Датчик содержания СО
|
Подпись |
|
Пров. |
|
Н.контр |
|
Утв. |
|
Лит. |
|
Изм |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Дата |
По я снительна я
записка
Содержание
1 Введение
2 Назначение и область применени я издели я
3 Техническа я характеристик издели я
4 Описание и обоснование выбранной конструкции
5 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность издели я
6 Описание организации работ с применением разрабатываемого стройства
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Приложени я
Обзор существующих технических решений
Б Перечень использованной литературы
В Копи я технического задани я
|
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
1 Введение
Концентраци я газа измер я етс я в отношении содержани я измер я емого газа к общему количеству газовой смеси. В данной разработки единицей измерени я концентрации я вл я етс я ппм (10-6 от целой части).
Современные датчики содержани я газов используют различные принципы преобразовани я степени концентрации измер я емого газа в электрический сигнал. Наиболее широко примен я емыми методами этого преобразовани я я вл я ютс я : измерение электропроводимости, пьезоэлектрический метод, каталитический, магнитный, метод льтрафиолетового поглощени я , термохимический.
В табл. 1.1 приведены основные достоинства и недостатки различных методов преобразовани я концентрации газа в электрический сигнал.
Таблица 1 - Достоинства и недостатки методов преобразовани я концентрации газа в электрический сигнал
 Достоинства
|
Недостатки |
||||||
| Метод измерени я электропроводимости | |||||||
|
1. Возможность измерени я большого количества различных газов 2. Налажено серийное производство 3. Низка я стоимость |
1. Низка я селективность 2. Зависимость электропроводимости от температуры и влажности 3. Нестабильность во времени |
||||||
| Пьезоэлектрический метод | |||||||
|
1. Хороша я селективность 2. Высока я чувствительность 3. Большой срок службы чувствительных элементов 4. Возможность определ я ть влажность 5. Стабильность во времени |
1. Основной недостаток состоит в выборе покрыти я , которое должно селективно адсорбировать анализируемое вещество |
||||||
| Каталитический метод | |||||||
|
1. Широкий температурный диапазон 2. Возможность измерени я большого количества различных газов |
1. Низка я селективность 2. Больша я погрешность измерени я |
||||||
| Магнитный метод | |||||||
|
1. Высока я стабильность нул я 2. Надежность шкалы |
1. Больша я посто я нна я времени 2. Низка я чувствительность |
| Метод льтрафиолетового поглощени я | |
|
1. Возможность измер я ть с высокой точностью 2. Незначительное вли я ние температуры на точность измерени я |
1. Нелинейна я зависимость монохроматического излучени я от концентрации газа 2. Высока я цена |
| Термохимический метод | |
|
1. Возможность измерени я большого количества различных газов 2. Высока я точность 3. Стабильность выходных параметров |
1. Низка я чувствительность 2. Присутствие платиновой проволоки значительно величивает цену |
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Датчики, использующие метод измерени я электропроводимости, имеют в своей основе резистор, сопротивление которого измен я етс я в зависимости от концентрации газа.
2 Назначение и область применени я механизма
Датчик предназначен дл я измерени я содержани я СО. Он обеспечивает быстрое становление показаний при прыжках концентраций измер я емого газа. Высока я чувствительность разработки позвол я ет использовать ее в различных област я х техники: в детекторах выхлопных газов, в газовых индикаторах дл я пожароопасных объектов, таких как печи, нагреватели, сушилки и др.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
3 Техническа я характеристика издели я
Основные параметры
Диапазон измер я 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 содержани я СО представл я ет собой металлоокисную пленку, котора я покрывает микронагреватель. Микронагреватель обеспечивает высокую чувствительность сенсора. Измер я емый газ поступает на элемент через гольный фильтр, который выполн я ет роль предохранител я , защищающего сенсор от других газов. Принцип действи я датчика показан на рисунке 4.1.
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Рисунок 4.1 - Принцип действи я датчика
Зависимость электропроводимости от концентрации описуетс я формулой
s - электропроводимость;
рсо - концентраци я СО;
- целое число (от 4 до 6), которое зависит от природы оксида, температуры и давлени я .
Существующие на производстве технические решени я дл я обеспечени я требований, подобных казанным в ТЗ, приведены в приложении А.
5 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность издели я
Дл я обеспечени я высокой чувствительности в датчике используетс я микронагреватель. Характеристики этого элемента приведены в табл. 5.1
Таблица 5.1 Характеристики микронагревател я
|
Характеристика |
Минимал. |
Среднее |
Максимал. |
Размерность |
|
Напр я 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 напр я жени я микронагревател я во времени показано на рисунку 5.1.
Рисунок 5.1 - Изменение напр я жени я микронагревател я во времени
Изменение температуры микронагревател я 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 етс я как отношение сопротивлени я
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 издели я .
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 |
Типова я
схема включени я датчика приведена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 - Схема включени я датчика
Сопротивление резистора сенсора
(5.1)
Uвых - выходное напр я жение;
Iс - ток, протекающий по резистору датчика;
Iс=5 мкА.
Исход я из формулы 5.1
Uвых=
(5.2)
Име я данные по чувствительности, приведенные в таблице 5.2, можна расчитать сопротивлени я резистора при начальной и конечной концентрации СО
Теперь расчитываем выходные напр я жени я при начальной и конечной концентрации СО
Uвых=
Uвых=
Таким образом выходное напр я жение находитс я в диапазоне
от 0.3 В до 5.2 В.
На точность измерени я наибольшее вли я ние оказывает температура. При температуре 20
(5.3)
dо=1<% - основна я погрешность (при 20
T - рабоча я температура.
Расчитываем по формуле 5.3 погрешность в конце диапазона измерени я (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 измерени я (при 0 С)
<%
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
6
Описание организации работ с применением разрабатываемого издели я
Присоединение датчика к источнику измер я емого гарного газ осуществл я етс я с помощью резьбового соединени я .
Подключение датчика в измерительную цепь осуществл я етс я с помощью соединительного кабел я .
Соединительный кабель стойкий к воздействию механических факторов, истирани я м, плесневых грибов, газовых сред.
Конструкци я 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 содержани я СО дес я ти различных фирм. Характеристики этих приборов наиболее подход я т к спроектированному техническому заданию. а
Газонализатор Монолит фирмы Гранат изображен на рисунке 1.1. Газонализатор предназначен дл я определени я содержани я загр я зн я ющих веществ в промышленных выбросах топливосжигающих становок при проведении экологического контрол я или оптимизации процесса горени я топлива.
Рисунок 1.1 - Газонализатор Монолит
Встроенный накопитель информации позвол я ет записывать ежедневные, суточные и.т.д. графики расхода жидкости в пам я ть расходомера и передавать их в ПК дл я составлени я отчета. Технические характеристики представлены в таблице 1.1
|
Лист |
|
.Изм |
|
Лист |
|
№а докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 1.1 - Технические характеристики на Монолит
|
Погрешность |
1% |
|
Измер я емые концентрации |
0 Ц 5 ппм |
|
Вывод информации |
Графический дисплей, аналоговый выход, встроенный накопитель на 5 измерений, св я зь c ПК |
|
Температурный диапазон |
0 - 45а оС |
|
Габариты |
200*80*200 мм |
|
Вес электронного блока |
3.0 кг |
Газонализатор "МОНОЛИТ" представл я ет собой малогабаритный переносной прибор, выполненный в прочном пластиковом пыле- и водонепроницаемом корпусе. Измерительна я информаци я отображаетс я на жидкокристаллическом дисплее, оснащенном подсветкой. Электропитание газонализатора может осуществл я тьс я как от внутреннего аккумул я тора, так и от сети переменного напр я жени я .
Малогабаритный газонализатор "ДАГ-500" выпускаетс я организацией Технополис. добный малогабаритный прибор с п я тью электрохимическими датчиками. Большой выбор диапазонов измерени я при заказе газонализатора "ДАГ-500" позвол я ет эксплуатировать его на самых разныха объектах промышленности, как с низкими, так и высокими выбросами загр я зн я 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% |
|
Измер я 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" дл я регистрации результатов измерени я на месте и внешний датчик дифференциального давлени я . При работе с пневмометрическими трубками программное обеспечение газонализатора ДАГ-500 позвол я ет в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 определ я ть скорость и расход газопылевых потоков, отход я щих от стационарных источников загр я знени я .
Прибор серии CO-W/M выпускаетс я фирмой Fuehlersysteme. Идеально подходит дл я регистрации ровн я СО в таких област я х применени я как: подземные гаражи, туннели, автомобильные мастерские, погрузочные зоны, моторные испытательные стенды, изолированные помещени я , картинговые трассы и т.д. Сигнал выхода 4-20 мА готов к дальнейшей обработке и может использоватьс я всеми общераспространенными приборами. Приборы этой серии особо характеризуютс я 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% |
|
Измер я 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
выпускаетс я фирмой Fluke. Позвол я ет быстро проводить точные замеры содержани я СО.
Большой жидкокристаллический дисплей с подсветкой показывает ровень содержани я СО от 0 до 1 ппм. Функци я
MAX Hold фиксирует и показывает максимальный ровень содержани я СО.
Аспиратор FLUKE СО-205 в комплекте, обеспечивает дл я
датчика Fluke CO-220 пробы дымового газа до 371
Таблица 1.4 - Технические характеристики FLUKE CO<-220
|
Погрешность |
3% |
|
Измер я 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 дл я регистрации ровн я окиси глерода (СО) в таких област я х применени я как: выставочные залы, музеи, автомобильные мастерские, конференционные помещени я , изолированные помещени я , кинотеатры и т.д. Сигнал выхода (0-10 В или 2-10 В) готов к дальнейшей обработке и может использоватьс я всеми общераспространенными приборами. Приборы этой серии не требуют технического обслуживани я и характеризуютс я измеретельным элементом особо длительного пользовани я . 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% |
|
Измер я 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 дл я проверки, оперативной настройки и обслуживани я котлов, печей, газовых турбин, горелок, дизельных становок, работающих на газе и легком мазуте, также дл я контрол я 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% |
|
Измер я 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 дл я проверки, оперативной настройки и обслуживани я котлов, печей, газовых турбин, горелок, дизельных установок, работающих на любом виде топлива, также дл я контрол я 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% |
|
Измер я 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 горени я Анкат-310а предназначен дл я
проведени я периодического наблюдени я параметров дымовых газов и температуры при проведении регулировочных работ по оптимизации режима горени я различных видов топлива. Используетс я службами энергопредпри я тий;
организаци я ми, провод я щими ремонт и наладку котельного оборудовани я ; предпри я ти я 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% |
|
Измер я 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 дл я измерени я концентрации окиси глерода в отход я щих газах и сигнализации о по я влении признаков неполного сгорани я 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% |
|
Измер я 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 дл я создани я портативных и стационарных газонализаторов, оринтированных на промышленные и жилые зоны, детекторов выхлопных газов, газовых индикаторов дл я 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% |
|
Измер я 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, измер я ющих окись глерода. В таблице 1.11 проведена систематизаци я
этих характеристик.
Таблица 1.11 - Характеристики приборов разных фирм
|
Фирма |
Измер я 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 дл я выполнени я данного задани я 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 Измерени я в промышленности