Máy đo nồng độ carbon monoxide. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Công nghệ đo lường

 Bình luận bài viết

Như bạn đã biết, carbon monoxide (cacbon mônôxít, CO) rất độc và kịch độc. Vượt quá nồng độ cho phép của nó trong không khí có thể dẫn đến cái chết của một người trong căn phòng đầy khí. Loại khí này không mùi, không màu nên đặc biệt nguy hiểm, rất khó phát hiện kịp thời nếu không có các dụng cụ đặc biệt, thường sử dụng chất bán dẫn hoặc cảm biến điện hóa.

Cảm biến carbon monoxide bán dẫn rẻ hơn nhiều so với cảm biến điện hóa, nhưng theo quy luật, chúng chỉ được sử dụng để báo hiệu sự hiện diện của carbon monoxide trong không khí, chứ không phải để đo chính xác nồng độ của nó, do đó cần phải sử dụng cảm biến điện hóa.

Nếu cực kỳ đơn giản để mô tả hoạt động của cảm biến điện hóa, chúng ta có thể nói rằng trong quá trình hoạt động của nó, khí được phát hiện sẽ xâm nhập vào vùng xảy ra phản ứng oxi hóa khử trên điện cực, dẫn đến tín hiệu xuất hiện. Một cảm biến khí điện hóa bao gồm hai hoặc ba điện cực cho phản ứng xúc tác điện hóa được ngâm trong chất điện phân. Điện áp ở điện cực làm việc của cảm biến tỷ lệ thuận với nồng độ khí, có thể xác định bằng cách đo điện áp này.

Mô tả về máy phân tích nồng độ carbon monoxide sử dụng cảm biến điện hóa hai điện cực đã được xuất bản trong [1]. Máy sử dụng cảm biến TGS5042, loại cảm biến tương đối rẻ tiền nhưng độ nhạy thấp nên không đo được nồng độ CO thấp với độ chính xác cao. Và máy đo nồng độ carbon monoxide, theo các tài liệu quy định, phải xác định chính xác các giá trị nhỏ của nồng độ của nó, bắt đầu bằng đơn vị miligam trên mét khối (ở Nga, nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí thường được đo bằng các đơn vị như vậy, đối với carbon monoxide 1 mg / m³ = 0,86 phần triệu).

Văn bản [2, 3] yêu cầu nồng độ carbon monoxide trong không khí ngoài trời không vượt quá 3 mg/m³ (trung bình hàng ngày) và 5 mg / m³ (đỉnh cao). Trong không khí trong nhà, nồng độ không được vượt quá 20 mg/m³ suốt cả ngày làm việc, 50 mg/m³ - trong vòng một giờ, 100 mg/m³ - trong vòng 30 phút hoặc 200 mg / m³ trong vòng 15 phút. Bảng hiển thị các giá trị của độ nhạy và nồng độ carbon monoxide tối đa có thể đo được đối với một số cảm biến điện hóa hai và ba điện cực.

bàn

Trong số các cảm biến hai điện cực trình bày trong bảng này, cảm biến CO/SF-2E có độ nhạy cao nhất [4]. Sơ đồ của máy đo nồng độ carbon monoxide với cảm biến như vậy được hiển thị trong hình. 1.

Cơm. 1. Sơ đồ máy đo nồng độ carbon monoxide (bấm vào để phóng to)

So với đồng hồ được mô tả trong [1], chỉ phần tử cơ sở đã được thay đổi. Đối với DA1, chip TSZ122IDT [5] đã được sử dụng, bao gồm hai ampe kế chính xác, cho phép đo nồng độ carbon monoxide với độ chính xác cao hơn. Giá trị điển hình của điện áp phân cực đầu vào của các ampe kế này là 1 µV và dòng điện đầu vào là 50 pA. OU DA1.1 chuyển đổi dòng điện đầu ra của cảm biến thành điện áp (U_{ra ngoài}=I_дR4). Điện trở của điện trở R4 được chọn để đưa ra hệ số chuyển đổi là 10 mV trên 1 mg/m³. Chỉ báo là vôn kế kỹ thuật số tích hợp SM3D-DV2 (PV1) với giới hạn đo là 1999 mV, cho phép bạn đo nồng độ carbon monoxide lên tới 199,9 mg/m³ với độ phân giải 0,1 mg / m³.

Op-amp DA1.2 và bóng bán dẫn VT2 tạo thành một bộ so sánh điện áp. Ngưỡng của nó, được đặt bởi các điện trở R5 và R6, là 200 mV, tương ứng với nồng độ carbon monoxide là 20 mg/m³. Điện trở R7 cung cấp một lượng nhỏ độ trễ trong phản ứng chuyển đổi của bộ so sánh, ngăn điện áp đầu ra của bộ so sánh nảy khi được kích hoạt. Bộ so sánh được kích hoạt sẽ bật bộ phát âm thanh Piezo HA1 (có bộ tạo tích hợp), phát ra tín hiệu báo động âm thanh. Thông qua bộ ghép quang U1, tín hiệu báo động đi vào thiết bị điều khiển các bộ phận của hệ thống thông gió trong phòng - dụng cụ mở cửa sổ và quạt thông gió.

Để ngăn chặn sự phân cực của cảm biến B1, cần phải giữ cho các điện cực của nó được kết nối khi tắt nguồn. Đối với điều này, một bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh p VT1 được thiết kế, mở khi không có nguồn, nhưng đóng khi điện áp +5 V được đặt vào cổng của nó so với nguồn.

Độ nhạy lan truyền của cảm biến CO/SF-2E đạt ±20%. Do đó, cần phải hiệu chuẩn thiết bị được sản xuất dựa trên các chỉ dẫn của máy đo nồng độ carbon monoxide tham chiếu, tốt nhất là được xác minh tại một trong nhiều phòng thí nghiệm để bảo trì hệ thống kiểm soát khí. Trong quá trình hiệu chỉnh, độ nhạy của thiết bị được điều chỉnh bằng cách chọn điện trở của điện trở R4. Chỉ cần đặt ngưỡng phản hồi của bộ so sánh với độ chính xác ±5%.

Cảm biến ba điện cực so với cảm biến hai điện cực có các đặc tính kỹ thuật cao hơn, giúp tăng độ chính xác của phép đo. Nhưng mạch chuyển đổi của một cảm biến như vậy phức tạp hơn. Nếu sử dụng cảm biến điện hóa ba điện cực 2FS-90L [6] do Nga sản xuất, máy đo nồng độ carbon monoxide có thể được lắp ráp theo mạch như trong Hình. 2.

Cơm. 2. Sơ đồ máy đo nồng độ carbon monoxide (bấm vào để phóng to)

Cảm biến này có ba điện cực: W - điện cực đo hoặc làm việc, C - điện cực tham chiếu, R - điện cực phụ. Để cấp nguồn cho cảm biến ba điện cực, người ta thường sử dụng một bộ phận đặc biệt - bộ chiết áp, bộ phận này phải cung cấp độ lệch bằng 7 của điện thế của điện cực đo so với điện cực tham chiếu với độ chính xác cao. Theo quy định, một chiết áp cho cảm biến ba điện cực được lắp ráp theo sơ đồ tiêu chuẩn, có thể tìm thấy sơ đồ này trong hướng dẫn sử dụng cảm biến do nhà sản xuất xuất bản [10-XNUMX].

Đồng hồ sử dụng chip TSZ124IPT chứa bốn op-amps giống như trong TSZ122lDT.Transistor VT1 phục vụ để ngăn chặn sự phân cực của cảm biến. Bộ chia điện áp điện trở R1R2 và op-amp DA1.1 tạo ra một "mặt đất" nhân tạo, tiềm năng của nó bằng một nửa điện áp cung cấp của thiết bị. Nơi trú ẩn DA1.2 và DA1.3 - các yếu tố của chiết áp. Điện trở R9 đặt hệ số chuyển đổi dòng điện cực cảm biến W thành điện áp. Như trong trường hợp trước, nếu R9=117kΩ, nồng độ carbon monoxide là 1mg/m³ tương ứng với điện áp 10 mV ở đầu ra của chiết áp.

Nhà sản xuất cảm biến 2FS-90L đảm bảo độ nhạy của cảm biến là 100 nA/ppm với độ lệch không quá 10%. Nếu độ chính xác của phép đo như vậy là đủ, thì có thể thực hiện mà không cần hiệu chuẩn thiết bị, mặc dù việc xác minh của nó theo số đọc của đồng hồ tiêu chuẩn sẽ không gây hại.

Để đo nồng độ carbon monoxide tính bằng ppm (ppm), trong cả hai phiên bản của máy đo, chỉ cần giảm điện trở của điện trở đặt hệ số chuyển đổi dòng điện thành điện áp của cảm biến thành 100 kOhm (dựa trên tỷ lệ 1mg/m³ = 0,86 phần triệu). Nếu cần, có thể cung cấp hai thang đo bằng cách đưa công tắc điện trở hai vị trí vào thiết bị.

Để cấp nguồn cho cả hai thiết bị, bạn có thể sử dụng nguồn điện liên tục, được lắp ráp theo mạch như trong Hình. 3. Nó hoạt động cả từ mạng ~ 230 V và từ tế bào điện có điện áp 1,5 V. Điều này cho phép bạn sử dụng đồng hồ không chỉ trong điều kiện cố định mà còn ở hiện trường.

Cơm. 3. Sơ đồ nguồn điện liên tục (bấm vào để phóng to)

Bộ chuyển đổi AC-to-DC U1 (đây có thể là bộ điều hợp mạng thông thường), được kết nối với mạng, tạo ra điện áp không đổi 5 V ở đầu ra. Bóng bán dẫn VT1 và diode Schottky VD1 tạo thành công tắc nguồn tự động từ pin vào nguồn điện và ngược lại. Khi bộ chuyển đổi U1 đang hoạt động và điện áp ở đầu ra của nó cao hơn điện áp của tế bào điện G1, bóng bán dẫn hiệu ứng trường VT1 được đóng lại, vì điện áp giữa cổng và nguồn của nó có cực tính đóng đối với bóng bán dẫn kênh p . Điện áp 5 V được cung cấp thêm thông qua một diode VD1 hở. Khi ngắt kết nối bộ chuyển đổi U1 khỏi mạng, điện áp cổng của bóng bán dẫn VT1 trở thành 2 so với dây chung. Sau khi sạc tụ điện C1 thông qua đi-ốt bên trong của bóng bán dẫn hiệu ứng trường đến điện áp vượt quá điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn VT1, kênh nguồn thoát của nó sẽ mở ra. Kể từ thời điểm này, dòng tải của phần tử GXNUMX sẽ chạy qua điện trở cực thấp của kênh mở.

Ngoài ra, điện áp 5 V để cấp nguồn cho đồng hồ tạo thành bộ chuyển đổi điện áp tăng cường DA1 (HT7750A). Sự hiện diện của điện áp ở đầu ra của nó được báo hiệu bằng đèn LED HL1.

Trong nguồn điện, nên lắp đặt cuộn cảm L1 có điện trở DC thấp và hệ số Q cao. Nó phải được thiết kế cho dòng điện lên đến 2 A, có mạch từ ở dạng thanh ferit và được quấn bằng dây đồng có đường kính ít nhất 0,5 mm. Tụ oxit C1 - C3 - tantali, tụ C4 - gốm.

Thay vì mạch khuếch đại thuật toán sê-ri TSZ12x, các mạch khuếch đại thuật toán chính xác khác có thể sử dụng điện áp bù điểm không thấp hơn và dòng điện đầu vào thấp trong máy đo carbon monoxide. Các điện trở R4-R6 (xem Hình 1) và R1-R5, R9-R11 (xem Hình 2) phải có độ lệch so với giá trị danh định không quá 1%.

Lưu ý. Để hoạt động đáng tin cậy của công tắc nguồn tự động, cổng của bóng bán dẫn VT1 phải được kết nối với một dây chung (trừ phần tử G1) với điện trở 10 ... 100 kOhm. Ngưỡng điện áp cổng nguồn của bóng bán dẫn KP507A có thể nằm trong khoảng 0,8 ... 2 V. Nếu đối với trường hợp ứng dụng của bóng bán dẫn, giá trị tuyệt đối của nó lớn hơn điện áp của phần tử G1, thì khi làm việc từ sau đó, kênh bóng bán dẫn sẽ không mở và điện áp sẽ chỉ được cung cấp để tải thông qua điốt bảo vệ tích hợp của bóng bán dẫn. Điện áp rơi trên diode này (khoảng 0,6 V) sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của bộ chuyển đổi. Trong tình huống như vậy, tốt hơn là thay thế bóng bán dẫn bằng một diode Schottky tương tự như VD1, kết nối nó với cực dương với điểm cộng của G1 và với cực âm với điểm kết nối của tụ điện C2, cực âm của diode VD1 và cuộn cảm L1.

Văn chương

1. Kornev A. Máy phân tích nồng độ carbon monoxide. - Đài phát thanh, 2014, số 5, tr. 36, 37.
2. Nồng độ tối đa cho phép (MPC) của các chất ô nhiễm trong không khí khí quyển của các khu vực dân cư. Tiêu chuẩn vệ sinh GN 2.1.6.1338-03 (được phê duyệt bởi Tiến sĩ Vệ sinh Nhà nước của Liên bang Nga vào ngày 25 tháng 2003 năm 42). - URL: ohranatruda.ru/ot_biblio/normative/data_normativ/4/2030-XNUMX/index/php.
3. Nồng độ tối đa cho phép (MAC) của các chất có hại trong không khí khu vực làm việc. Tiêu chuẩn vệ sinh GN 2.2.5. 1313-03 (được phê duyệt bởi Giám đốc Y tế Nhà nước của Liên bang Nga vào ngày 27 tháng 2003 năm 1). - URL: Norm-load.ru/SNiP/Data42/42033/XNUMX/index.htm.
4. MEMBRAPOR Cảm biến khí điện hóa. Bảng thông số kỹ thuật cho loại cảm biến CO CO/SF-2E-S. - URL: membrapor.ch/sheet/CO-SF-2E-S.pdf.
5. TSZ121, TSZ122, TSZ124 Bộ khuếch đại hoạt động micropower 5 V có độ chính xác rất cao (5 pV) không trôi. - URL: mouser.com/ds/2/389/tsz1 21-957398.pdf.
6. Tế bào điện hóa 2FS-90L. - URL: deltainfo.ru/content/elektrokhimicheskie-yacheiki-2fs-90l.
7. Ứng dụng cảm biến điện hóa Ghi chú 2 Thiết kế điện tử cho cảm biến khí điện hóa. - URL: sgxsensortech. com/content/uploads/2014/08/AN2-Design-of-Electronics-for-Electrochemical-Cells.pdf.
8. Ứng dụng Lưu ý Cảm biến khí điện hóa MEM1. - URL: membrapor. ch/sheet/Application_Note_MEM1.pdf.
9. Lưu ý mạch CN-0357. - URL: tương tự. com / media / en / reference-design-document / reference-styles / CN0357.pdf.
10. Ghi chú ứng dụng AN4348. Điều hòa tín hiệu cho cảm biến điện hóa. - URL: st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/b7-/3a/2b/63/6c/10/46/27/DM00093722.pdf.

Tác giả: A. Kornev

Xem các bài viết khác razdela Công nghệ đo lường.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Nồng độ cồn của bia ấm 07.05.2024

Bia, là một trong những đồ uống có cồn phổ biến nhất, có hương vị độc đáo riêng, có thể thay đổi tùy theo nhiệt độ tiêu thụ. Một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã phát hiện ra rằng nhiệt độ bia có tác động đáng kể đến nhận thức về mùi vị rượu. Nghiên cứu do nhà khoa học vật liệu Lei Jiang dẫn đầu đã phát hiện ra rằng ở nhiệt độ khác nhau, các phân tử ethanol và nước hình thành các loại cụm khác nhau, ảnh hưởng đến nhận thức về mùi vị rượu. Ở nhiệt độ thấp, nhiều cụm giống kim tự tháp hình thành hơn, làm giảm vị cay nồng của "etanol" và làm cho đồ uống có vị ít cồn hơn. Ngược lại, khi nhiệt độ tăng lên, các cụm trở nên giống chuỗi hơn, dẫn đến mùi cồn rõ rệt hơn. Điều này giải thích tại sao hương vị của một số đồ uống có cồn, chẳng hạn như rượu baijiu, có thể thay đổi tùy theo nhiệt độ. Dữ liệu thu được mở ra triển vọng mới cho các nhà sản xuất đồ uống, ... >>

Yếu tố nguy cơ chính gây nghiện cờ bạc 07.05.2024

Trò chơi máy tính đang trở thành một hình thức giải trí ngày càng phổ biến trong thanh thiếu niên, nhưng nguy cơ nghiện game vẫn là một vấn đề đáng kể. Các nhà khoa học Mỹ đã tiến hành một nghiên cứu để xác định các yếu tố chính góp phần gây ra chứng nghiện này và đưa ra các khuyến nghị để phòng ngừa. Trong suốt sáu năm, 385 thanh thiếu niên đã được theo dõi để tìm ra những yếu tố nào có thể khiến họ nghiện cờ bạc. Kết quả cho thấy 90% người tham gia nghiên cứu không có nguy cơ bị nghiện, trong khi 10% trở thành người nghiện cờ bạc. Hóa ra yếu tố chính dẫn đến chứng nghiện cờ bạc là do mức độ hành vi xã hội thấp. Thanh thiếu niên có mức độ hành vi xã hội thấp không thể hiện sự quan tâm đến sự giúp đỡ và hỗ trợ của người khác, điều này có thể dẫn đến mất liên lạc với thế giới thực và phụ thuộc sâu sắc hơn vào thực tế ảo do trò chơi máy tính cung cấp. Dựa trên kết quả này, các nhà khoa học ... >>

Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con 06.05.2024

Những âm thanh xung quanh chúng ta ở các thành phố hiện đại ngày càng trở nên chói tai. Tuy nhiên, ít người nghĩ đến việc tiếng ồn này ảnh hưởng như thế nào đến thế giới động vật, đặc biệt là những sinh vật mỏng manh như gà con chưa nở từ trứng. Nghiên cứu gần đây đang làm sáng tỏ vấn đề này, cho thấy những hậu quả nghiêm trọng đối với sự phát triển và sinh tồn của chúng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng việc gà con ngựa vằn lưng kim cương tiếp xúc với tiếng ồn giao thông có thể gây ra sự gián đoạn nghiêm trọng cho sự phát triển của chúng. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng ô nhiễm tiếng ồn có thể làm chậm đáng kể quá trình nở của chúng và những gà con nở ra phải đối mặt với một số vấn đề về sức khỏe. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng những tác động tiêu cực của ô nhiễm tiếng ồn còn ảnh hưởng đến chim trưởng thành. Giảm cơ hội sinh sản và giảm khả năng sinh sản cho thấy những ảnh hưởng lâu dài mà tiếng ồn giao thông gây ra đối với động vật hoang dã. Kết quả nghiên cứu nêu bật sự cần thiết ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ Màng gỗ dẫn ion 22.07.2021 Các nhà khoa học Hoa Kỳ đã phủ một lớp hydrogel lên gỗ thông thường và biến nó thành một vật liệu chọn lọc ion. Các màng làm bằng vật liệu này chỉ cho phép các ion mang điện tích dương đi qua, có thể được sử dụng để tạo ra điện ở ranh giới nước ngọt và nước mặn. Kết quả của nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Nano. Các nhà khoa học từ Đại học Maryland, dẫn đầu bởi Lian Bing Hu (Liangbing Hu) đã cố gắng tạo ra các màng chọn lọc ion từ một vật liệu giá cả phải chăng hơn - gỗ. Gỗ là một vật liệu tổng hợp bao gồm các sợi xenlulo trong một ma trận của polyme lignin cứng hơn. Gỗ có cấu trúc xốp và do các điện tích âm trên bề mặt, nó thậm chí còn có một số đặc tính chọn lọc ion - nó chủ yếu đi qua các ion mang điện tích dương. Tuy nhiên, các lỗ rỗng trong gỗ quá lớn, và tính chọn lọc ion của gỗ thấp hơn so với vật liệu nhân tạo. Ngoài ra, gỗ là một vật liệu dị hướng, có nghĩa là, các tính chất của nó khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào hướng. Độ dẫn điện cao hơn đối với các mặt cắt ngang xốp và độ bền cao hơn đối với các vết cắt dọc (và diện tích của các vết cắt ngang bị giới hạn bởi đường kính của cây, trong khi các vết cắt dọc có thể có diện tích lớn hơn nhiều) . Và cuối cùng, gỗ không đủ ổn định: tiếp xúc lâu với nước, các thớ của nó dần dần phồng lên và cấu trúc của vật liệu bị phá vỡ. Các nhà khoa học đã cố gắng cải thiện các đặc tính của gỗ bằng một lớp phủ polyme hydrogel. Hydrogel chứa các nhóm cacboxyl, nhóm này cho một proton trong môi trường nước và biến thành một mảnh COO- mang điện tích âm. Bằng cách phủ hydrogel lên cây, các nhà khoa học dự định làm tăng mật độ các điện tích âm trên bề mặt vật liệu. Và điều đó đã xảy ra - phép đo điện thế zeta cho thấy nồng độ các điện tích âm trên bề mặt vật liệu gần như tăng gấp đôi - từ âm 1,49 lên âm 2,53 millicoulombs trên mét vuông. Kết quả là, độ dẫn ion của màng tăng lên hai bậc so với gỗ không được xử lý. Trong các mặt cắt ngang, độ dẫn điện vẫn cao hơn ở các mặt cắt dọc, nhưng không nhiều - 1,29 milisiemens trên centimet so với 0,97 milisiemens trên centimet. Và các chất phụ gia hydrogel đã làm cho màng cứng hơn - độ bền kéo của các phần dọc tăng từ 16,9 lên 52,7 megapascal và những phần ngang - từ 1,8 lên 10,7 megapascal. Các tác giả cho rằng nguyên nhân là do sự hình thành các liên kết hydro bổ sung giữa các sợi cellulose. Về tỷ lệ độ dẫn điện, màng dọc mới hóa ra tốt hơn hầu hết các chất tương tự đã biết. Nhưng lợi thế chính của họ là giá thấp và khả năng mở rộng. Gỗ là một vật liệu rẻ tiền và có thể tái tạo, và việc sử dụng các vết cắt dọc sẽ tạo ra những tấm màng có diện tích vài mét vuông có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng trên quy mô lớn.

Tin tức thú vị khác:

▪ Ống kính Lensbaby Velvet 28

▪ Màn hình cảm ứng Microsoft khổng lồ

▪ Người gác đêm - một nghề của Internet

▪ Làm sạch nước và đất từ ​​cadmium

▪ Webcam C930e của Logitech

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Radio Control. Lựa chọn bài viết

▪ bài Petrel của Cách mạng. biểu thức phổ biến

▪ bài viết Ngân hàng xuất hiện khi nào? đáp án chi tiết

▪ Bài báo Cơ khí sửa chữa máy làm đường và máy kéo. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động

▪ bài viết Cầu diode cho đèn điện. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài báo Cầu SWR mét. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web

www.diagram.com.ua
2000-2024