换气次数测试仪转让专利
申请号 : CN200710166529.0
文献号 : CN101178412B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : 王智超 , 刘志军 , 王国云 , 吴志勇
申请人 : 中国建筑科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种换气次数测试仪，其特征在于：该测试仪是由二氧化碳浓度感应探头、计算芯片、显示输出部分，电源、控制按钮和机壳组成；二氧化碳浓度感应探头与计算芯片用信号传输线相连，二氧化碳浓度感应探头输出的电信号单向的输入计算芯片；计算芯片与显示输出部分通过信号传输线相连，计算芯片存储/运算的数据单向的输入到显示输出部分；控制按钮与计算芯片通过信号传输线相连，计算芯片单向的接收控制按钮的输出信号；电源通过电源传输线与二氧化碳浓度感应探头、计算芯片、显示输出部分相连，并向其提供电源；机壳将二氧化碳浓度感应探头、计算芯片、显示输出部分、电源、控制按钮组装在一个盒子里，使得装置结构紧凑；其中，计算芯片位于机壳内；电源位于机壳底部后端并且有盖可开启以装卸电池；二氧化碳浓度感应探头位于机壳前端并且在仪器使用时可伸出外露，不使用时收缩至机壳内；显示输出部分和控制按钮分别位于机壳上表面前部和后部，提供人机操作界面；
其中，该计算芯片首先在t＝0时刻采样存储一组二氧化碳浓度值C(0)，然后经过时间t后，采样存储另一组二氧化碳浓度值C(t)，最后通过公式：计算出换气次数值ni。
2.根据权利要求1所述的换气次数测试仪，其特征在于：为保证测试的精度，设定连续测试五组换气次数n1，n2，n3...n5，最后计算换气次数平均值n＝(n1+n2+n3...n5)/5。
3.根据权利要求1所述的换气次数测试仪，其特征在于：二氧化碳浓度感应探头感测的二氧化碳浓度范围为0～2000ppm，并且将感测的二氧化碳浓度值转化为0～5V的电位信号输出。
4.根据权利要求1所述的换气次数测试仪，其特征在于：显示部分为液晶显示屏数字显示。
5.根据权利要求1所述的换气次数测试仪，其特征在于：该计算芯片能够连续依次测量房间三个点的二氧化碳浓度值并将数据存储起来，分别计算三个点的换气次数值，最后通过计算三个点的换气次数值的平均值，得出房间的总体换气次数值。
6.根据权利要求1所述的换气次数测试仪，其特征在于：该计算芯片对控制按钮的输入命令进行运算与执行，并且实现仪器的起停，电源的显示，计算结果的输出与显示。
说明书 :
(一)技术领域：
本发明涉及一种换气次数测试仪，尤其指一种现场快速测试房间换气次数的仪器，属于换气次数测试装置。
(二)背景技术：
保证人们居住房间有足够的新风量和通风换气次数对创造良好的室内空气品质和满足居住房间卫生要求有着重要的意义，并已引起世界各国的普遍重视。换气次数是评价房间通风效果一项重要指标，评价室内通风换气效果需要有相应的测试方法和测试仪器。
目前，评价房间通风换气效果的主要指标为换气次数。测试房间换气次数主要有两种方法，第一种是通过测试房间的通风换气量然后除以房间体积计算得出；另一种是首先向密闭好的测试房间释放一定量的示踪气体(如二氧化碳)，示踪气体混合均匀后，开启门窗和通风装置，用示踪气体浓度采样仪在一定时间内采样示踪气体，然后带回实验室进行浓度分析，最后计算出房间换气次数。第一种方法相对简单，得出的是房间的总体换气次数，但误差较大，而且受到房间通风方式的制约，比如房间体积难以准确测试，通风量无法测试等等，也不能对房间内的局部换气效果进行评价；第二种方法相对复杂，但测试精度高，并且测试的是房间各点的局部换气次数，可以更为准确地评价房间的总体换气效果，越来越受到科研工作者的重视。
而其中利用示踪气体测量换气次数的方法主要有三种：浓度衰减法，恒定浓度法和恒定释放法；这三种方法当中浓度衰减法最简单，易操作，对测试设备的要求最低。但是现有的测试方法都是通过现场采样示踪气体然后带回实验室分析计算获得房间换气次数值的。这些方法最大的缺点是测试周期长，对专业知识要求高，并且需要昂贵的示踪气体浓度分析仪器，不能现场快速的测试房间换气次数。
综上，随着人们对室内居住环境质量的日益关注，增大房间新风量，强化通风换气是解决室内空气品质恶化的行之有效的方法，但首先需要对房间的通风换气效果进行评价，因此需要知道房间的换气次数。现有的测试方法和测试仪器不能满足现场快速测试的要求，因此，研发一种现场快速测试房间换气次数的仪器显得必要。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种换气次数测试仪，以适用于现场快速测试建筑物房间通风换气次数。
本发明一种换气次数测试仪，其技术方案为：该换气次数测试仪由二氧化碳浓度感应探头，计算芯片、显示输出部分、电源、控制按钮和机壳六部分组成；二氧化碳浓度感应探头与计算芯片用信号传输线相连，二氧化碳浓度感应探头输出的电信号单向的输入计算芯片；计算芯片与显示输出部分通过信号传输线相连，计算芯片存储/运算的数据单向的输入到显示输出部分；控制按钮与计算芯片通过信号传输线相连，计算芯片单向的接收控制按钮的输出信号；电源通过电源传输线(导线)与二氧化碳浓度感应探头、计算芯片、显示输出部分相连，并向其提供电源。机壳将二氧化碳浓度感应探头、计算芯片、显示输出部分、电源、控制按钮组装在一个盒子里，使得装置结构紧凑。
其中，计算芯片位于机壳内；电源位于机壳底部后端并且有盖可开启以装卸电池；二氧化碳浓度感应探头位于机壳前端并且在仪器使用时可伸出外露，不使用时收缩至机壳内；显示输出部分和控制按钮分别位于机壳上表面前部和后部，提供人机操作界面。
其中，二氧化碳浓度感应探头采用美国GE公司生产的CO2 OEMModule-6004型二氧化碳浓度传感器，感测的二氧化碳浓度范围为0～2000ppm，并且将感测的二氧化碳浓度值转化为0～5V的电位信号输出。
其中，计算芯片连续一段时间采样输入二氧化碳浓度电位信号值，将其存储起来，采样结束后，将存储的数据进行计算，得出测点处的换气次数。
其中，显示部分为液晶显示屏数字显示。
其中，该计算芯片首先在t＝0时刻采样存储一组二氧化碳浓度值C(0)，然后经过时间t后，采样存储另一组二氧化碳浓度值C(t)，最后通过公式：计算出换气次数n。为保证测试的精度，可以设定连续测试五组换气次数n1，n2 n3...n5，最后计算换气次数平均值n＝(n1+n2+n3...n5)/5。
其中，该计算芯片对控制按钮的输入命令进行运算与执行，并且实现仪器的起停，电源的显示，计算结果的输出与显示。
其中，计算芯片数据采集处理流程简述如下：开机后程序初始化，初始化完毕后设置数据采样点序列，然后采集点序列等待采集，采集开始一段时间后，程序判断5组数据是否采集完毕，如果采集完毕，则继续比较所采集的5组数据的相互偏差值是否小于5％，如果小于5％，则进行下一步的数据处理。如果采集开始一段时间后，程序判断5组数据没有采集完毕，则继续返回上一步骤等待采集；如果5组数据的相互偏差值是大于5％，则返回到采集等待步骤，然后继续进行数据采集完毕和数据偏差的判断，如此循环，直到数据按要求采集完毕。数据采集完毕后进行数据处理，处理完毕后程序询问是否继续采集，如果回答是，则重复数据采集处理一遍；如果回答否，则进行最终的数据处理步骤，最终数据处理后显示换气次数结果。
本发明一种换气次数测试仪，与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明采用二氧化碳作为示踪气体，价格低廉，容易获取，对人体无毒，降低了仪器整体造价和试验成本，并且二氧化碳浓度测试探头技术成熟，容易获取，测试精度能够保证。
2.本发明实现了现场测试房间换气次数的功能，相比于传统的现场采样然后带回实验室分析的测试方法来说，具有方便快捷、节约时间和试验成本的特点。
3.本发明的计算芯片可以同时存储多个测试点的测试数据，并进行独立运算，将各个运算结果可以进行数据分析处理，最终得出房间的换气次数值。这种方法更能准确地反映房间的通风换气效果。
4.本发明仪器体积较小，结构简单紧凑，携带方便，测量快速准确。
5.本发明操作界面简单，控制方便。
(四)附图说明：
图1所示为换气次数测试仪的整体结构示意图
图2所示为换气次数测试仪的电路连结接和信号传输示意图
图3所示为计算芯片中软件的流程框图图中具体标号为：
1.二氧化碳浓度感应探头 2.计算芯片 3.显示输出部分
4.电源 5.控制按钮 6.机壳
单位及符号说明：
1/s 1/秒
S 秒
V---电压单位，伏特；
ppm---浓度单位，百万分之一10-6。
(五)具体实施方式：
本发明一种换气次数测试仪，如图1、图2所示，其是由二氧化碳浓度感应探头1，计算芯片2，显示输出部分3，电源4，控制按钮5和机壳6六部分组成。二氧化碳浓度感应探头1与计算芯片2用信号传输线相连，二氧化碳浓度感应探头1输出的电信号单向的输入计算芯片2；计算芯片2与显示输出部分3通过信号传输线相连，计算芯片2存储/运算的数据单向的输入到显示输出部分3；控制按钮5与计算芯片2通过信号传输线相连，计算芯片2单向的接收控制按钮5的输出信号；电源4通过电源传输线(导线)与二氧化碳浓度感应探头1、计算芯片2、显示输出部分3相连，并向其提供电源。机壳6将二氧化碳浓度感应探头1、计算芯片2、显示输出部分3、电源4、控制按钮5组装在一个盒子里，使得装置结构紧凑，体积较小，携带方便。
其中，计算芯片2位于机壳6内；电源4位于机壳6底部后端并且有盖可开启以装卸电池；二氧化碳浓度感应探头1位于机壳6前端并且在仪器使用时可伸出外露，不使用时收缩至机壳内；显示输出部分3和控制按钮5分别位于机壳6上表面前部和后部，提供人机操作界面。
其中，二氧化碳浓度感应探头(1)采用美国GE公司生产的CO2 OEMModule-6004型二氧化碳浓度传感器，感测的二氧化碳浓度范围为0～2000ppm，并且将感测的二氧化碳浓度值转化为0～5V的电位信号输出。
其中，计算芯片(2)连续一段时间采样输入二氧化碳浓度电位信号值，将其存储起来，采样结束后，将存储的数据进行计算，得出测点处的换气次数。
其中，显示部分(3)为液晶显示屏数字显示。
其中，该计算芯片(2)首先在t＝0时刻采样存储一组二氧化碳浓度值C(0)，然后经过时间t后，采样存储另一组二氧化碳浓度值C(t)，最后通过公式：计算出换气次数n。为保证测试的精度，可以设定连续测试五组换气次数n1，n2 n3...n5，最后计算换气次数平均值n＝(n1+n2+n3...n5)/5。
其中，该计算芯片(2)对控制按钮的输入命令进行运算与执行，并且实现仪器的起停，电源的显示，计算结果的输出与显示。
其中，计算芯片(2)数据采集处理流程简述如下：开机后程序初始化，初始化完毕后设置数据采样点序列，然后采集点序列等待采集，采集开始一段时间后，程序判断5组数据是否采集完毕，如果采集完毕，则继续比较所采集的5组数据的相互偏差值是否小于5％，如果小于5％，则进行下一步的数据处理。如果采集开始一段时间后，程序判断5组数据没有采集完毕，则继续返回上一步骤等待采集；如果5组数据的相互偏差值是大于5％，则返回到采集等待步骤，然后继续进行数据采集完毕和数据偏差的判断，如此循环，直到数据按要求采集完毕。数据采集完毕后进行数据处理，处理完毕后程序询问是否继续采集，如果回答是，则重复数据采集处理一遍；如果回答否，则进行最终的数据处理步骤，最终数据处理后显示换气次数结果。
本发明的工作原理为：首先向密闭好的测试房间释放一定量的二氧化碳气体，混合均匀后(二氧化碳浓度为1500ppm左右)用换气次数测试仪在t＝0时刻采样存储房间内二氧化碳初始浓度值C(0)，然后开启门窗和通风装置，经过时间t后，采样存储另一组二氧化碳浓度值C(t)，最后通过公式：
计算出换气次数n。
其中，n-换气次数，单位为1/s；t-测试时间，单位为s；C(0)-测试初始二氧化碳浓度值，单位为ppm；C(t)-时间t时刻二氧化碳浓度值，单位为ppm。
为保证测试的精度，设定连续测试三组换气次数n1，n2 n3，最后计算换气次数平均值n＝(n1+n2+n3)/3。最后的测试结果通过液晶显示屏显示出来。通过控制按钮实现仪器的开/关机，设定采样时间，采样次数、显示计算结果。
具体操作如下：
1.试验准备，开机，初始参数设定
测试初始时，向密闭的测试房间释放一定量的二氧化碳气体，并通过开启风扇等措施将房间内二氧化碳气体混合均匀(1500ppm)。为判别房间二氧化碳气体是否混合均匀，开启换气次数测试仪，连续测量房间三个不同测点(测点1、测点2、测点3)的二氧化碳浓度值，如果这三点二氧化碳浓度值的相对偏差在5％以内，则认为二氧化碳气体已经混合均匀，否则继续搅混气体，直到满足混合均匀性要求。混合均匀性满足要求后，将测试的三组二氧化碳浓度值C1(0)、C2(0)、C3(0)作为初始值存入仪器计算芯片中，同时存储开始测试时间t0。设定采样时间，一般为60s。
2.测试
开启房间门窗和通风装置，经过时间t1(一般为5分钟)后，在测点1，测试二氧化碳浓度值C1(t1)，采样完毕后，依次测试测点2和测点3的二氧化碳浓度值C2(t2)、C3(t3)。在存储每点的二氧化碳浓度时也同时记录测试时刻t1，t2，t3。
其中每个测点的数据采集及处理流程为见附图3。流程简述如下：开机后程序初始化，初始化完毕后设置数据采样点序列，然后采集点序列等待采集，采集开始一段时间后，程序判断5组数据是否采集完毕，如果采集完毕，则继续比较所采集的5组数据的相互偏差值是否小于5％，如果小于5％，则进行下一步的数据处理。如果采集开始一段时间后，程序判断5组数据没有采集完毕，则继续返回上一步骤等待采集；如果5组数据的相互偏差值是大于5％，则返回到采集等待步骤，然后继续进行数据采集完毕和数据偏差的判断，如此循环，直到数据按要求采集完毕。数据采集完毕后进行数据处理，处理完毕后程序询问是否继续采集，如果回答是，则重复数据采集处理一遍；如果回答否，则进行最终的数据处理步骤，最终数据处理后显示换气次数结果。
3.数据处理
计算芯片自动的调用每个测点(通道)的初始/结束时刻的二氧化碳浓度值和时刻。然后通过公式计算每个测点的换气次数值，式中，n-换气次数，单位为1/s；t-测试时间，单位为s；C(0)-测试初始二氧化碳浓度值，单位为ppm；C(t)-时间t时刻二氧化碳浓度值，单位为ppm。具体地说，测点1的换气次数测点2的换气次数测点3的换气次数最后得出房间换气次数的平均值n＝(n1+n2+n3)/3。