Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте
Датчик содержания СО
|
Подпись |
|
Пров. |
|
Н.контр |
|
Утв. |
|
Лит. |
|
Изм |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Дата |
Поя снительная
записка
Содержание
1 Введение
2 Назначение и область применения изделия
3 Техническая характеристик изделия
4 Описание и обоснование выбранной конструкции
5 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность изделия
6 Описание организации работ с применением разрабатываемого стройства
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Приложения
Обзор существующих технических решений
Б Перечень использованной литературы
В Копия технического задания
|
|
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
1 Введение
Концентрация газа измеря ется в отношении содержания измеря емого газа к общему количеству газовой смеси. В данной разработки единицей измерения концентрации я вля ется ппм (10-6 от целой части).
Современные датчики содержания газов используют различные принципы преобразования степени концентрации измеря емого газа в электрический сигнал. Наиболее широко применя емыми методами этого преобразования я вля ются : измерение электропроводимости, пьезоэлектрический метод, каталитический, магнитный, метод льтрафиолетового поглощения , термохимический.
В табл. 1.1 приведены основные достоинства и недостатки различных методов преобразования концентрации газа в электрический сигнал.
Таблица 1 - Достоинства и недостатки методов преобразования концентрации газа в электрический сигнал
 Достоинства
|
Недостатки |
||||||
|
Метод измерения электропроводимости |
|||||||
|
1. Возможность измерения большого количества различных газов 2. Налажено серийное производство 3. Низкая стоимость |
1. Низкая селективность 2. Зависимость электропроводимости от температуры и влажности 3. Нестабильность во времени |
||||||
|
Пьезоэлектрический метод |
|||||||
|
1. Хорошая селективность 2. Высокая чувствительность 3. Большой срок службы чувствительных элементов 4. Возможность определя ть влажность 5. Стабильность во времени |
1. Основной недостаток состоит в выборе покрытия , которое должно селективно адсорбировать анализируемое вещество |
||||||
|
Каталитический метод |
|||||||
|
1. Широкий температурный диапазон 2. Возможность измерения большого количества различных газов |
1. Низкая селективность 2. Большая погрешность измерения |
||||||
|
Магнитный метод |
|||||||
|
1. Высокая стабильность нуля 2. Надежность шкалы |
1. Большая постоя нная времени 2. Низкая чувствительность |
|
Метод льтрафиолетового поглощения |
|
|
1. Возможность измеря ть с высокой точностью 2. Незначительное влия ние температуры на точность измерения |
1. Нелинейная зависимость монохроматического излучения от концентрации газа 2. Высокая цена |
|
Термохимический метод |
|
|
1. Возможность измерения большого количества различных газов 2. Высокая точность 3. Стабильность выходных параметров |
1. Низкая чувствительность 2. Присутствие платиновой проволоки значительно величивает цену |
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Датчики, использующие метод измерения электропроводимости, имеют в своей основе резистор, сопротивление которого изменя ется в зависимости от концентрации газа.
2 Назначение и область применения механизма
Датчик предназначен для измерения содержания СО. Он обеспечивает быстрое становление показаний при прыжках концентраций измеря емого газа. Высокая чувствительность разработки позволя ет использовать ее в различных областя х техники: в детекторах выхлопных газов, в газовых индикаторах для пожароопасных объектов, таких как печи, нагреватели, сушилки и др.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
3 Техническая характеристика изделия
Основные параметры
Диапазон измеря емых концентраций.........Е...........15.. 1 ппм
Предел допускаемой основной погрешности измерений ЕЕ. 1%
Температура рабочей среды..от 0
4 Описание и обоснование выбранной конструкции
Датчик содержания СО представля ет собой металлоокисную пленку, которая покрывает микронагреватель. Микронагреватель обеспечивает высокую чувствительность сенсора. Измеря емый газ поступает на элемент через гольный фильтр, который выполня ет роль предохранителя , защищающего сенсор от других газов. Принцип действия датчика показан на рисунке 4.1.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Рисунок 4.1 - Принцип действия датчика
Зависимость электропроводимости от концентрации описуется формулой
s - электропроводимость;
рсо - концентрация СО;
- целое число (от 4 до 6), которое зависит от природы оксида, температуры и давления .
Существующие на производстве технические решения для обеспечения требований, подобных казанным в ТЗ, приведены в приложении А.
5 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность изделия
Для обеспечения высокой чувствительности в датчике используется микронагреватель. Характеристики этого элемента приведены в табл. 5.1
Таблица 5.1 Характеристики микронагревателя
|
Характеристика |
Минимал. |
Среднее |
Максимал. |
Размерность |
|
Напря жение |
_ |
_ |
5.0 |
В |
|
Ток |
37 |
45 |
50 |
мА |
|
Мощность |
_ |
80 |
_ |
мВт |
|
Сопротивление (при U=0 В) |
72 |
83 |
94 |
Ом |
|
Сопротивление (при U=4.5 В) |
90 |
105 |
120 |
Ом |
Изменение напря жения микронагревателя во времени показано на рисунку 5.1.
Рисунок 5.1 - Изменение напря жения микронагревателя во времени
Изменение температуры микронагревателя во времени показано на рисунку 5.2.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
я
во времени
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
я ется как отношение сопротивления
резистора в чистом воздухе к сопротивлению в газе:
Rs(air) - сопротивление в чистом воздхе;
Rs(gas) - сопротивление в газе.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
а В таблице 5.2 показаны основные характеристики чувствительности данного изделия .
Таблица 5.2 - Характеристики чувствительности
|
Характеристика |
Минимал. |
Среднее |
Максимал. |
Размерность |
|
Сопротивление в чистом воздухе |
_ |
1 |
_ |
кОм |
|
Сопротивление в газе (60 ппм ) |
30 |
150 |
300 |
кОм |
|
Чувствительность при Rs(air)/Rs(60) |
_ |
6.0 |
_ |
_ |
|
Чувствительность при Rs(15)/Rs(60) |
2.0 |
3.5 |
5.0 |
_ |
|
Чувствительность при Rs(60)/Rs(400) |
_ |
2.5 |
_ |
_ |
Зависимость чувствительности от влажности показана на
рисунке 5.3
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Типовая
схема включения датчика приведена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 - Схема включения датчика
Сопротивление резистора сенсора
(5.1)
Uвых - выходное напря жение;
Iс - ток, протекающий по резистору датчика;
Iс=5 мкА.
Исходя из формулы 5.1
Uвых=
(5.2)
Имея данные по чувствительности, приведенные в таблице 5.2, можна расчитать сопротивления резистора при начальной и конечной концентрации СО
Теперь расчитываем выходные напря жения при начальной и конечной концентрации СО
Uвых=
Uвых=
Таким образом выходное напря жение находится в диапазоне
от 0.3 В до 5.2 В.
На точность измерения наибольшее влия ние оказывает температура. При температуре 20
(5.3)
dо=1% - основная погрешность (при 20
T - рабочая температура.
Расчитываем по формуле 5.3 погрешность в конце диапазона измерения (при 100
%
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Расчитываем по формуле 5.3 погрешность в начале диапазона измерения (при 0
С)
%
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
6
Описание организации работ с применением разрабатываемого изделия
Присоединение датчика к источнику измеря емого гарного газ осуществля ется с помощью резьбового соединения .
Подключение датчика в измерительную цепь осуществля ется с помощью соединительного кабеля .
Соединительный кабель стойкий к воздействию механических факторов, истирания м, плесневых грибов, газовых сред.
Конструкция и покрытие датчиков обеспечивает стойчивость к маслам и моющим средствам.
Приложение 1. Обзор и анализ существующих технических решений.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
В этом приложении рассмотрены датчики содержания СО деся ти различных фирм. Характеристики этих приборов наиболее подходя т к спроектированному техническому заданию. а
Газонализатор Монолит фирмы Гранат изображен на рисунке 1.1. Газонализатор предназначен для определения содержания загря зня ющих веществ в промышленных выбросах топливосжигающих становок при проведении экологического контроля или оптимизации процесса горения топлива.
Рисунок 1.1 - Газонализатор Монолит
Встроенный накопитель информации позволя ет записывать ежедневные, суточные и.т.д. графики расхода жидкости в памя ть расходомера и передавать их в ПК для составления отчета. Технические характеристики представлены в таблице 1.1
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 1.1 - Технические характеристики на Монолит
|
Погрешность |
1% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 5 ппм |
|
Вывод информации |
Графический дисплей, аналоговый выход, встроенный накопитель на 5 измерений, свя зь c ПК |
|
Температурный диапазон |
0 - 45а оС |
|
Габариты |
200*80*200 мм |
|
Вес электронного блока |
3.0 кг |
Газонализатор "МОНОЛИТ" представля ет собой малогабаритный переносной прибор, выполненный в прочном пластиковом пыле- и водонепроницаемом корпусе. Измерительная информация отображается на жидкокристаллическом дисплее, оснащенном подсветкой. Электропитание газонализатора может осуществля ться как от внутреннего аккумуля тора, так и от сети переменного напря жения .
Малогабаритный газонализатор "ДАГ-500" выпускается организацией Технополис. добный малогабаритный прибор с пя тью электрохимическими датчиками. Большой выбор диапазонов измерения при заказе газонализатора "ДАГ-500" позволя ет эксплуатировать его на самых разныха объектах промышленности, как с низкими, так и высокими выбросами загря зня ющих веществ. Прибор изображен на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 -а Газонализатор ДАГ-500
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Технические характеристики представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Технические характеристики ДАГ-500
|
Погрешность |
5% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 6 ппм |
|
Вывод информации |
ЖК дисплей - 4 строки по 20 символов с подсветкой. |
|
Температурный диапазон |
+10 - +40а оС |
|
Габариты |
220*110*70 мм |
|
Вес электронного блока |
1.3 кг |
Дополнительно к газонализатору можно подключить внешний термопринтер "ТП-500" для регистрации результатов измерения на месте и внешний датчик дифференциального давления . При работе с пневмометрическими трубками программное обеспечение газонализатора ДАГ-500 позволя ет в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 определя ть скорость и расход газопылевых потоков, отходя щих от стационарных источников загря знения .
Прибор серии CO-W/M выпускается фирмой Fuehlersysteme. Идеально подходит для регистрации ровня СО в таких областя х применения как: подземные гаражи, туннели, автомобильные мастерские, погрузочные зоны, моторные испытательные стенды, изолированные помещения , картинговые трассы и т.д. Сигнал выхода 4-20 мА готов к дальнейшей обработке и может использоваться всеми общераспространенными приборами. Приборы этой серии особо характеризуются простой настройкой и измерительным элементом длительного срока эксплуатации. Технические характеристики прибора представлены в таблице 1.3.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 1.3 - Технические характеристики CO-W/M
|
Погрешность |
5% |
|
Измеря емые концентрации |
0 - 300 ппм |
|
Вывод информации |
Жидко-кристалический дисплей |
|
Температурный диапазон |
+10 - +40а оС |
|
Габариты |
116*116*57 мм |
|
Вес электронного блока |
0.9 кг |
Прибор серии FLUKE
CO-220
выпускается фирмой Fluke. Позволя ет быстро проводить точные замеры содержания СО.
Большой жидкокристаллический дисплей с подсветкой показывает ровень содержания СО от 0 до 1 ппм. Функция
MAX Hold фиксирует и показывает максимальный ровень содержания СО.
Аспиратор FLUKE СО-205 в комплекте, обеспечивает для
датчика Fluke CO-220 пробы дымового газа до 371
Таблица 1.4 - Технические характеристики FLUKE CO-220
|
Погрешность |
3% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 1 ппм |
|
Вывод информации |
ЖК дисплей |
|
Температурный диапазон |
0 - +50а оС |
|
Габариты |
178*51*40 мм |
|
Вес электронного блока |
0.15 кг |
Прибор серии CO-R/M выпускает DSP. Идеально подходит для регистрации ровня окиси глерода (СО) в таких областя х применения как: выставочные залы, музеи, автомобильные мастерские, конференционные помещения , изолированные помещения , кинотеатры и т.д. Сигнал выхода (0-10 В или 2-10 В) готов к дальнейшей обработке и может использоваться всеми общераспространенными приборами. Приборы этой серии не требуют технического обслуживания и характеризуются измеретельным элементом особо длительного пользования . Технические характеристики прибора CO-R/Mа изображены в таблице 1.5.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 1.5 - Технические характеристики CO-R/Mа
|
Погрешность |
1.6% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц2 ппм |
|
Вывод информации |
ЖК дисплей |
|
Температурный диапазон |
0 - +50а оС |
|
Габариты |
100*80*27 мм |
|
Вес электронного блока |
0.15 кг |
Электронный газонализатор КМ900 (Энерготест)а предназначен для проверки, оперативной настройки и обслуживания котлов, печей, газовых турбин, горелок, дизельных становок, работающих на газе и легком мазуте, также для контроля выбросов NOx. Прибор изображен на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 -а Газонализатор КМ900
Технические характеристики на КМ900 представлены в таблице 1.6.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 1.6 - Технические характеристики КМ900
|
Погрешность |
5% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 1200 ппм |
|
Вывод информации |
дисплей, непрерывно отображающий 8 различных параметров |
|
Температурный диапазон |
0 - +40а оС |
|
Габариты |
1*8 мм |
|
Вес электронного блока |
1.0 кг |
Электронный газонализатор КМ9106 (лQUINTOX) предназначен для проверки, оперативной настройки и обслуживания котлов, печей, газовых турбин, горелок, дизельных установок, работающих на любом виде топлива, также для контроля выбросов глеводородов, оксидов глерода, азота, серы. Вид прибора изображен на рисунке1.4.
Рисунок 1.4 - Газонализатор КМ9106
Технические характеристики на КМ9106 представлены в таблице 1.7.
Таблица 1.7 - Технические характеристики КМ9106
|
Погрешность |
5% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 1 ппм |
|
Вывод информации |
дисплей, непрерывно отображающий 4 различных параметров |
|
Температурный диапазон |
0 - +40а оС |
|
Габариты |
450*230*300 мм |
|
Вес электронного блока |
9.0 кг |
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
а Газонализатор оптимизации горения Анкат-310а предназначен для
проведения периодического наблюдения параметров дымовых газов и температуры при проведении регулировочных работ по оптимизации режима горения различных видов топлива. Используется службами энергопредприя тий;
организация ми, проводя щими ремонт и наладку котельного оборудования ; предприя тия ми, эксплуатирующими топливосжигающие становки, а также службами экологического и газового надзора. Прибор изображен на рисунке
1.5.
Рисунок 1.5 - Газонализатор Анкат-310
Технические характеристики на Анкат-310 представлены в таблице 1.8.
Таблица 1.8 - Технические характеристики Анкат-310а
|
Погрешность |
2% |
|
Измеря емые концентрации |
400 Ц 8 ппм |
|
Вывод информации |
ЖК-дисплей с подсветкой |
|
Температурный диапазон |
50 - +600а оС |
|
Габариты |
1*200*72 мм |
|
Вес электронного блока |
0.7 кг |
Газонализатор Оптима предназначен для измерения концентрации окиси глерода в отходя щих газах и сигнализации о поя влении признаков неполного сгорания топлива. Прибор изображен на рисунке 1.6.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Рисунок 1.6 - Газонализатор Оптима
Технические характеристики на него поданы в таблице 1.9.
Таблица 1.Ц Технические характеристики на прибор Оптима
|
Погрешность |
2% |
|
Измеря емые концентрации |
0 Ц 2 ппм |
|
Вывод информации |
ЖК-дисплей с подсветкой |
|
Температурный диапазон |
100 - 500а оС |
|
Габариты |
250*62*145 мм |
|
Вес электронного блока |
0.6 кг |
Полупроводниковый СО-сенсор фирмы Motorola предназначен для создания портативных и стационарных газонализаторов, оринтированных на промышленные и жилые зоны, детекторов выхлопных газов, газовых индикаторов для пожароопасных объектов, таких как печи, нагреватели, сушилки и др. Технические характеристики прибора показаны в таблице 1.10.
Таблица 1.1Ц Технические характеристики CO-сенсора Motorola
|
Погрешность |
1% |
|
Измеря емые концентрации |
15 Ц 1 ппм |
|
Температурный диапазон |
0 - +100а оС |
|
Габариты |
16*10*10 мм |
|
Вес электронного блока |
0.1 кг |
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
В приложении 1 были изложены характеристики
10 различных приборов, измеря ющих окись глерода. В таблице 1.11 проведена систематизация
этих характеристик.
Таблица 1.11 - Характеристики приборов разных фирм
|
Фирма |
Измеря емые концентрации, ппм |
Температурный диапазон, оС |
Погрешность, % |
|
Гранат |
0 - 5 |
0 - +45 |
1 |
|
Технополис |
0 - 6 |
+10 - +40 |
5 |
|
Fuehlersysteme |
0 - 3 |
+10 - +40 |
5 |
|
Fluke |
0 - 1 |
0 - +50 |
3 |
|
DSP |
0 - 2 |
0 - +50 |
1.6 |
|
Энерготест |
0 - 1200 |
0 - +40 |
5 |
|
Quintox |
0-1 |
0 - +40 |
5 |
|
нкат |
400-8 |
+50 - +600 |
2 |
|
Оптима |
0 - 2 |
+100 - +500 |
2 |
|
Motorola |
15 - 1 |
0 - +100 |
1 |
Просмотрев все характеристики, можна сделать вывод, что больше всего для выполнения данного задания подходит СО-сенсор фирмы Motorola MGS1100
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Приложение Б. Перечень использованной литературы
1.pressure.ru
2.kipenergo.ru
3.metran.ru
4.midaus.com
5 Аш Ж. Датчики измерительных систем
6 Профас Измерения в промышленности