|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Mierniki stężenia tlenku węgla. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa Jak wiadomo tlenek węgla (tlenek węgla, CO) jest bardzo toksyczny i trujący. Przekroczenie jego dopuszczalnego stężenia w powietrzu może doprowadzić do śmierci osoby przebywającej w zanieczyszczonym gazem pomieszczeniu. Gaz ten jest bezwonny i bezbarwny, co czyni go szczególnie niebezpiecznym i utrudnia jego szybkie wykrycie bez specjalnych przyrządów, w których zwykle wykorzystuje się czujniki półprzewodnikowe lub elektrochemiczne. Półprzewodnikowe czujniki czadu są znacznie tańsze od elektrochemicznych, jednak z reguły służą jedynie do sygnalizowania obecności tlenku węgla w powietrzu, a nie do dokładnego pomiaru jego stężenia, do czego konieczne jest zastosowanie czujników elektrochemicznych. Jeśli w niezwykle prosty sposób opiszemy działanie czujnika elektrochemicznego, możemy powiedzieć, że podczas jego pracy wykryty gaz przedostaje się do strefy, w której na elektrodzie zachodzi reakcja utleniania-redukcji, co prowadzi do pojawienia się sygnału. Elektrochemiczny czujnik gazu składa się z dwóch lub trzech elektrod do elektrochemicznej reakcji katalitycznej, zanurzonych w elektrolicie. Napięcie na elektrodzie roboczej czujnika jest wprost proporcjonalne do stężenia gazu, które można określić mierząc to napięcie. Opis analizatora stężenia tlenku węgla wykorzystującego dwuelektrodowy czujnik elektrochemiczny opublikowano w [1]. Wykorzystuje czujnik TGS5042, który jest stosunkowo niedrogi, ale ma małą czułość, co nie pozwala na pomiar małych stężeń CO z dużą dokładnością. A miernik stężenia tlenku węgla, zgodnie z dokumentami regulacyjnymi, musi dokładnie określać małe wartości jego stężenia, zaczynając od jednostek miligramów na metr sześcienny (w Rosji stężenie zanieczyszczeń w powietrzu zwykle mierzy się właśnie w tych jednostkach, dla tlenku węgla 1 mg/m3 = 0,86 ppm). Dokumenty [2, 3] wymagają, aby stężenie tlenku węgla w powietrzu otwartym nie przekraczało 3 mg/m3 (średnia dzienna) i 5 mg/m3 (szczyt). W powietrzu wewnętrznym stężenie nie powinno przekraczać 20 mg/m3 przez cały dzień pracy 50 mg/mXNUMX3 - w ciągu godziny 100 mg/m3 - w ciągu 30 minut lub 200 mg/m3 w ciągu 15 minut W tabeli przedstawiono czułość i maksymalne mierzalne stężenia tlenku węgla dla niektórych dwu- i trójelektrodowych czujników elektrochemicznych. stół
Spośród przedstawionych w tabeli czujników dwuelektrodowych największą czułość posiada czujnik CO/SF-2E [4]. Schemat miernika poziomu stężenia tlenku węgla z takim czujnikiem przedstawiono na rys. 1.
W porównaniu do licznika opisanego w [1] zmieniona została jedynie podstawa elementu. Jako DA1 zastosowano mikroukład TSZ122IDT [5] składający się z dwóch precyzyjnych wzmacniaczy operacyjnych, który umożliwia pomiar stężenia tlenku węgla z większą dokładnością. Typowe wejściowe napięcie niezrównoważenia tych wzmacniaczy operacyjnych wynosi 1 µV, a prąd wejściowy wynosi 50 pA. Wzmacniacz operacyjny DA1.1 przekształca prąd wyjściowy czujnika na napięcie (UO=IдR4). Wartość rezystora R4 dobrano tak, aby uzyskać współczynnik konwersji 10 mV na 1 mg/m3. Wskaźnikiem jest wbudowany woltomierz cyfrowy SM3D-DV2 (PV1) z granicą pomiaru 1999 mV, który pozwala na pomiar stężeń tlenku węgla do 199,9 mg/m3 z rozdzielczością 0,1 mg/m3. Wzmacniacz operacyjny DA1.2 i tranzystor VT2 tworzą komparator napięcia. Jego próg zadziałania, ustawiony za pomocą rezystorów R5 i R6, wynosi 200 mV, co odpowiada stężeniu tlenku węgla wynoszącemu 20 mg/m3. Rezystor R7 zapewnia niewielką histerezę w charakterystyce przełączania komparatora, zapobiegając odbijaniu się jego napięcia wyjściowego w momencie działania. Wyzwolony komparator włącza emiter dźwięku piezoelektrycznego HA1 (z wbudowanym generatorem), który generuje dźwiękowy sygnał alarmowy. Poprzez transoptor U1 sygnał alarmowy przekazywany jest do urządzenia sterującego elementami systemu wentylacji pomieszczenia - otwieraczami okien naświetlowych i wentylatorami wyciągowymi. Aby zapobiec polaryzacji czujnika B1, konieczne jest, aby jego elektrody były ze sobą połączone, gdy zasilanie jest wyłączone. W tym celu zaprojektowano tranzystor polowy z kanałem p VT1, otwarty przy braku zasilania, ale zamknięty, gdy do jego bramki zostanie przyłożone napięcie +5 V względem źródła. Rozpiętość czułości czujników CO/SF-2E sięga ±20%. Dlatego też konieczna jest kalibracja wyprodukowanego urządzenia według wskazań standardowego miernika stężenia tlenku węgla, najlepiej zweryfikowanego w jednym z wielu laboratoriów obsługi systemów kontroli gazów. Podczas kalibracji czułość urządzenia reguluje się poprzez dobór rezystancji rezystora R4. Wystarczy ustawić próg odpowiedzi komparatora z dokładnością ±5%. Czujniki trójelektrodowe w porównaniu do dwuelektrodowych charakteryzują się wyższymi parametrami technicznymi, co zwiększa dokładność pomiarów. Ale schemat połączeń takiego czujnika jest bardziej skomplikowany. Stosując trójelektrodowy czujnik elektrochemiczny produkcji rosyjskiej 2FS-90L [6], można zmontować miernik stężenia tlenku węgla według schematu pokazanego na rys. 2.
Czujnik ten posiada trzy elektrody: W – elektrodę pomiarową lub roboczą, C – elektrodę odniesienia, R – elektrodę pomocniczą. Do zasilania czujnika trójelektrodowego zwykle stosuje się specjalną jednostkę - potencjostat, który musi dokładnie zapewniać zerowe przesunięcie potencjału elektrody pomiarowej względem elektrody odniesienia. Z reguły potencjostat dla czujnika trójelektrodowego montowany jest według standardowego schematu, który można znaleźć w instrukcjach obsługi czujników publikowanych przez ich producentów [7-10]. Miernik wykorzystuje mikroukład TSZ124IPT zawierający cztery takie same wzmacniacze operacyjne jak w TSZ122lDT.Tranzystor VT1 służy do zapobiegania polaryzacji czujnika. Rezystancyjny dzielnik napięcia R1R2 i wzmacniacz operacyjny DA1.1 tworzą sztuczną „masę”, której potencjał jest równy połowie napięcia zasilania urządzenia. Wzmacniacze operacyjne DA1.2 i DA1.3 są elementami potencjostatu. Rezystor R9 ustawia współczynnik konwersji prądu elektrody czujnika W na napięcie. Podobnie jak w poprzednim przypadku, jeśli R9 = 117 kOhm, stężenie tlenku węgla wynosi 1 mg/m3 odpowiada napięciu 10 mV na wyjściu potencjostatu. Producent czujnika 2FS-90L gwarantuje jego czułość na poziomie 100 nA/ppm przy odchyleniu nie większym niż 10%. Jeśli taka dokładność pomiaru jest wystarczająca, można obejść się bez kalibracji urządzenia, choć sprawdzenie go z odczytami standardowego miernika nie zaszkodzi. Aby zmierzyć stężenie tlenku węgla w ppm (części na milion), w obu wersjach miernika wystarczy zmniejszyć rezystancję rezystora, który ustala współczynnik konwersji prądu czujnika na napięcie na 100 kOhm (w oparciu o stosunek 1 mg/m3 = 0,86 ppm). W razie potrzeby można zapewnić dwie skale pomiarowe wprowadzając do urządzenia dwupozycyjny przełącznik rezystorowy. Do zasilania obu urządzeń można zastosować zasilacz awaryjny, zmontowany zgodnie ze schematem pokazanym na ryc. 3. Działa zarówno z sieci ~230 V, jak i z ogniwa galwanicznego o napięciu 1,5 V. Pozwala to na użytkowanie miernika nie tylko w warunkach stacjonarnych, ale także w terenie.
Przetwornik napięcia AC-DC U1 (może to być zwykły adapter sieciowy) po podłączeniu do sieci generuje na wyjściu napięcie prądu stałego o wartości 5 V. Tranzystor VT1 i dioda Schottky'ego VD1 tworzą automatyczny przełącznik zasilania z akumulatora na główne i z powrotem. Gdy konwerter U1 pracuje, a napięcie na jego wyjściu jest wyższe niż napięcie elementu galwanicznego G1, tranzystor polowy VT1 jest zamknięty, ponieważ napięcie między jego bramką a źródłem ma polaryzację zamykającą tranzystor z kanałem p . Napięcie 5 V podawane jest wówczas przez otwartą diodę VD1. Po odłączeniu konwertera U1 od sieci napięcie na bramce tranzystora VT1 staje się zerowe w stosunku do wspólnego przewodu. Po naładowaniu kondensatora C2 przez wewnętrzną diodę tranzystora polowego do napięcia przekraczającego napięcie progowe tranzystora VT1, jego kanał dren-źródło otworzy się. Od tego momentu prąd obciążenia elementu G1 będzie płynął przez wyjątkowo niską rezystancję otwartego kanału. Następnie napięcie 5 V do zasilania licznika generowane jest przez przetwornicę napięcia podwyższającego DA1 (HT7750A). Obecność napięcia na jego wyjściu sygnalizowana jest diodą LED HL1. Zasilacz powinien być wyposażony w cewkę indukcyjną L1 o małej rezystancji DC i wysokim współczynniku jakości. Musi być zaprojektowany na prąd do 2 A, mieć rdzeń magnetyczny w postaci pręta ferrytowego i być owinięty drutem miedzianym o średnicy co najmniej 0,5 mm. Kondensatory tlenkowe C1 - C3 są tantalowe, kondensator C4 jest ceramiczny. Zamiast wzmacniacza operacyjnego serii TSZ12x w miernikach stężenia tlenku węgla można zastosować inne precyzyjne wzmacniacze operacyjne o najniższym możliwym napięciu niezrównoważenia i niskim prądzie wejściowym. Rezystory R4-R6 (patrz ryc. 1) i R1-R5, R9-R11 (patrz ryc. 2) muszą mieć odchylenie od wartości nominalnej nie większej niż 1%. Uwaga. Aby zapewnić niezawodne działanie automatycznego wyłącznika zasilania, bramkę tranzystora VT1 należy podłączyć do wspólnego przewodu (minus elementu G1) za pomocą rezystora o rezystancji 10...100 kOhm. Napięcie progowe bramka-źródło tranzystora KP507A może mieścić się w zakresie 0,8...2 V. Jeżeli zastosowany tranzystor ma wartość bezwzględną większą od napięcia elementu G1, to przy pracy z tego ostatniego kanał tranzystora będzie nie jest otwarty i napięcie będzie dostarczane do obciążenia tylko przez wbudowaną diodę zabezpieczającą tranzystora. Spadek napięcia na tej diodzie (około 0,6 V) znacznie obniży sprawność przetwornicy. W takiej sytuacji lepiej zastąpić tranzystor diodą Schottky'ego, podobną do VD1, łącząc go anodą z plusem G1, a katodą z punktem podłączenia kondensatora C2, katodą diody VD1 i cewkę indukcyjną L1. literatura
Autor: A. Kornev
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Wątroba nie podlega starzeniu ▪ Loadix Autonomiczna Ładowarka Rolnicza
▪ część strony internetowej Garland. Wybór artykułów ▪ artykuł Pomoc przy odmrożeniach. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy ▪ artykuł Co to jest neon? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Mesembryanthemum kryształ. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Piłka na żywo. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony