AUTO TIME
汽车喷漆
2020/12Vehicle engineering and technology 丨车辆工程与技术
133车时代
汽车涂装是汽车制造主要过程之一，也是污染物排放的大户。调漆、喷涂、烤漆、清洗喷等多个环节均会产生挥发性有机污染物，尤其是在喷涂烘烤过程，涂料中含有的VOCS 几乎全部挥发到喷烤漆房空气中，是汽修企业主要的有组织排放源；调漆、清洗喷等环节普遍管理薄弱，有些甚至在开放区域操作，产生的挥发性有机物难以有效收集处理，是重要的无组织排放源。
随着环保法规愈加严格，汽修企业除了投资VOC S 处理设备外，还需考虑处理设备的“健康状态”和排放浓度是否超标，面临着极大的心理和经济压力。从排放总量上看，汽修企业非排放重点单位，要求每家企业安装在线监测设备经济投入上可能性不大，因此，一般采用环保抽检方式监督，辅以抽查处理耗材相关财务与仓库数据，佐证企业在VOC S 排放控制上的投入和使用。为此，对汽修企业而言，急需一种VOC S 设备健康状况和废气排气口VOC S 浓度的监测仪器。
1 VOC S 检测仪功能设计
VOC S 检测仪主要用于汽修企业VOC S 处理设备下游浓度的测量，用于监测企业自身的排放和检查VOC
S 处理设备的健康情况，以此判断活性炭或过滤棉的饱和程度，是否已到更换的时间，确保企业自身排放达标，防止环保处罚和关停整顿。该仪器的设计兼顾便携式和固定安装的方便性，既可用于固定排气口的浓度监测，也可用于车间VOC S 浓度的测量，为员工的劳动防护设施的采购和使用提供依据。此外，通过加装小风机在取样口，也可用于车内、家庭、学校或企业办公场所VOC S 浓度的检测。由于作业的相似性，该仪器可直接用于家具企业排气口的VOC S 浓度测量。
2 VOC S 检测仪结构设计VOC S 检测仪主要由壳体、蛇形导流通道、自动排水机构、集水槽等部分组成，见图1。其中壳体设有进气套管，进气套管设有小风机、进气管外包覆伴热管，能够有效防止初始进入的空气冷却，防止空气在进入导流通道前冷却成液态水，避免小风机受潮。进气管入口及出气口出口均设有滤网，可防止空气中的灰尘从进气管或出口进入导流通道。
在蛇形的导流通道内壁上设置制冷体，进入导流通道的空气遇冷后冷却并顺着导流通道的内壁下滑进入排水管内，排水管将水引导至集水槽内，当集水槽内水的重量超过自动排水机构的负荷时，自动排水机构会将集水槽移出槽孔的底部，达到自动排水的功能，相较于现有技术，能够有效防止核心传感器接触冷凝水或液态水损坏以及通道的堵塞。
图1  VOCS 检测仪结构示意图
2.1自动排水机构设计
自动排水机构主要包括圆形表盘、齿条、齿轮、刻度、指针等，其原理为冷却水通过排水管进入集水槽
内，随着集水槽内水的重量上升，集水槽通过连杆带动活动架垂直下沉，同时拉伸弹簧，活动架下沉时通过齿条动与其啮合的齿轮转动，齿轮的转动从而带动指针的转动，指针所指的数值即为集水槽中的水量。当集水槽中的水量较多时，在重力的作用下，集水槽延伸至槽孔的下方后，可将积水槽取下进行排水。壳体的外表面上设置有与自动排水机构相对应的透明观察窗，观察窗与壳体间为铰接式连接，观察窗可打开。在壳体外可清楚看清表盘上的刻度，时刻了解集水槽内的水量。如图2。
图2 自动排水机构示意图
2.2测量传感器与精度校验
光离子气体传感器（Photo Ionization Detector，简称PID）是一种具有极高灵敏度，用途广泛的检测器，主要是利用光电离检测器来电离和检测特定的易挥发有机化合物，可以检测从极低浓度的10ppb 到较高浓度的10000ppm(1%)的挥发性有机化合物和其它有毒气体，且可探测那些气体电离势能在紫外光
源辐射能量水平之下的气体，其高能紫外辐射可使空气中大多数有机物和部分无机物电离，但仍保持空气中的基本成分如N 2、O 2、CO 2、H 20不被电离（这些物质的电离电位大于11eV）。
本检测仪采用英国阿尔法（alphasense）公司的PID-A12作为核心检测传感器。PID 传感器性能指标见表
1。
2020/12
车辆工程与技术丨Vehicle engineering and technology
134车时代
AUTO TIME 精度校验：采用异丁烯作为标气进行校验，外购典型异丁烯浓度50ppm、100ppm，用于传感器的定期校准。校准流程如图3。
标气气瓶
减压阀
浮子流量计
气室
通风橱
图3  VOC S 检测仪校准流程
2.3人机界面设计
产品以塑料安全箱作为集成主体、内嵌触摸屏。PLC 和触摸屏是核心硬件，采用VB basic 脚本编写触摸屏人机界面程序，内置电源转换器，塑料安全箱具有高强度，高抗冲击，绝对密封防水，防潮防尘等特点，适用于车辆或车间检测恶劣作业环境；触摸屏操作简单，系统兼容性强，开机速度快，软件升级方便。电源转化器匹配多种电源型号，操作便捷，检修效率高。
2.4 物联网数据共享设计
图4为物联网的数据传输过程框图。通过此装置，购买物联网SIM 卡，充值调试参数后即可在手机端和电脑PC 端收到数据。
仪器数据
GPRS DTU 模块
互联网云服务器
PC 端手机端
图4 物联网的数据传输过程
本设备采用第三方免费开放公共物联网平台作为后台，网址为：tlink.io/。
3 VOC S 检测仪功能应用3.1 VOC S 处理设备健康检测
汽修行业常用过滤棉与活性炭作为吸附材料，该种材料吸附到一定程度后会饱和，但往往汽修企业疏忽更换，或明知道已饱和但出于省事或节约成本未予以及时更换，这种情况遇到环保部门抽查会导致经济处罚或停业整顿，给汽修企业经营者带来经济压力与行政压力。因此定期采用本设备进行吸附材料健康状态检查很有必要，既可避免未饱和过早更换造成材料浪费与成本增加，也可避免吸附饱和后未发现造成排放超标。图5为VOC S 处理设备健康检测示意图。
检测分为静态检查与动态检查两种，静态检查是车间停止作业状态，将检查设备吸气口（吸气探头）靠近过滤棉或活性炭，检测过滤材料是否在释放VOC S ，如果释放浓度大
于传感器的零点漂移范围，则说明过滤材料已饱和，需要进行更换。动态检查在车间作业状态下，用仪
器靠近排放口，检查排风口的VOC S 浓度是否超过环保允许的浓度，若浓度过高需先判断，是否车间使用喷数量超过许用的喷数量，如果喷超用，应通知最大许可使用数量。在需用喷数量范围内，排放数据超标，则说明过滤材料饱和，应予以更换。
3.2 VOC S 浓度检测
在需要精确测试环境VOCS 浓度前，应先用标气检查或校准本仪器，若发现漂移应予以修正。经检查仪器测试结果可靠后，可用于测量排放口气体浓度，判断是否环保超标；也可用于车间内VOC S 浓度测试，判断工作环境是否满足劳保法规要求；用于车内VOC 浓度检测，判断车内空气质量是否达标；靠近油漆面，根据VOC S 浓度判断油漆干燥程度。用于油漆库房，检查库房VOC S 浓度，作为安全与否判断依据。用于办公室或其他人员逗留区VOC S 浓度检测，用于判断室内空气质量。
4 结论及改进
该仪器主要用于汽修企业VOC S 处理设备下游浓度的测量，用于监测企业自身的排放和检查VOC S 处理设备的“健康状况”，产品的创新点主要有：
（1）在固定安装的测量应用中，通过特殊的强迫导流采样方式，无须采样泵（抽气泵）等运动部件，减少故障可能、降低能耗和配件更换成本。
（2）测量气室采用流体动力学设计，具有自动排水功能，防止核心传感器接触冷凝水或液态水损坏。无须使用普通VOCS 仪器所需要的冷凝器和蠕动泵，日常使用仅需更换内部成本非常低廉的过滤棉即可。
（3）采用PID 传感器，无须FID 类VOCS 仪器所需的载气等消耗品，使用成本费用低廉。比电化学类传感器精度更高、稳定性更好，可以长期使用并保持足够的精度。
由于产品刚研制出，后续还需进行样品试用、试销，不断听取用户反馈，进行改进，做的更小，性价比更高的产品。如尝试选用可靠的国产PID 传感器替代进口传感器等；壳体尝试开塑料模具替代金属焊接壳体，降低成本，提升外形，重量变轻等。
参考文献：
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[6] 中国涂料工业协会政策法规工作委员会.近期发布的涂料及涂装相关政策法规解读 [J].中国涂料,2019,34(02):1-11.基金项目：大学生科技创新项目（新苗人才计划）：汽修企业喷漆车间VOC S 排放浓度检测仪开发
作者简介：许海伟（1999—）男，浙江农业商贸职业学院学生，汽车车身维修技术专业
叶燕仙（1982—  ），女，讲师，硕士，汽车技术服务方向