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基于气传感器对工业锅炉烟气检测系统的设计
自动化与电子信息学院
大学生创新基金技术报告
项目名称:基于气敏传感器对工业锅炉烟气检测系统的设计
本项目的目标和任务
(一)国内外研究现状
火电厂锅炉燃烧产生大量烟气,主要含有二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、硝和水蒸汽、灰飞等成分,目前,多数火电厂是直接将锅炉燃烧的烟气排放到大气中。其结果是:导致大气污染和地球温室效应,尤其是工业锅炉大多集中在城市和市郊,属于低空排放,会对人体健康、环境、生态造成极大的危害。锅炉烟气的检测,对锅炉烟气的处理以实现保护环境,对保证锅炉高效率运行、节约能源都具有十分重要的意义。对锅炉燃烧排放烟气含量的检测,目前主要使用火电厂烟气排放连续检测装置(CEMS),统计资料表明,近两、三年,该装置能够正常运行的只有20%,因质量问题间断运行的5%,迫切需要设计更为可靠的检测系统。在检测系统中气敏传感器起着至关重要的作用,其检测精度直接影响检测系统对燃烧的控制,所以研制出一款优良的气敏传感器有很大的价值前景。
(二)目标和意义
1.目标
设计出一款经济适用的气敏传感器,能测量出CO、CO2、SO2和NOx的浓度,当其中有气体浓度超标时可以对应的发出声光报警。
2.意义
在火力发电厂排放的锅炉烟气中,CO是重要组成部分。现场实时检测CO气体浓度对于锅炉安全运行、煤粉优化燃烧以及环境保护都有重要作用。大气中存在的CO2浓 度大约为3 5 0 p p m,由于人类活动频繁的影响,大气中CO2浓度还有继续增加的倾向,这种现象是地球温度变暖的主要原因之一。因此,检测工业排放气体中CO2的浓度对环境保护有积极的作用。SO2 是一种具有强烈刺激性气味的无色气体, 易溶于人体的体液和其它黏性液。受SO2的长期影响,会导致多种疾病,而且SO2在空气中形成的酸雨和酸雾危害也相当大。因此对SO2气体进行准确地监测和监控有很重要的意义。NOx是引起大气污染、水质污染以及引起臭氧洞等环境问题的主要气体之一,因此对NOx的浓度检测也感染重要。
二、项目的关键技术和主要技术指标(理科)或本课题研究的主要思路(包括视角、方法、途径、目的)和重要观点(文科)
本传感器融合了现代检测技术的思想,主要利用单片机数据处理技术对传感器数据处理(包括线性化、温漂处理、数字滤波等), 并能显示浓度,声光报警。
硬件设计
如图为气传感器的硬件结构图
本传感器以单片机STC89C52为核心,用仪表放大器AD620作为信号放大及信号调理作用,8路ADC通道的8位A/D转换芯片ADC0809进行A/D转换,单线数字温度传感器SD18B20用做检测环境温度。降低成本,充分利用单片机数据处理的功能始终贯穿于整个项目的研发过程。
经过几番改进和实验,最后确定出了下图的详细电路图
由于资金的缺乏,本项目只对CO传感器和CO2传感器进行了研究。
1.电源电路
电源电路输入为220V交流电压,经变压后利用L78系列稳压芯片进行稳压,分别输出+8V、+6V、+5V的电压,由于负载对输出电压有影响,所以设计了两个+5V的电压输出,一个作为公用电源,另一个作为ADC0809的基准电源及CO传感器的电桥电源。
2.检测电路
检测电路中MQ—9为CO传感器,其主要技术指标如下:
(1)特点:
* 对一氧化碳、甲烷,液化石油气具有很高的灵敏度和良好的选择性
* 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性
(2)应用
用于家庭、环境的一氧化碳探测装置。适宜于一氧化碳、煤气,液化石油气等的探测。
(3)规格
符号 参数名称 技术条件 备注 Vc 回路电压 ≤10V Ac or Dc VH (H) 加热电压(高) 5.0V±0.2V Ac or Dc VH (L) 加热电压(低) 1.5V±0.1V Ac or Dc RL 负载电阻 可调 RH 加热电阻 31Ω±3Ω 室温 TH (H) 加热时间(高) 60±1 seconds TH (L) 加热时间(低) 90±1 seconds PH 加热功耗 约350mw A. 标准工作条件
B. 环境条件
符号 参数名称 技术条件 备注 Tao 使用温度 -10℃-50℃ Tas 储存温度 -20℃-70℃ 建议使用范围 Rh 相对湿度 小于 95%RH O2 氧气浓度 21%(标准条件) 最小值大于2%
C.灵敏度特性
符号 参数名称 技术参数 备注 Rs 敏感体电阻 2-20k 在100ppmCO中 а(300/100ppm) 浓度斜率 小于0.5 Rs (300ppm)/Rs(100ppm) 标准
工作条件 温度:-20℃±2℃ 相对湿度:65%±5% Vc:5.0V±0.1V VH(高):
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