Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Метан содержится в разных формах (от свободной до связанной) в угле и вмещающих породах и образовался там на стадии углефикации органических останков и метаморфизации углей. В выработки метан выделяется преимущественно из угля (есть месторождения, где относительное метановыделение превышает 45 м? метана на тонну угля, отмечены также случаи метановыделения порядка 100 м/т), в основном – в процессе его разрушения (отбойки), реже – из естественных полостей-резервуаров.

1. Актуальность темы

Метан – горючий газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха (плотность 0,524). Выделяется при разложении органических веществ без доступа кислорода. Особенно большие его выделения наблюдаются в угольных шахтах, меньшие – в калийных. Смесь метана с воздухом воспламеняется при температуре около 600 °С. При концентрации его в воздухе до 5 % сгорает голубым пламенем, при концентрации 5–16 % взрывается, при большей концентрации из-за недостатка кислорода не горит и не взрывается. При взрыве метана выделяется большая энергия, температура достигает 2500 °С, возникающая при этом ударная воздушная волна наносит большие повреждения в выработках.

Максимально допустимая концентрация метана в струе исходящей из забоев 1 % , а в обще шахтной исходящей струе 0,75 %. Метан слабо ядовит, но при большом содержании вытесняет кислород. Температура воспламенения метана 650-750 ?С, она изменяется в зависимости от источника воспламенения. Особенностью является то, что при соприкосновении с источником воспламенения мета воспламеняется с некоторым запозданием. При 650 через 10сек, 1000 – 1сек, 1200 – 0,2сек, 2000 – мгновенно. Метан взрывается при концентрации от 5 до 16% и при 650 ?С. Причины: плохое проветривание, неправильное распределение воздуха. Следовательно возникает необходимость контролировать эти очень важные параметны в допустимых пределах ради безопасности человеческих жизней и всего горного массива.

2. Объект контроля

качестве объект контроля - концентрация метана на выходе вентиляционной струи и ее контроль с целью недопущения взрывоопасной концентрации. Устанавливаем верхнюю концентрационную предел содержания СН4 в некондиционной метановоздушной смеси СН4, флегматизируемой продуктами сгорания, СН4 30%, а нижний - СН4 18%, при этом некондиционную метан воздушной смеси СН4 с содержанием в ней СН4 ниже установленного нижнего концентрационного предела разбавляют вентиляционной струей до значения содержания СН4 в смеси не более 4%

3. Обоснование выбора метода

Термокаталитические датчики благодаря простоте своей конструкции являются экономически выгодным решением для контроля утечек горючих паров и газов. Конструктивно термокаталитический сенсор представляет собой пару чувствительных элементов - шариков, изготовленных из тонкой платиновой проволоки, смотанной в катушку, на которую нанесена керамическая подложка, например, из оксида алюминия (рис. 1). Различают активный и пассивный шарики или, как их еще называют, пеллисторы (pellistor) или сигисторы (siegistor). На поверхность активного пеллистора поверх керамической подложки кроме того наносится кроющая наружная оболочка из палладиевого или родиевого катализатора, распыленного на подложку из окиси тория.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схеа для БСВ.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схема для БСВ.

Рисунок 1 – Термокаталитический 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).

Рисунок 1 – Термокаталитический сенсор.

Рисунок 1 – Термокаталитический сенсор.

Рисунок 2 – Схема включения термокаталитического сенсора

В диапазоне концентраций горючего газа от 0 до 100% нижнего предела взрываемости (НПВ) соотношение этих сопротивлений будет пропорционально концентрации газа и его можно отобразить на измерительном инструменте или индикаторе.

Температура пассивного пеллистора, при неизменных условиях окружающей среды, зависит только от величины протекающего через него тока, а температура активного пеллистора определяется величиной этого же, протекающего через него тока, плюс процессами окисления катализатора, интенсивность которых пропорциональна концентрации горючих газов в воздухе.

Чтобы показания термокаталитического сенсора не зависели от изменения окружающих условий (температуры, влажности) в лучших каталитических датчиках используются термически согласованные шарики.

В этом случае датчик имеет фактически два активных пеллистора, один из которых выполняет функции пассивного пеллистора. Пассивное функционирование достигается или за счет покрытия шарика тонким слоем стекла, или за счет деактивированного катализатора, или за счет размещения «пассивного» пеллистора в практически герметичной полости, имеющей всего одно отверстие очень малых размеров для сообщения с окружающей средой.

Таким образом «пассивный» пеллистор действует лишь как компенсатор любых внешних изменений температуры и влажности. Данная технология применяется, например, в термокаталитических сенсорах DragerSensor PR M DD, где аббревиатура DD расшифровывается как double detector - двойной (активный) детектор (рис.3).

Рисунок 3 – Общий вид термокаталитического сенсора.

Рисунок 3 – Общий вид термокаталитического сенсора.

Рисунок 3 – Общий вид термокаталитического сенсора

Учитывая то, что принцип действия термокаталитического датчика основан на сжигании содержащихся в воздухе горючих газов, то для обеспечения безопасной эксплуатации термокаталитический сенсор должен иметь прочный металлический корпус, а перед пеллисторами необходимо установить пламегаситель. Это позволяет смеси газа и воздуха проникать в корпус датчика к чувствительному элементу, но предотвращает распространение пламени из сенсора в окружающую среду.

Пламегаситель несколько увеличивает время реакции датчика, однако в большинстве случаев показания появляется уже через несколько секунд после обнаружения газа. Поскольку рост показаний сенсора в значительной степени замедляется по мере приближения измеренной концентрации горючего газа к ее фактическому значению, то время отклика сенсора часто определяется как время, необходимое для достижения 90% от его конечного показания и поэтому известное как значение Т90. Значение Т90 для каталитических датчиков составляет обычно 10 - 30 секунд, то есть они обладают достаточно малым временем отклика. В США и некоторых других странах при указании характеристик сенсоров часто указывается время Т60, а не Т90. Этот факт следует учитывать при сравнении рабочих характеристик различных датчиков (рис.4).

Рисунок 4 – Рабочие характеристики датчиков.

Рисунок 4 – Рабочие характеристики датчиков.

Рисунок 4 – Рабочие характеристики датчиков

Выходной сигнал термокаталитического сенсора, измеряемый в милливольтах, не позволяет подключать его непосредственно к измерительным входам вторичных приборов и технологических контроллеров. Чтобы с помощью выходного сигнала сенсора можно было осуществлять управление какими-либо типовыми исполнительными устройствами автоматики безопасности он чаще всего сразу (в месте установки датчика) преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА как, например, в газоанализаторе PEX 3000. Или же сигнал сенсора преобразуется в сигнал управления на удалённом устройстве, на вход которого приходит милливольтовый сигнал сенсора, удалённого на несколько десятков и сотен метров, как, например, в сигнализаторе СТМ-10.

4. Выбор рабочего прототипа

Первый вариант предпочтительнее, так как:

• датчик контроля загазованности с выходом 4-20 мА может быть подключен к любому вторичному прибору с унифицированным токовым входом;

• показания датчика меньше зависят от изменения температуры, длины и других параметров соединительной линии.

Термокаталитические датчики с выходом 4-20 мА не могут быть подключены ко вторичным приборам по двухпроводной схеме из-за того, что для работы сенсора требуется достаточно большой ток. Например, сенсор DragerSensor PR M DD газоанализатора PEX 3000 потребляет ток 255 или 275 мА в зависимости от модификации газоанализатора.

В качестве измерительного преобразователя, выбираем датчик метана TGS6620. Этот чувствительный элемент имеет большое выходное сопротивление, поэтому экономичный. Суммарный ток в 2 раза меньше чем у отечественного датчика.

Наличие нагревательных элементов даёт возможность изолировать их один от другого и проводить измерения.

Основные требования к измерительному каналу:

- Диапазон измерения метана, % от 0 до 35;

- Рабочий диапазон температуры, ° от 0 до 40;

- Класс точности не хуже, % 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)

Таблица 1 – Таблица характеристик датчика метана TGS6610

Таблица 1 – Таблица характеристик датчика метана TGS6610

Выводы

В данном отчет была рассмотрен чувтсвительный датчик , и еге рентабельность. Отчет показывает и раскрывает все возможности и преимущества данной системы. При достижении необходимых условий и показаний – датчик показывает хорошую ремонтопригодность, срок службы и легкость в использовании.

Так же данная работа доказывает что, в быстро растущих потребностях в контроле таких параметров как загазованность в горной промышленности, не обойтись без таких систем контроля выбросов: для оптимизации всей работы на предприятиях увеличение безопасности и накопления данных для сан эпидем станций

Выбранный прототип в данной работе, доказывает свою пригодность к работе в необходимых условиях, и полностью окупает себя. По сравнению с другими прототипа он является, более выгоден с точки зрения рентабельности и окупаемости, а так же надежности и точности.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  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