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RBT-6000-ZLG/B二氧化硫氣體探測器工作原理

2018-9-27 22:17:59??????點擊:

RBT-6000-ZLG/B二氧化硫氣體探測器工作原理

在實踐中對有害氣體檢測的方法比較多 ,氣體的性質、種類、濃度、檢測的目的不同 ,所選用的檢測方法、分析方法也不同 ,我們所檢測的有害氣體 ,是工業生產中燃料燃燒過程排放的廢氣中所含的SO2體積濃度和質量濃度 ,我們選用的是電解法檢測有害氣體 ,傳感器選用的是電化學傳感器。

一、檢測原理及存在問題電化學傳感器結構,該傳感器工作原理是在電解液中放置兩個電極 (工作電極WE和對應電極CE) ,在兩個電極之間加上足夠的電壓 ,使所測氣體進行氧化還原反應 ,被測SO2 氣體經過氣體透過膜 ,在電解液中溶解 ,在電極間發生下述氧化反應工作電極 :SO2 + 2H2 O→H2 SO4 + 2H++ 2e-對應電極 :12 O2 + 2H++ 2e- →H2 O反應中有電流流動 ,通過測量氣體電解時所產生的電流 ,以推知氣體含SO2 的濃度。在檢測中存在以下幾個問題。

(1)由于電流流動 ,使WE電極電位發生了變化 ,導致傳感器輸出信號不穩定 ;

(2 )恒電位儀負載特性不好 ,將導致電位不能準確控制 ;

(3)傳感器內部可等效為由若干個電容、電阻構成 ,這些等效的電容、電阻是隨機變化的 ;

(4)傳感器輸出的信號是 μA級微弱的電流信號 ,若處理不好 ,干擾信號極易潛入 ,也將影響系統的穩定性能及精度。以上原因必將影響控制系統的正常工作。

二、解決方法及實踐為了解決信號穩定問題 ,在傳感器上設置一個沒有電流的第三電極即參考電極RE ,RE電極的主要作用是控制WE電極的電位 ,使WE電極的電位處于某一選定值 ,通過外部電路的作用 ,使WE電極和RE電極間保持一個恒電位。即所謂的“恒電位儀電路”。最佳的負載特性可以通過實驗來確定 ,通過調節等效反應電阻和溶液電阻 ,可調節通過WE電極的電流 ,確定最大電流 ,得到最佳的負載特性。

為了解決SO2 反應時電極間的等效電阻、電容變化 ,可在I/V轉換器中加入 0 3μF電容 ,輸入端加入 10 0Ω電阻。為了防止在弱信號傳輸過程中 ,受外界干擾信號的擾動 ,需將這一部分電路與傳感器組成一體 ,即所謂的“變送器”?! 。樱? 在線檢測前置電路。RE是傳感器參考極 ,CE為對應極 ,WE為工作極 ,R2 、R1、C1、IC1、R3、R4 、W2 、LM 336構成恒電位儀電路 ,其中R1、R2 、C1為低通濾波 ,其參數由截止頻率ω0 決定 ,基準電壓為 5 0mV ,當反應過程中W、C兩極間電壓發生變化 ,該電路起到自動調節作用 ,IC2 主要起到I/V轉換作用 ,IC3起放大作用 ,放大倍數≤ 10倍 ,從傳感器輸出的電流信號設計為 0~ 5 0 0 μA電流 ,經過前置放大后得到 4 0 96mV電壓送入A/D轉換器中。若不考慮傳感器內部等效電阻、電容 ,令WE端輸出電流為ii,IC3輸出電壓為U0 基準電壓為UP,傳遞函為U0 (S ) =R8+W3R7UB -R11(R8+W3) +R7(R8+W3) -R7R55R7R11· R101+SCR10i (s ) ,若基準電壓為零則W (S ) =R10 [(R11+R7) (R8+W3) -R7R11]R7R11(1+SCR10 ) 。輸入信號為一階階躍響應信號i =i0 (1-e-kt) ,當干氣SO2 濃度發生變化時 ,傳感器輸出信號i(s)隨之變化 ,i0為穩定時的值 ,此值在 0~ 5 0 0 μA間變化。U0 與輸入氣體濃度的關系式為U0 =(輸入氣體濃度 / 5 0 0 0× 10 - 6 )× 4 0 96mV。 5 0 0 0× 10 - 6 為氣體傳感器所能測到的假定滿量程的濃度 ,4 0 96mV為運放的滿量程輸出。實測數據如表 1:表 1輸入標氣的濃度V顯示10 0 0× 10 -60 81910 0 52 0 0 0× 10 -61 6 382 0 0 430 0 0× 10 -62 4 5 930 0 94 0 0 0× 10 -63 2 794 0 125 0 0 0× 10 -64 10 0 5 0 2 0  相對誤差 :rA1=ΔX1A1× 10 0 % =0 5 %rA2 =ΔX2A2× 10 0 % =0 2 %rA3=ΔX3A3× 10 0 % =0 3%rA4 =ΔX4 A4× 10 0 % =0 3%rA5=ΔX5A5× 10 0 % =0 4 5 %  式中Δx為實際顯示值和輸入標氣濃度值之差 ;A為輸入標氣濃度值 ,平均相對誤差為 0 34%。誤差在允許范圍內。仿真實驗如下 :從圖 3中可見 ,此系統是穩定的。

三、系統設計及軟件實現我們所設計的系統為“電解法煙道氣二氧化硫在線檢測系統” ,該檢測系統由如下幾個方面構成。首先在煙道中抽出濕煙氣 ,經除塵、除水后 ,調到一定流量進入傳感器中 ,由OP— 0 7運放構成的I/V轉換器和前置放大器將電化學傳感器輸出的微弱信號放大并送入轉換精度較高的MAX186 12位A/D轉換器中 ,89C5 4單片機起主控制作用和對傳感器進行標定作用 ,控制實現向外層計算機輸送數據、顯示、光電隔離后控制電磁閥等功能 ,外層計算機記錄、保存和換算檢測數椐 ,并將檢測到的數據打印 ,通過網絡傳輸到環保有關部門。部分軟件流程圖見圖 4。四、結束語以上是我們對利用電解法檢測二氧化硫有害氣體的分析及實踐 ,實踐證明此設計是可行的利用電解法檢測二氧化硫有害氣體

RBT-6000-ZLG/B二氧化硫氣體探測器工作原理

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