Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Метан міститься в різних формах (від вільної до пов'язаної) у вугіллі і породах, що вміщають і утворився там на стадії вуглефікації органічних останків і метаморфизации вугілля. В вироблення метан виділяється переважно з вугілля (є родовища, де відносне метановиділення перевищує 45 м? метану на тонну вугілля, відзначені також випадки метановиділення близько 100 м?/т), в основному – в процесі його руйнування (отбойки), рідше – з природних порожнин–резервуарів.

1. Актуальність теми

Метан – горючий газ без кольору, запаху і смаку, легший за повітря (густина 0,524). Виділяється при розкладанні органічних речовин без доступу кисню. Особливо великі його виділення спостерігаються в вугільних шахтах, менші – в калійних. Суміш метану з повітрям спалахує при температурі близько 600 ° С. При концентрації його в повітрі до 5% згорає блакитним полум'ям, при концентрації 5–16% вибухає, при більшій концентрації через нестачу кисню не горить і не вибухає. Під час вибуху метану виділяється велика енергія, температура досягає 2500 ° С, що виникає при цьому ударна повітряна хвиля завдає великі пошкодження в виробках.

Максимально допустима концентрація метану в струмені виходить із забоїв 1%, а в загально шахтної вихідному струмені 0,75%. Метан слабо отруйний, але при великому вмісті витісняє кисень.

Температура займання метану 650–750 ° С, вона змінюється в залежності від джерела запалення. Особливістю є те, що при зіткненні з джерелом займання мета запалюється з деяким запізненням. При 650 через 10сек, 1000 – 1 сек, 1200 – 0,2сек, 2000 – миттєво. Метан вибухає при концентрації від 5 до 16% і при 650 ° С. Причини: погане провітрювання, неправильне розподіл повітря. Отже виникає необхідність контролювати ці дуже важливі параметни в допустимих межах заради безпеки людських життів і всього гірського масиву.

2. Об'єкт контролю

Як об'єкт контролю – концентрація метану на виході вентиляційного струменя та її контроль з метою недопущення вибухонебезпечної концентрації. Встановлюємо верхню концентраційну межу змісту СН4 в некондиційної метано–повітряної суміші СН4, флегматізіруемой продуктами згоряння, СН4 30%, а нижній – СН4 18%, при цьому некондиционную метан повітряної суміші СН4 з вмістом в ній СН4 нижче встановленого нижнього концентраційного межі розбавляють вентиляційним струменем до значення змісту СН4 в суміші не більше 4%

3. Обгрунтування вибору методу

Термокаталітіческіе датчики завдяки простоті своїй конструкції є економічно вигідним рішенням для контролю витоків горючих парів і газів. Конструктивно термокаталітичний сенсор являє собою пару чутливих елементів – кульок, виготовлених з тонкої платинового дроту, змотаною в котушку, на яку нанесена керамічна підкладка, наприклад, з оксиду алюмінію (рис. 1). розрізняють активний і пасивний кульки або, як їх ще називають, пеллістори (pellistor) або сігістори (siegistor). На поверхню активного пеллістора поверх керамічної підкладки крім того наноситься криюча зовнішня оболонка з палладиевого або родієвого каталізатора, розпорошеного на підкладку з окису торію.

Рис. 1. Термокаталітичний сенсор

Рис. 1. Термокаталітичний сенсор

Платиновые катушки пеллисторов в процессе работы нагревается протекающим через них током примерно до 450 °C. Через газопроницаемую мембрану (пламегаситель, синтометаллический диск) датчика горючий газ в смеси с воздухом попадает внутрь сенсора и омывает поверхность пеллисторов сенсора. Каталитическое покрытие активного пеллистора окисляется и температура активного пеллистора повышается. Это повышение температуры можно измерить благодаря изменению (увеличению) сопротивления платиновой спирали внутри активного пеллистора. Это сопротивление сравнивается с сопротивлением пассивного пеллистора в стандартной цепи с измерительным мостом (рис. 2).

Рис. 2. Схема включення термокаталітіческого сенсора

Рис. 2. Схема включення термокаталітіческого сенсора

В діапазоні концентрацій горючого газу від 0 до 100% нижньої межі вибуховості (НПВ) співвідношення цих опорів буде пропорційно концентрації газу і його можна відобразити на вимірювальний інструмент або індикаторі.

Температура пасивного пеллістора, при незмінних умовах навколишнього середовища, залежить тільки від величини протікає через нього струму, а температура активного пеллістора визначається величиною цього ж, що протікає через нього струму, плюс процесами окислення каталізатора, інтенсивність яких пропорційна концентрації горючих газів в повітрі.

Щоб показання термокаталітіческого сенсора не залежали від зміни навколишніх умов (температури, вологості) в кращих каталітичних датчиках використовуються термічно узгоджені кульки.

В цьому випадку датчик має фактично два активних пеллістора, один з яких виконує функції пасивного пеллістора. Пасивне функціонування досягається або за рахунок покриття кульки тонким шаром скла, або за рахунок деактивовано каталізатора, або за рахунок розміщення «пасивного» пеллістора в практично герметичній порожнині, що має всього один отвір дуже малих розмірів для повідомлення з навколишнім середовищем.

Таким чином «пасивний» пеллістор діє лише як компенсатор будь–яких зовнішніх змін температури і вологості. Дана технологія застосовується, наприклад, в термокаталітіческіх сенсорах DragerSensor PR M DD, де абревіатура DD розшифровується як double detector – подвійний (активний) детектор (рис.3).

Рис 3. Загальний вигляд термокаталітіческого сенсора.

Рис 3. Загальний вигляд термокаталітіческого сенсора.

З огляду на те, що принцип дії термокаталітіческого датчика заснований на спалюванні містяться в повітрі горючих газів, то для забезпечення безпечної експлуатації термокаталітичний сенсор повинен мати міцний металевий корпус, а перед пеллісторамі необхідно встановити пламегаситель. Це дозволяє суміші газу і повітря проникати в корпус датчика до чутливого елемента, але запобігає поширенню полум'я з сенсора в навколишнє середовище.

Пламегаситель кілька збільшує час реакції датчика, проте в більшості випадків показання з'являється вже через кілька секунд після виявлення газу. Оскільки зростання показань сенсора в значній мірі сповільнюється в міру наближення виміряної концентрації горючого газу до її фактичним значенням, то час відгуку сенсора часто визначається як час, необхідний для досягнення 90% від його кінцевого показання і тому відоме як значення Т90. Значення Т90 для каталітичних датчиків становить зазвичай 10 – 30 секунд, тобто вони мають досить малим часом відгуку. У США і деяких інших країнах при вказівці характеристик сенсорів часто вказується час Т60, а не Т90. Цей факт слід враховувати при порівнянні робочих характеристик різних датчиків (рис.4).

Рис 4 – Робочі характеристики датчиків.

Рис 4 – Робочі характеристики датчиків.

Вихідний сигнал термокаталітіческого сенсора, вимірюваний в мілівольтах, не дозволяє підключати його безпосередньо до вимірювальних входів вторинних приладів і технологічних контролерів. Щоб за допомогою вихідного сигналу сенсора можна було здійснювати управління будь–якими типовими виконавчими пристроями автоматики безпеки він найчастіше відразу (в місці установки датчика) перетворюється в стандартний струмовий сигнал 4–20 мА як, наприклад, в газоаналізаторі PEX 3000. Або ж сигнал сенсора перетворюється в сигнал управління на віддаленому пристрої, на вхід якого приходить міллівольтовий сигнал сенсора, віддаленого на кілька десятків і сотень метрів, як, наприклад, в сигналізаторі СТМ–10.

4. Выбор рабочего прототипа

Перший варіант кращий, так як:

• датчик контролю загазованості з виходом 4–20 мА може бути підключений до будь–якого вторинного приладу з уніфікованим струмовим входом;

• показання датчика менше залежать від зміни температури, довжини та інших параметрів сполучної лінії.

Термокаталітіческіе датчики з виходом 4–20 мА не можуть бути підключені до вторинних приладів по двухпроводной схемі через те, що для роботи сенсора потрібно досить великий струм. наприклад, сенсор DragerSensor PR M DD газоаналізатора PEX 3000 споживає струм 255 або 275 мА в залежності від модифікації газоаналізатора.

В якості вимірювального перетворювача, вибираємо датчик метану TGS6620. Цей чутливий елемент має велике вихідний опір, тому економічний. Сумарний струм в 2 рази менше ніж у вітчизняного датчика.

Наявність нагрівальних елементів дає можливість ізолювати їх один від одного і проводити вимірювання. 

  
Основні вимоги до вимірювального каналу:
– Діапазон вимірювання метану, %	    от 0 до 35;
– Робочий діапазон температур, °            от 0 до 40;
– Клас точності не гірше,%                      0,5%;
Рис. 5 – Датчик измерения концентрации метана TGS6610

Рис. 5 – Датчик измерения концентрации метана TGS6610.

	
           Номер модели	                                  TGS6610
		Типовой диапазон выявления, %    	0 ~ 100
		Напряжения нагревателя, мВ	        0.525 ± 0.025 мV AC / DC
		Напряжение цепи, В		                3.0 ± 0.1V DC / AC 
		Сопротивление нагрузки, кОм	        2 кОм
		Сопротивление нагревателя, Ом	        около 59 при комнатной температуре
		Ток нагревателя, мА	                        175 ± 5 mA
		Мощность, мВт	                                160 при постоянном напряжении 3.0 В
		Выходное напряжение, mV	                16 ~ 28 в 5000ppm метана
		Чувствительность 	                        0,37 ~ 0,50 (в зависимости от сопротивления и отношения ppm)
Рисунок 5. Схема подключения 6–ти проводного тензодатчика.

Таблица 1 – Таблица характеристик датчика метана TGS6610

Висновки

В даному звіт була розглянуто чувтсвітельний датчик, і еге рентабельність. Звіт показує і розкриває всі можливості і переваги даної системи. При досягненні необхідних умов і показань & ndash; датчик показує хорошу ремонтопридатність, термін служби і легкість у використанні.

Так само дана робота доводить що, в швидко зростаючих потреб у контролі таких параметрів як загазованість в гірській промисловості, не обійтися без таких систем контролю викидів: для оптимізації всієї роботи на підприємствах збільшення безпеки і накопичення даних для сан епідем станцій

Обраний прототип в даній роботі, доводить свою придатність до роботи в необхідних умовах, і повністю окупає себе. У порівнянні з іншими прототипу він є, більш вигідний з точки зору рентабельності та окупності, а так же надійності і точності.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2018 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Ермоленко А.П. Автоматизация и электрика [Электронный ресурс]: принцип работы тензодатчика веса и давления – электронные данные, – режим доступа https://www.asutpp.ru/datchiki/tenzodatchik.html – дата доступа: ноябрь 2017
  2. Я. И. Альшиц, Аппаратура и методы исследования горных машин: Учебник/ Я. И. Альшиц, В. Г. Гуляев, Ф. В. Костюкевич, Е. Г. Колесников, Б. А. Кузнецов, В. И. Лебеденко, В. Д. Оглоблин, П. А. Осокин, В. М. Филиппов, Г. В. Малеев. – Издательство Недра Москва 1969г. С. 19 – 32
  3. Э.К. Никулин Методология расчётов гидродинамических параметров шахтних автоматизированных стационарных установок с центробежными нагнетателями: монография / Э.К. Никулин,И.В. Ковалёва и др. – Донецк: ООО «Технопарк ДонГТУ «УНИТЕХ», 2015.– 134 с
  4. Тензом [Электронный ресурс]: Весы на борту транспортного средства – большая экономия и новые возможности для грузоперевозчиков – электронные данные, – режим доступа https://www.tenso-m.ru/publications/349/ – дата доступа: октябрь 2017.
  5. Соколов А.В., Волков Е.А. Студенческий научный форум [Электронный ресурс]: Бортовые системы взвешивания. Онлайн-контроль массы груза – электронные данные, – режим доступаhttps://www.scienceforum.ru/2015/909/8070 – дата доступа: октябрь 2017
  6. TOPNEFTEGAZ Топнефтегаз [Электронный ресурс]: Бортовые системы для авто – какую выбрать? – электронные данные, – режим доступа http://topneftegaz.ru/news/view/107356 – дата доступа: октябрь 2017
  7. Тензом [Электронный ресурс]: Взвешивание на борту – электронный ресурс, – режим доступа https://www.tenso-m.ru/otraslevye-reshenija/vzveshivanie-na-bortu/ – дата доступа: октябрь 2017
  8. Калмыков С. Основные средства [Электронный ресурс]: Онлайн-контроль массы груза. Бортовые системы взвешивания и контроля перегруза – электронные данные, – режим доступаhttps://os1.ru/article/7343-bortovye-sistemy-vzveshivaniya-i-kontrolya-peregruza-onlayn-kontrol-massy-gruza – дата доступа: октябрь 2017
  9. Auto Tuning Group LTD [Электронный ресурс]: Бортовые системы взвешивания – электронные данные, – режим доступа http://autotuninggroup.ru/category/bortovye-sistemy/ – дата доступа: октябрь 2017
  10. Геостар Трейд, СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ PROLEC ИТС Интертехснаб [Электронный ресурс]: Технические особенности системы взвешивания для погрузчика экскаватора бортовой системы взвешивания – электронные данные, – режим доступаhttp://vesy.by/preimuschestva-osobennosti-sistemyi-vzveshivaniya-dlya-pogruzchika-ekskavatora.html – дата доступа: октябрь 2017
  11. Весы-онлайн [Электронный ресурс]: Контроль за перегрузом автомобилей – электронные данные, – режим доступа http://www.onlinescales.ru/articles/publikacii/vzveshennye-resheniya-3/ – дата доступа: октябрь 2017
  12. PROLEC Research & Development Group LTD [Электронный ресурс]: Бортовые системы взвешивания – электронные данные, – режим доступа http://rdgroupltd.com/projects/cargo/ – дата доступа: октябрь 2017
  13. ГеоСтар трейд [Электронный ресурс]: системы взвешивания для погрузчиков и шарнирно-сочлененных автомобильных самосвалов – электронные данные, – режим доступа http://geostar.com.ua/products/sistemy-avtomaticheskogo-upravleniya-prolec/weighloader-sistemy-vzveshivaniya-dlya-pogruzchikov-i-sharnirno-sochlenennyx-avtomobilnyx-samosvalov – дата доступа: ноябрь 2017
  14. Новый дом [Электронный ресурс]: Бортовые системы взвешивания – электронные данные, – режим доступаhttp://newdom.com.ua/p39797-Weighloader_Bortovaya_sistema_vzveshivaniya – дата доступа: ноябрь 2017
  15. Autoline [Электронный ресурс]: Как работают бортовые системы взвешивания и контроля нагрузки на ось – электронные данные, – режим доступаhttp://truck-weigh.com/how/ – дата доступа: ноябрь 2017
  16. Michael:P ALM-UG [Электронный ресурс]: Как работает бортовая системы взвешивания – электронные данные, – режим доступаhttp://alm-ug.ru/howw.html – дата доступа: ноябрь 2017
  17. Сенянский М.В Тензом [Электронный ресурс]: Методологические особенности поосного взвешивания автомобилей – электронные данные, – режим доступа https://www.tenso-m.ru/publications/390/ – дата доступа: ноябрь 2017
  18. Sensorse [Электронный ресурс]: Фольговые тензорезисторы – электронные данные, – режим доступа https://sensorse.com/page48.html – дата доступа: ноябрь 2017
  19. DocSlide – PDF библиотека [Электронный ресурс]: Исследование датчика ускорения с использованием четырех лопастной пружины и выбор его оптимальных размеров в рамках поставленной задачи – электронные данные, – режим доступа https://docslide.org/pdf-bgiXrv5 – дата доступа: ноябрь 2017
  20. Stud 24 электронная библиотека [Электронный ресурс]: Деформационные манометры – электронные данные, – режим доступа http://stud24.ru/polygraphy/deformacionnye-manometry/195408-569829-page2.html – дата доступа: ноябрь 2017
  21. Большая энциклопедия нефти и газа [Электронный ресурс]: Сопротивление – резистор – электронные данные, – режим доступа http://www.ngpedia.ru/id457315p1.html – дата доступа: ноябрь 2017

  22. ГОСТ 12.1.005