Диссертация (1143140), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Датчиком температуры являются платиновые терморезисторы, обладающиевысоким температурным коэффициентом сопротивления и высокой стойкостью к окислению.Используемые в данном блоке АЦП имеют высокоомный дифференциальный вход, чтопозволяет подключить датчик температуры непосредственно к АЦП без предварительногоусилителя. Измерение входного сигнала происходит в диапазоне 0÷1,25В, который задаетсяпрограммно в АЦП микропроцессором. При 16 разрядном преобразовании цена младшегоразряда соответствует 19 мкВ. Наличие в АЦП цифрового фильтра и последующее усреднениеполучаемых данных микропроцессором за 1 с позволяет получить ошибку в определениитемпературы менее 0,1 градуса. Цифровой фильтр программируется на частоту среза 13,1 Гц(частота измерения 50 Гц).Через один из портов этого же процессора А5 осуществляется и управлениеисполнительными механизмами газоанализатора: клапанами, дозатором, насосом идесорбером.Графический модуль ЖКИ DG-24128 имеет габаритные размеры - 144×104×12,5 мм.При этом видимое поле для отображения информации - 114×64 мм, а размер точки 0,4×0,4 мм.
Для получения более высокого контраста выводимого графического изображенияили текста используется электролюминесцентная подсветка.1564.6.3 Алгоритм работы газоанализатора на основе эффекта проявления МоЯКОсновной режим эксплуатации разработанных газоанализаторов - автоматический, сциклическим отбором и анализом пробы наружного воздуха. По истечении заданного времениподготовки (обычно 20 мин после включения прибора), газоанализатор переходит в режимавтоматического анализа, при этом по командам блока УРОИ осуществляется рядпоследовательных операций:1. Контрольный нагрев концентратора для очистки его от случайных загрязнителей.2.
Отбор в концентратор пробы с «опорной» концентрацией из диффузионного дозатора.Количество адсорбированного в концентраторе веществаM 1 Ф 1 (мг), где Ф-диффузионный поток от дозатора, мг/мин; 1 - время поступления примеси в концентратор,мин.3. Десорбция примеси из концентратора при нагревании в поток газа-носителя ихроматографический анализ десорбированной пробы.
Хроматографический пик фиксируетсядетектором МоЯК. Процессор «считает» в заданном «окне» времени площадь пика S1 ,соответствующую массе примеси M 1 , и запоминает ее значение.4. Отбор пробы из атмосферного воздуха.5. Анализ пробы атмосферного воздуха. Проводится аналогично операции 3:кратковременный нагрев концентратора и запись хроматограммы.
В том же «окне» процессор«считает» площадь пика анализируемой примеси S 2 и вычисляет соответствующую ей массувещества M 2 M 1M2S2(мг) и его концентрацию C (мг/дм3) в атмосфере, где V –V 2S1скорость отбора пробы из атмосферы, дм3/мин; 2 – время пробоотбора, мин. Из этихвыражений получимCФ 1 S 2,S1 V 2(4.17)причем величина диффузионного потока Ф от дозатора постоянна при данной температуре(определяется калибровкой независимым методом и вводится в память процессора).По окончании цикла анализа его результат выдается на встроенный дисплей.
Болееподробная информация об условиях анализа по локальной сети Ethernet, протоколов RS-232,RS-485 может передаваться на компьютер центра управления. Далее по команде процессораприбора повторяются циклы анализа проб из атмосферы (операции 4 и 5). Через определенныеинтервалы времени (один раз в час) процессор дает команду на калибровку газоанализатора(операции 2 и 3).1574.6.4 Блок УРОИ радиотехнического ППУ газоанализатора на основе эффекта проявленияМоЯК универсального назначенияВ газоанализаторах металло-органических соединений (в том числе карбониловметаллов) и диагностики заболеваний по выдыхаемому воздуху применен базовый детекторуниверсального назначения.
Основные металло-органические соединения, на которыеразработаны газоанализаторы на основе эффекта МоЯК: пентакарбонил железа (ПКЖ)Fe(CO)5, тетракарбонил никеля (ТКН) Ni(CO)4, декакарбонил марганца (ДКМ) Mn2(CO)10,цимантрен, ферроцен.Алгоритм работы базового детектора универсального назначения состоит из операций а)измерение фона, б) измерение опорного сигнала от дозатора, в) измерение концентрациикарбонила в атмосфере.Для автоматической работы газоанализатора в соответствии с алгоритмом требуетсяуправление вышеперечисленными блоками. Эти функции выполняет блок управления,регистрациииобработкиинформации(УРОИ).Онобеспечивает:управлениеисполнительными механизмами по заданному алгоритму (клапанами, насосами); возможностьрегулировки температур в широком диапазоне; термостатирование 5-ти функциональныхблоков; управление осветителем (лазером); измерение концентрации аэрозольных частицнефелометрическим методом фотоприемником интегрирующего типа; измерение и расчетданных, снятых с детектора; запись снятых графиков в файл компьютера; возможность работыдетектора в ручном и автоматическом режимах; связь с компьютером по интерфейсу RS - 232и по локальной сети Ethernet.Температурыдолжныподдерживатьсявследующихдиапазонах:конвертер(термореактор) – от 400 до 7000С; КУСТ 1 – до 1400С; КУСТ 2 – до 1000С; холодильник – от+5 до 200С.
Для поддержания температур с высокой точностью применен метод ПИДкоэффициентов,когдавоздействиенанагревательныйэлементрассчитываетсяпропорционально разности ошибки установки, ее производной и интегралу. Интегральнаясоставляющая позволяет обеспечить выход на требуемую температуру независимо оттеплообмена с окружающей средой. Дифференциальная составляющая регулирует скоростьотработки воздействия.В качестве микроконтроллера, осуществляющего управление всеми модулями блокаУРОИ, выбран AT91SAM9263, в состав которого входит процессор ARM926EJ-STM ARMR.Кроме платы микроконтроллера в блок УРОИ входят платы управления узлами (модулями):клапанами 1 и 2, холодильником 1 и 2, микродозатором, излучателем, цифровым регуляторомрасхода и фотоприемным устройством интегрирующего типа.
Эти платы имеют в своемсоставе микроконтроллер АТ Тiny 85, обеспечивающий работу модуля. Связь с центральным158процессором обеспечивается посредством SMBus с гальванической развязкой в каждом модуле.Программное обеспечение блока УРОИ работает под оболочкой основной программыLabVIEW. На рис. 4-33 представлен вид экранного интерфейса для установки и контролярежимов, температур, параметров и вывода визуальной информации (фототока нефелометра)автоматического газоанализатора.
Пик на графике свидетельствует о наличии в пробоотборецимантрена с концентрацией 5.2∙10-10 мг/л.Рис. 4-33. Вид экранного интерфейса.Принципиально важным является вопрос о том, какие оптические мощностинеобходимо регистрировать в фотометре при измерении пороговых концентраций примесей вдетекторе МоЯК. Для этого мощность, рассеиваемую одной аэрозольной частицей, нужноумножить на количество аэрозольных частиц в фотометрируемом объеме фотометра. Фонспонтанной нуклеации и фон, создаваемый конвертером, для оптимальных условийпроявления составляет значение ~300 аэрозольных частиц.
Каждая аэрозольная частица12рассеивает мощность Pчастицы эксп 0.38 10 Вт (таблица 4-1). При увеличении концентрациипримеси регистрируемая оптическая мощность определяется как Pфот=mmin·Pчастицы эксп, гдеmmin - счетная концентрация аэрозольных частиц, доставленных в фотометрируемый объемфотометра. Мощность, соответствующая фону, составляет величину 0.1 нВт. На рис. 4-34представлена зависимость мощности рассеянного аэрозольными частицами оптическогоизлучения от концентрации примеси молекул карбонилов (молекул/см3) в воздухе длякарбонилов металлов Mn2(CO)10, Ni(CO)4, Fe(CO)5, Cr(CO)6, W(CO)6. На графике отмечены159экспериментальные точки, находящиеся в хорошем соответствии с экспериментальнымиданными (2 ÷ 5%).Рис.
4-34. Зависимость рассеянной аэрозольными частицами мощности оптическогоизлучения от концентрации примеси молекул карбонилов, (молекул/см3).Различия в чувствительности для различных примесей определяются разницей взначении коэффициента проявления МоЯК, определяемого как отношение концентрацииаэрозольных частиц к концентрации молекул детектируемой примеси.Таким образом, в результате разработки ППУ детектора МоЯК достигнуто:1.
Интегратор фототока, основанный на измерении с последующим усреднениемтангенса угла наклона зависимости фототока от времени, а также усреднении результатовизмерений, позволяет регистрировать фототоки светорассеяния аэрозольными частицами науровне десятков фА, что обеспечивает чувствительность детекторов МоЯК к детектируемымвеществам ниже уровней предельно допустимой концентрации рабочей зоны.2. Программно-аппаратный блок УРОИ, осуществляющийустановку режимов,контроль температур и параметров блоков газоанализатора, измерение, визуализацию иобработку фототока светорассеяния аэрозольными частицами, обеспечивает автоматическоеопределение концентрации отравляющих веществ.4.7 Выводы по Главе 4В диссертации проведен анализ основ работы высокочувствительных газоанализаторовна основе эффекта проявления молекулярных ядер конденсации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
