Розробка акустичного газоаналізатора для вимірювання складу концентрації газів - Дипломная работа

Газоаналізатори, прилади, що вимірюють вміст (концентрацію) одного або декількох компонентів у газових сумішах. Нажаль на даний час нема таких газоаналізаторів, які можна було б легко переналаштувати для вимірювання, та який не потребував би нормованих умов. У більшості випадків робота газоаналізатора неможлива без низки допоміжних пристроїв, які забезпечують створення необхідних температури і тиску, очищення газової суміші від пилу і смол. Актуальність: Розробка газоаналізатора з відсутністю зразкового каналу, що спрощує його схему та переналаштування (за рахунок вибору відповідної програми), для вимірювання інших сумішей.Газоаналізатори класифікують за принципом дії на пневматичні, магнітні, електрохімічні, напівпровідникові та ін. Зміна складу газової суміші призводить до зміни її теплопровідності і, як наслідок, температурири і електричного опору нагрівається струмом металевіого або напівпровідникового терморезистора, розміщеного в камері, через яку пропускається суміш. Такі газоаналізатори дозволяють вибірково визначати О2 в складних газових сумішах. Показання магнітомеханічного газоаналізатора визначаються магнітною відповідністю аналізованої газової суміші і залежать від температури і тиску, оскільки останні впливають на обємну магнітну сприйнятливість газу. Висока специфічність молекулярних спектрів поглинання газів обумовлює високу вибірковість таких газоаналізаторів та їх широке застосування в лабораторіях і промисловості.Експериментальне визначення такої залежності може дати лише якісну оцінку вмісту газу у суміші, оскільки побудова емпіричної математичної моделі звязана з великою кількістю експериментів. Так для визначення залежності резонансної частоти кремнієвого резонатора від процентного вмісту трьох складових суміші газів, при кроці 10%, необхідно провести 57 експериментів. Для суміші з азоту, кисню та водню для всіх можливих значень відносної концентрації від 0 до 1 з кроком 0,1 за (1.7) визначено 57 значень швидкості звуку. Нижче подано фрагмент таблиці концентрацій та швидкостей, розміщених в порядку зростання швидкості. Наприклад, різниця між швидкостями у девятому і десятому рядках становить 0,74 м/с, а це означає що при таких швидкостях та різниці між ними, ми повинні здійснювати вимірювання з похибкою 0,3%.IMG_9269c5f2-6fad-44bd-a5a3-587309fb5528Отримали дві матриці К і F, для подальшої роботи нам потрібно їх обєднати у матрицю W, і посортувати її значення частоти F в порядку зростання. У матриці G, перший стовпчик вказує на концентрацію азоту(N2), другий стовпчик на концентрацію кисню(O2), третій на концентрацію водню(H2), а четвертий на частоту. Першим є випадок коли виміряне значення частоти збігається з табличним, тоді програма відразу виводить значення концентрацій газів. Якщо значення не співпало з табличним то змінній n присвоюємо значення n 1, тобто переходимо на наступний рядок, перевіряємо чи він не є останнім (n=57). Якщо виміряне значення частоти не співпало з жодним значенням частоти в матриці G, то ми переходимо на 0-вий рядок матриці.В програмі MATHCAD є можливість використовувати елементи програмування за допомогою яких визначають змінні та функції, так як це робиться і в традиційному програмуванні. Висновок: Перевірка алгоритму за допомогою програми MATHCAD показала, що алгоритм є вірним.IMG_dadb3b1d-fe6d-48e4-82fd-6e0efcfa9a1a

IMG_566bb618-1938-415c-abd5-14429c375b00

IMG_b4d1cd58-f6b4-40f0-8915-82db949c5a96

IMG_bf3072b0-da2a-41c3-81a9-25021e12992e

IMG_c8267e2c-bacc-4180-8f53-131b99e59a7d

IMG_7d6210e5-eec5-43ba-ae93-1923c2b4c53a

IMG_125980e9-f1ce-4c0d-b497-8cd05bc7b5a3

IMG_eaabad0e-15b2-45e1-b947-3acb0321caae

IMG_414c57de-7b5c-424e-a23f-06166c55479aНайбільш загальним визначенням добротності буде відношення кількості енергії накопиченої в коливанні, до втрат цієї енергії за один період. Для того щоб зменшити втрати енергії не тільки за рахунок матеріалу, а і в самому резонаторі, необхідно щоб внутрішня поверхня резонатора була полірована. Наш акустичний резонатор містить два пєзокерамічних резонатори, загальний коефіцієнт для вказаних Q та IMG_1ef429e5-5402-4a83-9ff5-4fdaf0f8c391 кожного резонатора рівний k, а загальні втрати амплітуди в обох пєзорезонаторах становитимуть k2=0,997. Це визначає конструкцію та геометричні розміри резонатора, а саме наш резонатор повинен бути виготовлений з круглої масивної заготовки, в середині якої повинен бути отвір з діаметром, що рівний діаметрові джерела та приймача акустичних коливань. Оскільки координата х нашого резонатора дорівнює довжині хвилі ? і хвиля y1 пробігає цю довжину зліва на право за період Т, то в рамках цих координат можна записатиОсновним чинником, який буде впливати на значення систематичних похибок є температура. За формулою (3.23) було обраховано систематичні похибки температури яка впливає на швидкість акустичних хвиль у газовій суміші. Для визначення цього впливу обрахуємо, як зміняться геометричні розміри резонатора довжиною 0,1 м, при зміні температури на 1ЄС. Загальна похибк

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ГАЗОАНАЛІЗАТОРИ ТА ЇХ ВИДИ

1.1 Переваги та недоліки існуючих газоаналізаторів

1.2 Теоретичні засади роботи акустичного газоаналізатора

Висновок

РОЗДІЛ 2. РОЗРОБЛЕННЯ ТА ПЕРЕВІРКА АЛГОРИТМУ ПРОГРАМИ ДЛЯ АКУСТИЧНОГО ГАЗОАНАЛІЗАТОРА

2.1 Розроблення алгоритму програми визначення відсоткового вмісту газів суміші за виміряним значенням частоти

2.2 Перевірка алгоритму за допомогою програми MATHCAD

Висновок

РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ВИПАДКОВИХ ТА СИСТЕМАТИЧНИХ ПОХИБОК

3.1 Аналіз випадкових похибок

3.2 Аналіз систематичних похибок

Висновок

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Характеристика проведення досліджень з точки зору охорони праці

4.2 Нормативні рівні небезпечних чинників

4.2.1 Метеоумови у приміщенні

4.2.2 Освітленість приміщення

4.2.3 Захист від шуму і вібрації

4.2.4 Захист від електромагнітних випромінювань і електростатичних полів

4.2.5 Загазованість та запиленість повітря

4.2.6 Електробезпека

4.2.7 Пожежна безпека

4.3 Коефіцієнт умов праці

4.4 Підсумкова характеристика прийнятих рішень з охорони праці

Висновок

РОЗДІЛ 5. ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ПРОЕКТНОГО РІШЕННЯ

5.1 Розрахунок витрат на розробку програмного забезпечення

5.2 Визначення експлуатаційних витрат

5.3 Розрахунок ціни споживання проектного рішення

5.4 Визначення показників економічної ефективності

Висновок

ВИСНОВОК

Список використаної літератури