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1系統(tǒng)概況XDB-WQ04船舶尾氣監(jiān)測系統(tǒng),核心檢測器件以紅外氣體傳感器、電化學氣體傳感器為主,氣體通過預處理系統(tǒng)、氣體采集系統(tǒng)、傳感器信號處理與采集系統(tǒng)、數據處理與存儲系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、電源控制與轉換系統(tǒng)等組成
1 系統(tǒng)概況
XDB-WQ04船舶尾氣監(jiān)測系統(tǒng),核心檢測器件以紅外氣體傳感器、電化學氣體傳感器為主,氣體通過預處理系統(tǒng)、氣體采集系統(tǒng)、傳感器信號處理與采集系統(tǒng)、數據處理與存儲系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、電源控制與轉換系統(tǒng)等組成。該儀器用于固定源檢測,在盡短時間里判斷出污染物的濃度,為及時、正確的處理、處置污染事故和制定恢復措施提供科學的決策依據。
1.1 設計方案簡介
船舶尾氣監(jiān)測系統(tǒng)是用于檢測SO2、NO2、CO2、NO氣體濃度,應用于因突發(fā)性因數造成的環(huán)境污染事故,為及時、正確的處理、處置污染事故和制定恢復措施提供科學的決策依據。
綜合考慮所要實現的功能及儀器體積、功耗等因素,檢測儀采用一體化設計,上集成了所需要的各個部件。
船舶尾氣監(jiān)測系統(tǒng)主要由供電模塊,氣路系統(tǒng),主控系統(tǒng),尾氣傳感模塊組,通訊模塊以及存儲部分組成。
1.2 氣體檢測傳感器工作原理
檢測原理:
1、氣體電化學傳感器檢測原理
電化學傳感器通過與被測氣體發(fā)生化學反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作,其原理如下圖所示:
圖:電化學傳感器原理圖
電化學毒氣傳感器是一種微燃料電池元件,不必保養(yǎng)而可以有長期的穩(wěn)定性。它是在原有的氧氣傳感器的基礎上改進而得,它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映。
從電化學概念上來說,傳感器包括兩個電極—感應電極和負電極,它們被一層電解質薄膜分離開來,它們被一個塑料殼密封起來,只留有一個小孔允許氣體進入感應電極,傳感器內的電極通過引腳被連接到所應用的設備上。引腳還可以與外部的電阻電路相連,這樣當有電流通過是就可以測出電勢差。擴散進入傳感器的氣體在感應電極表面發(fā)生氧化或還原反應,在另一電極發(fā)生與之相對的逆反應,在外部電路上形成電流。由于氣體進入傳感器的速度由柵孔控制,所以產生的電流與傳感器外氣體濃度成比例,就可以直接測量當前毒氣含量了。
其主要特征設計部件是氣體擴散柵欄,它可以限制進入感應電極的氣流,使所有目標氣體都可以到達電極表面與之反應,并且具有持續(xù)的化學活性,使得傳感器具有長使用壽命和良好的溫度穩(wěn)定性。
例如:一氧化碳傳感器的電極發(fā)上發(fā)生的反應是:
感應電極: CO + H2O→CO2 + 2H+ + 2e-
逆電極: ½O2 + 2H+ + 2e- →H2O
總反應方程式: CO + ½O2 →CO2
類似的反應也發(fā)生在能被氧化或還原的所有其它毒氣。
2、氣體紅外傳感器檢測原理
,1、很多材料能吸收紅外輻射(由于分子內振動)。 2、對任何一種材料,它的吸收能力隨波長(它的吸收光譜)變化而變化。 3、不同材料有不同的吸收光譜。 紅外氣體傳感器運作的基本原理是依靠對以上事實的發(fā)現。表1中顯示了典型的紅外光譜,包括一氧化碳、丙烷、己烷和二氧化碳。
表: 吸收光譜
船舶尾氣監(jiān)測系統(tǒng)技術參數
一、 系統(tǒng)組成
※1、主要監(jiān)測指標: 二氧化硫(原理為定電位電解法)、二氧化氮(原理為定電位電解法)、一氧化氮(原理為定電位電解法)、二氧化碳(原理為非色散紅外法)。
※2、其它指標:溫度(原理為電阻或熱電偶式)、相對濕度(原理為電阻式或電容式濕敏法);
3、設備功能:正常工況下采用4G信號將所采集的數據發(fā)送至服務器。海上無4G信號時設備采用LORA與艇的接收端進行數據通信,并由接收端將數據轉發(fā)至服務器。GPS用于定位設備工作位置。配備TF卡進行數據存儲。
4、設備為一體式設計,檢測參數抗交叉力強。
5、采樣系統(tǒng):由采樣頭、預處理、1L/min無刷隔膜氣泵、過濾器等組成。
6、數據傳輸:兼容性好,內置標準自定義協議與服務器或船載無線通信設備進行通信。
二、 性能特點
※1、一體化設計可同時監(jiān)測二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、溫度、濕度;
2、內置4G、LORA模塊,可實現實時監(jiān)測數據的傳輸;
※3、內置無刷氣泵并可通過PWM控制氣體流量;
※4、采用進口高靈敏度的傳感器,響應速度快,分辨率高,線性好,檢測下限需達要求技術指標;
※5、提供主電、備電雙接口;可自動切換確保傳感器實時處于準備監(jiān)測工作狀態(tài);
6、應用單片機技術和網絡通訊技術相結合,內置TF數據卡存儲功能,要求數據存儲為.csv文件;并可以通過USB接口將數據轉存至計算機,利用excel等軟件即可查看數據;
7、系統(tǒng)要求性能穩(wěn)定、精確度高、操作方便、易于維護,具有工作狀態(tài)提醒等功能。
三、儀器性能指標
指標:(1)監(jiān)測指標:二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、溫度、濕度。
序號 | 指標名稱 | 監(jiān)測技術方法 | 主要技術參數 | 必須滿足項 |
1 | 二氧化硫 | 泵吸式,電化學法 | 測量范圍:0 - 2 PPM;精度:±5% FS | |
2 | 二氧化氮 | 泵吸式,電化學法 | 測量范圍:0 - 2 PPM;精度:±5% FS | |
3 | 一氧化氮 | 泵吸式,電化學法 | 測量范圍:0 - 2 PPM;精度:±5% FS | |
4 | 二氧化碳 | 泵吸式,NDIR法 | 測量范圍:0 - 5000 PPM;精度: ±3%FS | 采用雙通道檢測,需具有參考光路 |
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