一氧化碳分析儀關鍵技術的研究
隨著工業的發展,越來越多的工業企業(例如工業鍋爐、采暖設備、發電站、火電廠等)在生產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*汽車產業的蓬勃發展,汽車已經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、煙塵及生產性粉塵等等,這些氣體*旦排入空氣,會污染環境并對人類的身體健康造成嚴重的影響。其中*氧化碳(CO)無色無臭、比空氣較重、有毒性,當空氣中的*氧化碳濃度值達到*定的水平,可以直接地威脅到人的生命安全；而長期處在低濃度的*氧化碳氣體的環境下,會對人的心血管系統、神經系統產生嚴重的損害,同時*氧化碳還具有爆炸性。
常用的檢測氣體的方法主要有三種,分別是電化學法、化學傳感法、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方法相比,在精度、靈敏度、響應時間、測量范圍、穩定性、可靠性各方面都有很大的優勢。
本文根據紅外氣體吸收理論和朗伯-比爾定律,分析了*氧化碳分析儀的關鍵技術,并對*氧化碳分析儀進行了研究與設計。具體研究內容共分為五個部分:
*部分,詳細介紹了*氧化碳幾種常見的檢測方法:電化學法、電氣法(如熱傳導式和半導體式)、氣相色譜法(即層析法)、光學吸收法(如紅外吸收法和紫外吸收法)等,闡述了基于這幾種檢測方法的傳感器的原理,并分析了各傳感器的優勢劣勢；討論了*氧化碳分析儀的發展歷史及趨勢；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,詳細地闡述了分子與分子光譜產生原理、朗伯-比爾氣體吸收定律,將紅外檢測法(直接吸收檢測法,差分吸收法檢測法、諧波檢測法)各種檢測方法進行比較,分析各種方法的優勢劣勢,針對*對*氧化碳分析儀的具體要求,選擇氣體濾波相關的方法來檢測大氣中*氧化碳的濃度。在文中對相關原理進行了深入的分析研究。
第三部分,介紹基于氣體濾波相關原理的*氧化碳分析儀的主要結構,包括氣室的設計要求,濾波片的選擇等等。設計了具有時間雙光束的參比系統,消除紅外光在傳輸過程中被吸收散射損失光強的影響。根據要求選擇了適合用于本系統的紅外光源和探測器。由系統氣體濾波相關原理推導出氣體濃度的表達式。
第四部分,詳細設計了系統電路,包括設計了40°的恒溫氣室,去除水汽影響的作用,促進了氣體流動,縮短了傳感器的響應時間；設計紅外光源恒流供電,保證紅外光源在*氧化碳特征吸收處紅外光的發射光譜穩定；對探測器進行制冷在零下20℃,提高并穩定探測器探測效率；反應室氣壓、氣體流量檢測電路,并傳輸單片機,為設計溫度壓力補償算法提供硬件基礎；設計了*氧化碳探測器偏置電路、信號處理電路,放大濾波電路以及參考信號測量信號的解調電路,單片機系統電路及各外圍器件電路。
第五部分,根據系統硬件電路的設計,進行軟件編寫工作。軟件部分的編寫包括主程序的流程、溫度傳感器DS18820與單片機的通訊、將采集到的各種信號進行數字濾波來消除脈沖波干擾和周期性干擾、設計基于二維拉格朗日插值法對溫度和氣壓進行補償。
氧分析儀