(", +"2 +"3)/3 。
權(quán)利要求
1.一種換氣次數(shù)測試儀，其特征在于該測試儀是由二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)、計算芯片(2)、顯示輸出部分(3)，電源(4)、控制按鈕(5)和機殼(6)組成；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)與計算芯片(2)用信號傳輸線相連，二氧化碳濃度感應(yīng)探頭輸出的電信號單向的輸入計算芯片；計算芯片(2)與顯示輸出部分(3)通過信號傳輸線相連，計算芯片存儲/運算的數(shù)據(jù)單向的輸入到顯示輸出部分；控制按鈕(5)與計算芯片(2)通過信號傳輸線相連，計算芯片單向的接收控制按鈕的輸出信號；電源(4)通過電源傳輸線與二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)、計算芯片(2)、顯示輸出部分(3)相連，并向其提供電源；機殼(6)將二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)、計算芯片(2)、顯示輸出部分(3)、電源(4)、控制按鈕(5)組裝在一個盒子里，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊；其中，計算芯片(2)位于機殼(6)內(nèi)；電源(4)位于機殼(6)底部后端并且有蓋可開啟以裝卸電池；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭(1)位于機殼(6)前端并且在儀器使用時可伸出外露，不使用時收縮至機殼內(nèi)；顯示輸出部分(3)和控制按鈕(5)分別位于機殼(6)上表面前部和后部，提供人機操作界面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換氣次數(shù)測試儀，其特征在于二氧化碳濃度感 應(yīng)探頭(1)感測的二氧化碳濃度范圍為0 2000ppm，并且將感測的二氧化碳 濃度值轉(zhuǎn)化為0 5V的電位信號輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換氣次數(shù)測試儀，其特征在于計算芯片(2) 連續(xù)一段時間采樣輸入二氧化碳濃度電位信號值，將其存儲起來，采樣結(jié)束后， 將存儲的數(shù)據(jù)進行計算，得出測點處的換氣次數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換氣次數(shù)測試儀，其特征在于顯示部分(3)為液晶顯示屏數(shù)字顯示。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算芯片，其特征在于該計算芯片(2)首先 在t=0時刻釆樣存儲一組二氧化碳濃度值C(O)，然后經(jīng)過時間t后，采樣存儲 另一組二氧化碳濃度值C(t)，最后通過公式:^^」ln，計算出換氣次數(shù)n。為/ c(o)保證測試的精度，可以設(shè)定連續(xù)測試五組換氣次數(shù)m, n2 ,n3 ...n5,最后計算換氣次數(shù)平均值n=( ni+n2+n3 .. .n5 )/5 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算芯片，其特征在于計算芯片(2)能夠連續(xù)依次測量房間三個點的二氧化碳濃度值并將數(shù)據(jù)存儲器來計算三個點的換氣 次數(shù)值，最后得出房間的總體換氣次數(shù)值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算芯片，其特征在于該計算芯片(2)對控 制按鈕的輸入命令進行運算與執(zhí)行，并且實現(xiàn)儀器的起停，電源的顯示，計算 結(jié)果的輸出與顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場快速測試房間通風(fēng)換氣次數(shù)的換氣次數(shù)測試儀，其特征在于該測試儀是由二氧化碳濃度感應(yīng)探頭、計算芯片、顯示輸出部分，電源、控制按鈕和機殼組成；二氧化碳濃度感應(yīng)探頭與計算芯片用信號傳輸線相連，二氧化碳濃度感應(yīng)探頭輸出的電信號單向的輸入計算芯片；計算芯片與顯示輸出部分通過信號傳輸線相連，計算芯片存儲/運算的數(shù)據(jù)單向的輸入到顯示輸出部分；控制按鈕與計算芯片通過信號傳輸線相連，計算芯片單向的接收控制按鈕的輸出信號；電源通過電源傳輸線(導(dǎo)線)與二氧化碳濃度感應(yīng)探頭、計算芯片、顯示輸出部分相連，并向其提供電源；機殼將二氧化碳濃度感應(yīng)探頭、計算芯片、顯示輸出部分、電源、控制按鈕組裝在一個盒子里，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號G01N35/00GK101178412SQ200710166529
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者劉志軍, 吳志勇, 王國云, 王智超 申請人:中國建筑科學(xué)研究院