Робота термомагнітних газоаналізаторів заснована на русі в неоднорідному магнітному полі при наявності температурного градієнта парамагнітних часток — молекул кисню й оксидів азоту. Це явище називається термомагнітною конвекцією. Зміни температури, тиску і витрати аналізованої газової суміші можуть впливати на результати виміру.

У хемілюмінесцентних газоаналізаторах використовується залежність інтенсивності люмінесцентного випромінювання, що виникає в результаті хімічної реакції аналізованого компонента з реагентом, від концентрації цього компонента. Застосовуються для виміру дуже малих концентрацій ПРО3, N0х і інших речовин.

У вольтамперометричних газоаналізаторах значення струму в електродному ланцюзі залежить від вмісту деполяризуючого компонента, наприклад, кисню, у лужному гальванічному елементі.

У кулонометричних газоаналізаторах вміст аналізованого компонента визначається за кількістю електрики, витраченої при електролізі речовини, що вступає в реакцію з аналізованим. Значення струму, при якому забезпечується нейтралізація розчину з аналізованим компонентом, і служить величиною концентрації цього компонента.

До електрохімічного може бути віднесений і плазменно-іонізаційний газоаналізатор, у якому концентрація аналізованого комплексу визначається за іонізаційним струмом, що утвориться у водневому полум'ї внаслідок іонізації молекул органічних сполук.

Хроматографи відносяться до аналізаторів, що можуть проводити одночасно якісний і кількісний аналіз газоподібних і рідких середовищ. Принцип дії заснований на поділі газових сумішей на окремі компоненти при русі уздовж поверхні сорбенту, наступної ідентифікації компонентів і визначення їхнього вмісту в суміші. Цей метод може бути використаний для визначення вмісту будь-яких газів з концентрацією до 10-5–10-6 %. Хроматографи — прилади періодичної дії з часом аналізу 10—20 хвилин.

2 Розробка структурної схеми системи вимірювального контролю вологості та температури в теплицях

2.1 Вибір оптимального варіанту структурної схеми

 Розглянемо три варіанта структурних схем та порівняємо їх між собою за визначеними критеріями, дамо коротку характеристику кожній із них та виберемо оптимальну структурну схему. На основі вибраної системи і буде розроблено інформаційно-вимірювальну систему. При виборі найкращої структурної схеми будемо враховувати такі характеристики кожної з них як собівартість, швидкодію, надійність, простоту реалізації, габаритність та точність. Розглянемо першу структурну схему, яка приведена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Перший варіант реалізації структурної схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Позначення на схемі:

V/ – датчик концентрації, який використовується для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів;

МХ – мультиплексор;

 – аналого-цифровий перетворювач;

MCU – мікроконтролер;

РС – персональний комп’ютер.

RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;

Принцип роботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана величина вимірюється і перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика вихідний сигнал датчика поступає на мультиплексор. Далі з мультиплексора інформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформацію з АЦП отримує мікроконтролер і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.

Ця схема характеризується високою швидкодію, малою габаритністю системи, значна частина вартості системи припадає на вартість первинних датчиків.

Друга структурна схема має наступний вигляд (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Другий варіант реалізації структурної схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Позначення на схемі:

ПВП - первинний вимірювальний перетворювач;

ВВП - вторинний вимірювальний перетворювач;

 - аналого-цифровий перетворювач, який перетворює аналогову величину у цифровий код.

MCU – мікроконтролер;

РС – персональний комп’ютер.

RS485 – інтерфейс.

Принцип дії цієї системи аналогічний попередній але в ції схемі перетворений сигнал з кожного вимірювального каналу безпосередньо подається на відповідний окремий АЦП. З АЦП вимірювальна інформація знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу передається на ПК.

Ця система має високу швидкодію, але в той же час підвищується її собівартість через те що в даній схемі використовується велика кількість АЦП.

Третя структурна схема приведена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 – Третій варіант реалізації структурної схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Позначення на схемі:

ПВП – первинний вимірювальний перетворювач.

ВВП – вторинний вимірювальний перетворювач.

 МХ – мультиплексор;

 – аналого-цифровий перетворювач;

MCU – мікроконтролер;

РС – персональний комп’ютер;

USART/RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;

Принцип дії цієї схеми полягає в тому, що на вхід первинного перетворювача поступає концентрація вимірюваної речовини, яка перетворюється в ємність, після чого вторинний перетворювач перетворює ємність у напругу, яка поступає на мультиплексор. З мультиплексора інформація подається на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформація з АЦП знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.

Ця схема досягає високої точності у вимірюваннях, але має великі габарити та невисоку швидкодію.

Для того, щоб порівняти вище наведені структурні схеми занесемо основні параметри системи до таблиці і порівняємо (таблицю 2.1).

Таблиця 2.1 – Порівняння структурних схем

Узагальнений коефіцієнт якості знайдемо за наступною формулою:

 . (2.1)

Коефіцієнт якості першої схеми:

.

Коефіцієнт якості другої схеми:

.

Коефіцієнт якості третьої схеми:

.

Отже, критерій якості першої схеми більший, ніж для інших структурних схем. Тому з цих розрахунків можна зробити висновок, що для поставленої нами задачі найкраще нам підходить структурна схема, представлена на рисунку 2.1.

Ми отримали оптимальний варіант структурної схеми. Використаємо цю схему для побудови електричної принципової схеми системи, що розробляється [4].

2.2 Оптимальний варіант структурної схеми

На основі досліджень проведених у попередньому пункті даного курсового проекту зроблено висновок, що наша система буде розроблятися за такою схемою як зображена на рисунку 2.3. Система побудована за такою схемою матиме найкращі технічні характеристики та задовольнятиме технічним вимогам поставленим в завданні (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Структурноа схема системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Розглянемо детальніше переваги і робота системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів.

V/ – датчик концентрації, який використовується для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів;

МХ – мультиплексор;

 – аналого-цифровий перетворювач;

MCU – мікроконтролер;

РС – персональний комп’ютер.

RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;

Принцип роботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана велечина вимірюється і перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика вихідний сигнал датчика поступає на мультиплексор.

Далі з мультиплексора інформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформацію з АЦП отримує мікроконтролер і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.

Першою перевагою даної реалізації системи це є її проста конструкція яка дозволяє не затрачувати багато конструкторських зусиль, але недоліком є те що потрібно більш складне програмне забезпечення для мікроконтролера яке складне і вимагає більшої праці і затраченого часу програмістів. Так як дана схема має малу кількість комплектуючих деталей вона є більш завадостійкою ніж будь-яка з розглянутих схем і тому має вищу точність і надійність у роботі. І так само енергоспоживання даної схеми також більш низьке.

Тепер розглянемо роботу системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів. Після того як датчики для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів підключені до живлення вони починають вимірювати концентрацію вихлопних газів в середовищі, де вони безпосередньо знаходяться і під дією зовнішніх факторів починають формувати аналоговий сигнал. Після того, як з персонального комп'ютера буде поданий запит про стан того чи іншого датчика, мікроконтролер подає сигнал мультиплексору про підключення того чи іншого вимірювального каналу, далі аналоговий сигнал з будь-якого датчика подається на АЦП, де аналоговий сигнал перетворюється в цифровий код і потім подається на мікроконтролер. Мікроконтролер обробляє ці дані і через блок гальванічної розв'язки передає на перетворювач інтерфейсів інформацію формату інтерфейсу USART, перетворювач міняє формат даних в зручну для порту RS – 485, яким обладнаний комп’ютер, вже підготовлену кодову інформацію комп’ютер в свою чергу розшифровує її і подає в зручній для оператора формі або на пристрої контролю, які можуть керувати процесом і надалі при будь-яких критичних ситуаціях.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5