一氧化碳分析儀關(guān)鍵技術(shù)的研究
隨著工業(yè)的發(fā)展,越來越多的工業(yè)企業(yè)(例如工業(yè)鍋爐、采暖設(shè)備、發(fā)電站、火電廠等)在生產(chǎn)過程中不斷向大氣中排放著污染廢氣,威脅著人們的身體和生命安全。近幾年來,我*汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,汽車已經(jīng)成為越來越多居民代步工具,而汽車排放的廢氣也成為城市的大氣污染物的主要來源[1-4]。
這些廢氣有*氧化碳,二氧化碳、硫化物、氫氧化合物,氮氧化合物、煙塵及生產(chǎn)性粉塵等等,這些氣體*旦排入空氣,會(huì)污染環(huán)境并對(duì)人類的身體健康造成嚴(yán)重的影響。其中*氧化碳(CO)無色無臭、比空氣較重、有毒性,當(dāng)空氣中的*氧化碳濃度值達(dá)到*定的水平,可以直接地威脅到人的生命安全；而長(zhǎng)期處在低濃度的*氧化碳?xì)怏w的環(huán)境下,會(huì)對(duì)人的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害,同時(shí)*氧化碳還具有爆炸性。
常用的檢測(cè)氣體的方法主要有三種,分別是電化學(xué)法、化學(xué)傳感法、紅外氣體吸收光譜法,其中紅外氣體吸收光譜法與其他幾種檢測(cè)方法相比,在精度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、測(cè)量范圍、穩(wěn)定性、可靠性各方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。
本文根據(jù)紅外氣體吸收理論和朗伯-比爾定律,分析了*氧化碳分析儀的關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)*氧化碳分析儀進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。具體研究?jī)?nèi)容共分為五個(gè)部分:
*部分,詳細(xì)介紹了*氧化碳幾種常見的檢測(cè)方法:電化學(xué)法、電氣法(如熱傳導(dǎo)式和半導(dǎo)體式)、氣相色譜法(即層析法)、光學(xué)吸收法(如紅外吸收法和紫外吸收法)等,闡述了基于這幾種檢測(cè)方法的傳感器的原理,并分析了各傳感器的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)；討論了*氧化碳分析儀的發(fā)展歷史及趨勢(shì)；說明了*氧化碳分析儀的研究意義；并交代本課題的研究目的。
第二部分,詳細(xì)地闡述了分子與分子光譜產(chǎn)生原理、朗伯-比爾氣體吸收定律,將紅外檢測(cè)法(直接吸收檢測(cè)法,差分吸收法檢測(cè)法、諧波檢測(cè)法)各種檢測(cè)方法進(jìn)行比較,分析各種方法的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì),針對(duì)*對(duì)*氧化碳分析儀的具體要求,選擇氣體濾波相關(guān)的方法來檢測(cè)大氣中*氧化碳的濃度。在文中對(duì)相關(guān)原理進(jìn)行了深入的分析研究。
第三部分,介紹基于氣體濾波相關(guān)原理的*氧化碳分析儀的主要結(jié)構(gòu),包括氣室的設(shè)計(jì)要求,濾波片的選擇等等。設(shè)計(jì)了具有時(shí)間雙光束的參比系統(tǒng),消除紅外光在傳輸過程中被吸收散射損失光強(qiáng)的影響。根據(jù)要求選擇了適合用于本系統(tǒng)的紅外光源和探測(cè)器。由系統(tǒng)氣體濾波相關(guān)原理推導(dǎo)出氣體濃度的表達(dá)式。
第四部分,詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)電路,包括設(shè)計(jì)了40°的恒溫氣室,去除水汽影響的作用,促進(jìn)了氣體流動(dòng),縮短了傳感器的響應(yīng)時(shí)間；設(shè)計(jì)紅外光源恒流供電,保證紅外光源在*氧化碳特征吸收處紅外光的發(fā)射光譜穩(wěn)定；對(duì)探測(cè)器進(jìn)行制冷在零下20℃,提高并穩(wěn)定探測(cè)器探測(cè)效率；反應(yīng)室氣壓、氣體流量檢測(cè)電路,并傳輸單片機(jī),為設(shè)計(jì)溫度壓力補(bǔ)償算法提供硬件基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)了*氧化碳探測(cè)器偏置電路、信號(hào)處理電路,放大濾波電路以及參考信號(hào)測(cè)量信號(hào)的解調(diào)電路,單片機(jī)系統(tǒng)電路及各外圍器件電路。
第五部分,根據(jù)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),進(jìn)行軟件編寫工作。軟件部分的編寫包括主程序的流程、溫度傳感器DS18820與單片機(jī)的通訊、將采集到的各種信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波來消除脈沖波干擾和周期性干擾、設(shè)計(jì)基于二維拉格朗日插值法對(duì)溫度和氣壓進(jìn)行補(bǔ)償。
氧分析儀