Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Дослідження і проектування системи моніторингу діоксиду сірки на території коксохімічного підприємства

Зміст

Введення

Прилад призначений для моніторингу об’ємів діоксиду сірки, відображаючи його концентрацію на індикаторі відображення інформації, допомагаючи визначити степегь забруднення навколо підприємства.

1. Актуальність теми

В нашому регіоні з добре розвиненою системою вугільної і металургійної промисловості, все більше стає актуально обладнання моніторингу забруднення атмосфери, в тому числі і апаратів моніторингу концентрації діоксиду сірки. Діоксид сірки надходить в атмосферу при згорянні палива, що містить сірку. Головним джерелом діоксиду сірки є електростанції, котельні та підприємства металургії. Вплив діоксиду сірки в концентраціях вище за допустиму може призводити до істотного збільшення різних хвороб дихальних шляхів, впливати на слизову оболонку, викликати запалення, бронхіти, кашель, хрипоту і біль в горлі. Особливо висока чутливість до діоксиду сірки спостерігається у людей, з хронічними порушеннями органів дихання та астмою. Розробляемий прилад повинен визначати концентрацію діоксиду сірки та відображувати на індикаторі інформацію в реальному часі, що чуттево пошвидчить реагування персоналу на підвищення концентрації досліджуваного газу.

2. Мета роботи

Метою дослідження є аналіз існуючих методів і засобів моніторингу концентрації газів в атмосфері з метою вибору двох, найбільш відповідають вимогам завдання, методів з подальшим вибором прототипу і поліпшення його характеристик.

3. Завдання дослідження [1, 5]

1. Проаналізувати існуючі методи і засоби вимірювання концентрації діоксиду сірки, вибрати методи, що володіють високою точністю і вибірковістю з метою подальшого порівняння.

2. Розробка математичної моделі приладу моніторингу для першого методу.

3. Розробити математичну модель приладу моніторингу для другого методу.

4. Дослідити функції математичних моделей для аналізу та виявлення недоліків кожного з метотдов, з подальшим вибором кращого.

4. Аналіз роботи

Одним з методів був обраний оптико-абсорбційний метод. Так як він один з найкращих з точки зору вибірковості. Вибірковість, висока чутливість (10-4 об.% СО, СО2, СН4, С2Н2, Н3 и др.), швидкодія, придатність для безперервних вимірювань, великий вихідний ефект при малих приростах концентрації аналізованого газу зумовлюють перспективність його, незважаючи на складність інструментальних засобів . Для реалізації методу в структурній схемі передбачений джерело вузькосмугового випромінювання зі спектром випромінювання збігається зі спектром поглинання діоксиду сірки, оптична схема, в якій забезпечується опромінення газоповітряної суміші, фотоприймач, що забезпечує перетворення потоку оптичного випромінювання в сигнал зручний для подальшої обробки з виділенням інформації про концентрації діоксиду сірки . Для зниження рівня шумів фотоприймача і пристрої обробки сигналу, передбачається модуляція оптичного потоку. Для реалізації модуляції в структурній схемі передбачається розрахунок вихідного сигналу вимірювального перетворювача концентрації напруги, виконані в прикладному пакеті Matchcad [3, 4, 7].


Принципиальная схема прибора

Малюнок 1. – Узагальнена структурна схема приладу контролю діоксиду сірки [2]


ИП – джерело живлення

ГНЧ – генератор низьких частот

Дат – датчик діоксиду сірки

УС – підсилювач сигналу

ПВ – прецизійний випрямляч

ФНЧХ – фільтр низьких частот

НПР – нормуючий перетворювач

Доп. к. –  додаткові канали

МАС – мультиплексор аналогових сигналів

ПВЗ – пристрій вибірки зберігання

АЦП – аналогово & ndash; цифровий перетворювач

МПУ – мікроконтролер

Дої – дисплей для відображення вимірюваних даних

Принципова схема детектору діоксиду сірки представлена наступною анімацією:

Принципова схема датчика діоксиду сірки

Малюнок 2. – Принципова схема датчика діоксиду сірки

5. Оцінка метрологічних характеристик вимірювача концентрації сірки, методом математичного моделювання.


Залежність концентрації діоксиду сірки та значення десяткового коду.


Малюнок 3. – Залежність концентрації діоксиду сірки та значення десяткового коду

Алгоритм отримання результатів вимірювання:

Алгоритм отримання результатів вимірювання


Цифрова модель не враховує:
 – Шуми апаратури
 – Температурні зміщення сигналів в ОУ
 – Обурення впливають на вимірювальний процес (стабільність потоку вимірювання СІД, впливу зміни атмосферного тиску і температури, явище деградації оптоелектронних приладів) і тд.
            

Виявлення похибок вимірювання виконано методом звірення результатів вимірювання (моделювання) з істинними значення вимірювань концентрації сірчистого газу.                 Для завдання найгіршого режиму вимірювального процесу, модель вхідного сигналу має нормальний закон розподілу значень вимірюваної величини (концентрації SО2). Довжина реалізації, число модельованих вимірювань, складено вимірювань.

Параметри похибки оброблялися за такою методикою:
                Розрахуемо оцінку середнього значення похибки вимірювання[6]:             

Оцінка середнього значення похибки


Виробляємо оцінку дисперсії

Виробляємо оцінку дисперсії


Оцінюємо С.К.О.

С.К.О.


Виконуємо оцінку максимального значення похибки

Виконуємо оцінку максимального значення похибки


Наведене значення максимальної похибки

Наведене значення максимальної похибки


При вимірах прийняти максимальне значення концентрації

Наведене значення максимальної похибки


Мінімальне значення

Мінімальне значення концентрації


Наведені значення похибки склали

Наведені значення похибки склали


Висновки

У процесі проектування приладу для вимірювання об'єму діоксиду сірки, були розглянуті методи і засоби вимірювання сірчистого газу. Був обраний метод на основі якого ми прийняли принципові ришення. Також були розглянуті метрологічні характеристики запропонованої конструкції вимірювального приладу на основі двох блоків. Один з яких розміщується безпосередньо в зоні вимірювання досліджуемого газу. Зважаючи на це і були представлені результати вимірювань. При оцінці були отримані результати набагато краще, ніж у робочих засобів вимірювання так як в ході роботи не були враховані ряд збурень. Якби в ході роботи були враховані ряд збурень, то метрологічні оцінки виявилисяб ближчі до реальних газоаналітичним засобам вимірювання, і мали б значення похибки десь 1-2%.

Перелік джерел

  1. Павленко В. А., Газоанализаторы, М. — Л., 1965; Бражников В. В., Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии, М., 1974; Кулаков М. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М., 1983. А. М. Дробиз, В. А. Рылов, В. Ю. Рыжнев.
  2. Кестер У. Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов. (Analog-Digital Conversion) Редактор оригинального издания Уолт Кестер. Перевод с английского под редакцией Власенко. A. A. (Москва: Издательство «Техносфера», 2010. – Серия «Мир электроники»).
  3. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2005 год. 528 с.
  4. Никамин В. А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник A/D&D/A Converters Reference Book. Санкт-Петербург КОРОНА. принт Москва «Альтекс-А». 2003. 224 c.
  5. Методы практического конструирования при нормировании сигналов с датчиков. По материалам семинара «Practical design techniques for sensor signal conditioning» Перевод выполнен фирмой Автэкс. Автор перевода: Горшков Б. Л. Редактор перевода: Силантьев В. И. 2011 год. 311 с.
  6. Изъюрова — Расчёт электронных схем. Примеры и задачи. М.: Высшая школа, 1987. 335 с. Заездный А. М. Гармонический синтез в радиотехнике и элементы связи. Л. «Энергия». 1971. 528с.
  7. Гусев Ю. М. — Электроника. 2-e, перер. и доп. — М: Высшая школа, 1991. — 622 с.