2.2 Описание устройства, принципа действия и метрологические
характеристики первичного преобразователя измерения углекислого газа в воздухе
Датчики ДАК-СО2 предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли диоксида углерода (СО2) в воздухе рабочей зоны помещений и открытых пространств, в том числе во взрывоопасных зонах производственных помещений и наружных установок, а также может входить в системы контроля атмосферы.
Датчики обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в электрический унифицированный аналоговый токовый выходной сигнал (4...20) мА. Газоанализаторы имеют канал связи с ЭВМ по интерфейсу RS-485, протокол связи MODBUS-RTU.
Конструктивно газоанализаторы представляют собой одноблочные приборы. Газоанализаторы выполнены во взрывозащищенном исполнении, соответствуют ГОСТ Р 51330.0-99, ГОСТ Р 51330.1-99, ГОСТ Р 51330.10-99, имеют маркировку взрывозащиты "1Exd[ib]IICT6X".
По устойчивости к воздействию синусоидальной вибрации с частотой от
10 до 55 Гц и амплитудой смещения 0,15 мм газоанализаторы соответствуют группе исполнения N1 по ГОСТ 12997-84.
Датчики предназначены для работы при температуре контролируемой
среды от минус 60 до плюс 60 °С.
Таблица 1 – Технологические и метрологические характеристики «ДАК-СО2»
Технические характеристики |
Метрологические характеристики |
1.Потребляемый ток, А, не более 0,17; 2.Питание датчика от блока питания с напряжением постоянного тока, В, не более 36 ; 3.Габаритные размеры, мм, не более 165х130х312; 4.Масса, кг, не более 6; 5. Нагрузочное сопротивление, подключаемое к токовому выходу датчика, должно быть не более 0,15 кОм при напряжении питания 24 В; 6. Длина соединительного кабеля между датчиком и блоком информационным до 1000 м при условии, что сопротивление каждого провода не превышает 30 Ом; 7. Срок службы не менее 10 лет; |
1.Пределы измерения концентрации углекислого газа, % об. 0…2; 2. Выходной сигнал, мА 4…20; 3. Преобразователь имеет линейно возрастающую характеристику; 4. Допускаемая основная абсолютная погрешность определения концентрации углекислого газа в воздухе в диапазоне от 0 до 1 % объёмных долей не более ± 0,025 % об; 5. Предел допускаемой основной приведенной погрешности не должен превышать ±0,01%.
|
Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром (номинальная статическая характеристика) представлена на рисунке 2.
Таблица 2 – Функция преобразования ДАК СО2
C,% |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
I,мА |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
;
I = Iн + Kn × Cвх;
I = 4 + 16 × Cвх;
γ = ±0,025%;
Δ = ±0,004 мА;
мА.
Рисунок 2 - Номинальная статическая характеристика ДАК СО2
Структурная схема датчика углекислого газа с унифицированным сигналом ДАК-СО2 представлена в Приложении А. Внешний вид датчика представлен в Приложении Б.
В основу принципа действия газоанализатора заложен оптико-абсорбционный метод анализа газа, основанный на измерении поглощения инфракрасной (ИК) энергии анализируемым компонентом. Степень поглощения ИК-энергии излучения зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения, это обуславливает возможность проведения избирательного анализа газов. Диапазон измерений от 0 до 2 % объёмных долей диоксида углерода. Сигнал электрохимической ячейки скомпенсирован по температуре в рабочем диапазоне температур от минус 60 до плюс 60°С.
Газоанализатор включает в себя оптическую газовую кювету с металлокерамическим барьером, ИК-излучатель, ИК-приемник рабочий, ИК-приемник опорный. Принцип действия основан на поглощении ИК-излучения молекулами измеряемых газов на длине волн (3,31 - 4,3) мкм. Энергия ИК-излучателя, проходя через газовую кювету, расщепляется на два равных потока светоделительным конусом. Эти потоки попадают на рабочий и опорный ИК-приемники. Анализируемый газ, попадающий в газовую кювету, ослабляет энергию излучения на рабочей длине волны (4,25 мкм для СО2) и не влияет на энергию излучения на опорной длине волны (λ0 =3,9 мкм). Специальный вычислитель выдает импульсы на источник ИК-излучения для модуляции энергии излучения. Концентрация газа определяется отношением интенсивности излучения на рабочей длине волны к интенсивности излучения на опорной длине волны. В вычислителе производится вычисление измеряемой концентрации газа и формируется выходной токовый сигнал.
Токовый сигнал на выходе датчика 4 мА соответствует нулевой концентрации углекислого газа в воздухе, а сигнал 20 мА соответствует концентрации углекислого газа в воздухе, равной 2 % об. [4].