Детали машин : Датчик содержания СО

Датчик содержания СО

Пояснительная записка

Содержание

1 Введение                                                                                                                     

2 Назначение и область применения изделия                                                                                               

3 Техническая характеристика  изделия                                                                                    

4 Описание и обоснование выбранной конструкции                                                 

5 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность изделия                                                                    

6 Описание организации работ с применением разрабатываемого устройства

Приложения

А Обзор существующих технических решений

Б Перечень использованной литературы

В Копия технического задания

1 Введение

Концентрация газа измеряется в отношении содержания измеряемого газа к общему количеству газовой смеси. В данной разработки единицей измерения концентрации является ппм (10-6 от целой части).

Современные датчики содержания газов используют различные принципы преобразования степени концентрации измеряемого газа в электрический сигнал. Наиболее широко применяемыми методами этого преобразования являются: измерение электропроводимости, пьезоэлектрический метод, каталитический, магнитный, метод ультрафиолетового 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

Датчики, использующие метод измерения электропроводимости, имеют в своей основе резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от концентрации газа. 

2 Назначение и область применения механизма

Датчик предназначен для измерения содержания СО. Он обеспечивает быстрое установление показаний при прыжках концентраций измеряемого газа. Высокая чувствительность разработки позволяет использовать ее в различных областях техники: в детекторах выхлопных газов, в газовых индикаторах для пожароопасных объектов, таких как печи, нагреватели, сушилки и др. 

3 Техническая характеристика изделия

Основные параметры

Диапазон измеряемых концентраций .........…...........15 .. 1000 ппм

Предел допускаемой основной погрешности измерений ……. ±1%

Температура рабочей среды……………………………..от 0° до 100°С

4 Описание и обоснование выбранной конструкции

Датчик содержания СО представляет собой металлоокисную пленку, которая покрывает микронагреватель. Микронагреватель обеспечивает высокую чувствительность сенсора. Измеряемый газ поступает на элемент через угольный фильтр, который выполняет роль предохранителя, защищающего сенсор от других газов. Принцип действия датчика показан на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Принцип действия датчика

    Зависимость электропроводимости от концентрации описуется формулой

s - электропроводимость;

рсо – концентрация СО;

n – целое число (от 4 до 6), которое зависит от природы оксида, температуры и давления. 

Существующие на производстве технические решения для обеспечения требований, подобных указанным 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

Изменение напряжения микронагревателя во времени показано на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Изменение напряжения микронагревателя во времени

Изменение температуры микронагревателя во времени показано на рисунку 5.2.

Рисунок 5.2 - Изменение температуры микронагревателя во времени

Чувствительность датчика определяется как отношение сопротивления резистора в чистом воздухе к сопротивлению в газе:

Rs(air) – сопротивление в чистом воздхе;

Rs(gas) - сопротивление в газе.

  В таблице 5.2 показаны основные характеристики чувствительности данного изделия.

Таблица 5.2 – Характеристики чувствительности

Зависимость чувствительности от влажности показана на

 рисунке 5.3

Рисунок 5.3 – Зависимость чувствительности от влажности

Типовая схема включения датчика приведена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 – Схема включения датчика

Сопротивление резистора сенсора

                                                                                                 (5.1)

Uвых – выходное напряжение;

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 напряжения при начальной и конечной концентрации СО

Uвых=

Uвых=

Таким образом выходное напряжение находится в диапазоне

от 0.3 В до 5.2 В.

На точность измерения наибольшее влияние оказывает температура. При температуре 20° С погрешность равна 1%. При изменении температуры на каждые 10° С погрешность возрастает на 20%.

                                                                            (5.3)

dо=1% - основная погрешность (при 20° С);

T – рабочая температура.

Расчитываем по формуле 5.3 погрешность в конце диапазона измерения (при 100° С)

%

Расчитываем по формуле 5.3 погрешность в начале диапазона измерения (при 0° С)

%

6 Описание организации работ с применением разрабатываемого изделия

Присоединение датчика к источнику измеряемого угарного газа  осуществляется с помощью резьбового соединения.

Подключение датчика в измерительную цепь осуществляется с помощью соединительного кабеля.

Соединительный кабель стойкий к воздействию механических факторов, истираниям, плесневых грибов, газовых сред.

Конструкция и покрытие датчиков обеспечивает устойчивость к маслам и моющим средствам.