2.2.2 甲醛
甲醛CHCHO)是一种无色易溶的刺激性气体，易挥发，所以在室内空气品质研究中，将其归为VOC，即挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)。其水溶液即“福尔马林”甲醛具有强烈刺激性气味，其毒性主要表现在神经系统及呼吸系统症状。当室内甲醛含量为0.1 mg/m3，时就有异味和不适感;0.5 mg/m3可刺激眼睛引起流泪;0.6mg/m3时引起咽喉不适或疼痛;浓度再高可引起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘甚到市气肿;当空气中达到30 mg/m3时可当即导致死亡。甲醛是室内挥发性有机物中最主要和最具危害的污染源，其广泛存在于室内装修材料如壁纸、地板、油漆、胶水等。例如，因为人造板是造成室内空气中甲醛超标的主要因素，世界上不少国家对人造板的甲醛的散发值作了严格的规定。国际标准是穿孔测试值必须小于1Omg甲醛/100g板[12]。但市场上大量建材实际上远远超过了这一指标，成为室内空气品质恶化的主要原因之一。大量的使用不符合标准的建筑材料也是新装修的房屋常常造成居住者明显不适的主要原因。
中国消费者协会提请国家人造板质量监督检验中心于1999年初对北京市场销售的21种牌号的装饰板进行了比较试验。我国目前还没有对装饰单板贴面胶合板甲醛释放量进行规定，采用的是日本的JASNO. 516-1992标准，该标准对甲醛释放量指标明确分为3级，最高级为≤1Omg甲醛/ 100g板。对21种样品的试验，有15种样品的甲醛释放量超过指标，占71.4%，使用这样的产品势必会给居室环境造成污染，直接危害消费者的健康。
我国于1996年颁布了《居室空气中甲醛的卫生标准》，明确规定居室空气中甲醛的最高允许浓度为0.6ppm即0.08 mg/m3。 2.2.3 甲烷
甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。健康危害：甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离，可致窒息死亡。皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。
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2.2.4 物理污染
物理污染指尘埃、放射性、电磁辐射等物理因素造成的污染。其中，放射性污染造成的危害最为严重。放射性污染主要来自建筑石材、土壤等含有的氡，镭等放射性元素。其中氡的污染最为普遍，不容忽视。
氡是由放射性元素镭衰变产生的，是自然界中唯一的天然放射性气体。氡是一种无色无味气体，容易被忽视。氡原子在空气中的衰变产物被称为氡子体，为金属粒子。在常温下，氡及氡子体在空气中能够形成放射性气溶胶而污染空气环境。
人类在高浓度氡的作用下，机体会出现红细胞的变化。氡对人体脂肪有很高的 亲合力，特别是氡与神经系统结合后，对人体的危害更大。当人们将氡吸入体内后，
氡衰变产生的a粒子可以在人的呼吸系统造成辐射损伤，诱发肺癌。室内氡的危害直到20世纪60年代才被发现，研究表明，氡对人体的辐射的伤害占人体一生中所受到的辐射伤害的55%以上，其诱发肺癌的潜伏期大多在15年以上。
世界上有1/5的肺癌患者的发病原因与氡有关。氡是导致人类引发肺癌的第二大“杀手”，是除吸咽以外引起肺癌的第三大因素。世界卫生组织(WHO)的国际癌症研究中心(CARC)以动物实验证实了氡是当前认识到的19种主要环境物质之一。
氡主要源于房屋地基土壤、以及花岗岩、砖砂、水泥及石膏之类建筑材料之中。 在室外空气中氧的辐射剂量是很低的，可是，一旦进入室内，就会在室内大量积聚。室内氡还具有明显的季节变化，通过试验表明，冬季最高，夏季最低。室内通风状况直接决定了室内氡气对人体危害性的大小。另外，厨房使用的天然气也可能释放出氡[13]。
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2.3 室内空气标准
目前我国专门针对家庭、写字楼的室内空气品质的标准尚未出台，有关方面称正在制定中，有望在2002年公布。如表2.1是一些国家和地区的室内空气标准和建议值。
表2.1 当今先进国家和地区的环境参数标准及建议值
温度 相对湿度（％） 台湾 23-28 40-70 美国 20-22 英国 日本 18-28 40-70 0.5 150 1000 10 100 400-700 瑞典 18-20 80 100 荷兰 140 35 俄国 18-21 50-55 建议值 18-28 30-70 0.1-0.25 150 1000 10 50 25 100 20-60 20-80 0.2 2500 9 50 100 3500 25 50 120 平均风速（m/s） 0.15-0.5 悬浮颗粒(g/m3) 二氧化碳（ppm） 一氧化碳（ppm） 二氧化氮（ppb） 臭氧（ppb） 二氧化硫（ppb） 甲醛 新房 150 1000 10 200 500 80-100 133 25（日平均） 100 （ppb） 旧房 2.4 本章小结
本章主要介绍室内空气主要污染物及危害。室内主要污染物包括酒精、甲烷、一氧化碳等，当浓度超过一定的限度，会对人的身体健康造成不利影响。并分析了此次设计所能监察的气体，为下一章具体设计气体浓度做出了具体要求。
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3 半导体气体传感器工作原理
3.1 各种气体传感器分析
目前按照气敏特性来分，主要分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等气体传感器，又以前两种最为普遍。 3.1.1 半导体型气体传感器原理及其优缺点
半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导率的变化。为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器可以加速氧化过程，这也是为什么有些低端传感器总是不稳定，其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太低反应不充分。
自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面[14]。
3.1.2 电化学气体传感器
电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以检测许多有毒气体和氧气，后者还能检测血液中的氧浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。不足之处是有寿命的限制一般为两年[15]。 3.1.3 半导体传感器和电化学传感器的区别
半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。 3.1.4 固态电解质气体传感器
顾名思义，固态电解质就是以固体离子导电为电解质的化学电池。它介于半导体和电化学之间。选择性，灵敏度高于半导体而寿命又长于电化学，所以也得到了很多的应用，不足之处就是响应时间过长[16]。
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3.1.5 接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器只能测量可燃气体。又分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式，原理是气敏材料在通电状态下，可燃气体在表面或者在催化剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。后者因为催化剂的关系具有广普特性应用更广。
3.1.6 光学式气体传感器
光学式气体传感器主要包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等等，主要以红外吸收型为主。由于不同气体对红外波吸收程度不同，通过测量红外吸收波长来检测气体。目前因为它的结构关系一般造价颇高。
本项目综合考虑了各种情况，最终选择了半导体气体传感器，作为检测器件。 气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来，并将其转化为电信号的器件，是气体传感器阵列的核心元件。而气体传感器阵列是电子嗅觉系统的关键组成单元，由对不同气味有不同灵敏度的气敏元件组成，这些气敏元件具有广谱响应特性、交叉灵敏度大的特性[17]。
一般，气体传感器阵列可采用数个单独的气体传感器组合而成，并采用集成工艺制作，体积小，功耗低，便于信号的集中采集与处理。单个气体传感器与气敏阵列在特性上有质的区别，单个气体传感器对气体的响应可用强度来表示，而气敏传感器阵列除了各个传感器的响应外，在全部传感器组成的多位空间中形成的响应模式，在环境条件一定的情况下，阵列上的响应模式与其激励是一一对应的，而这是该系统能对多种气味和气体进行辨识的关键所在。 3.2 器件的选择
本设计要求实现对甲醛、一氧化碳 、甲烷气体的定性和定量分析，首先最重要的工作是选择合适的传感器，通过对性能、可实现性、价格等的对比。针对酒精气体，选择的是MQ-138A甲醛传感器，针对一氧化碳气体，选择的是MQ-7一氧化碳传感器，针对甲烷气体，采用的是MQ-4半导体气体传感器，由这三种传感器组成传感器阵列。
3.2.1 MQ-138甲醛传感器
MQ-138是一种二氧化锡半导体型甲醛气体传感器，对甲醛具有高的灵敏度和快速的响应性，适于便携式甲醛探测器和汽车燃火系统等。半导体气体敏感部分是一
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