Распределённые газоаналитические системы безопасности на основе твёрдотельных сенсоров

• Автор: Патрикеев, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Современные распределённые газоаналитические системы безопасности

1.1. Классификация распределённых газоаналитических систем безопасности и типовые примеры объектов контроля
1.2. Классификация, методы построения распределённых газоаналитических систем безопасности. Метрологическое обеспечение канала измерения
1.3. Аналитические преобразователи распределённых газоаналитических систем. Требования и классификация.
1.4. Тенденции развития протоколов информационных промышленных сетей и возможность их применения в распределённых газоаналитических системах

1.5. Требования к программному обеспечению системы

1.6. Обзор существующих распределённых газоаналитических систем, тенденции их развития

Выводы главы

Глава 2. Разработка термокондуктометрического преобразователя на основе твёрдотельного сенсора
2.1. Основные закономерности теплопередачи
2.2. Классификация термокондуктометрических преобразователей
2.3. Структура преобразования сигнала в термокондуктометрическом преобразователе
2.4. Построение математических моделей для некоторых типовых случаев
2.5. Влияние температуры окружающей среды на режим работы термокондуктометрического преобразователя. Способы термокомпенсации
2.6. Пути совершенствования термокондуктометрических преобразователей
2.7. Практическое применение термокондуктометрических преобразователей на базе твёрдотельных сенсоров
Выводы главы

Глава 3. Исследование потенциометрического газового сенсора на основе низкотемпературной ионной проводимости. Возможность его использования в распределённых газоаналитических системах
3.1. Актуальность
3.2. Теоретические основы метода
3.3. Исследование характеристик
3.4. Результаты. Область применения
Выводы главы
Глава 4. Разработка и испытания алгоритма работы
системного преобразователя
4.1. Разработка алгоритма обработки измерительной информации аналитического преобразователя
4.2. Экспериментальное подтверждение работоспособности предложенного алгоритма на примере термохимического аналитического преобразователя
Выводы главы
Глава 5. Разработка распределённой газоаналитической системы РГС
5.1. Структура и характеристики системы РГС
5.2. Сравнение системы РГС-07 с существующими системами
Выводы главы
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Копии сертификатов об утверждении типа
Приложение Б. Копии актов проведения шеф-монтажных и пусконаладочных работ
Приложение В. Копия акта внедрения методических указаний
Приложение Г. Схемы пневматические
Приложение Д. Алгоритм взаимодействия преобразователя аналитического ПА-CH и системного преобразователя ПС
Приложение Е. Иллюстрации

ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека является одной из приоритетных задач мирового сообщества. В связи с всё более интенсивной деятельностью человека эта задача отнюдь не перестаёт быть актуальной. Номенклатура и количество потенциальных источников опасности только растёт. Одним из приоритетных видов контроля безопасности является контроль газового состава. Для оценки сложившейся ситуации и принятия наиболее рационального решения не достаточно измерять концентрацию целевого компонента в отдельной точке, необходимо «видеть» концентрационное поле с последующим анализом, позволяющим прогнозировать ход процесса. Проводя аналогию с нервной системой человека, можно заметить, что для координированных движений человека (например, дыхания) каждая группа нейронов вырабатывает импульс, управляя сокращением определённой группы мышц, причем в тесной взаимосвязи с другими группами нейронов, как некие слаженные ансамбли. Поэтому употребляют такой термин, как «оркестр нейронов» [1.1]. Итак, необходимость системного подхода к решению газоаналитических задач наряду со снижением стоимости канала измерения, упрощением интеграции разрозненных газоаналитических устройств в систему, прогрессом электроники и вычислительной техники и обусловили широкое распространение распределённых газоаналитических систем.
Распределёнными газоаналитическими системами (далее - РГС) будем называть системы, предназначенные для аналитического контроля концентрации определяемого компонента в разнесённых точках объекта контроля.
Среди отличительных признаков РГС можно выделить:
— аналитический контроль одного или нескольких компонентов;
— разнесённость точек контроля;
— централизованный вывод измерительной информации.
По назначению среди РГС можно выделить системы безопасности, экологического мониторинга и технологического контроля.
Интересная инженерно-техническая задача метрологического обеспечения возникает при разработке РГС с территориально разнесёнными газоаналитическими устройствами (газоанализаторами или датчиками). При раз-

причем на каждой паре может быть только по одному передатчику. Количество приемников - не более 10-ти. Практически интерфейс К8-422А — это полнодуплексный интерфейс 118-485. Интерфейс Г<8-422А обеспечивает работу на скоростях до 100 Кбит/с и расстояниях до 1,2'км:
Интерфейс 1113-485 соответствует спецификации симметричной’передачи данных, описанной в американском стандарте 1ЕА 118-485. Основное отличие интерфейса 118-485 от интерфейса 118-422А - это работа в полудуплексном режиме. То есть вместо двух пар по два провода используется только одна пара проводов, по=которой и ведется-прием и передача с разделением по времени. Во время приема отключается*передатчик, а во время*передачи -приемник. Количество подключаемых устройств ограничивается входным сопротивлением со стороны линии и не должно превышать 32-х. Интерфейс 118-485 обеспечивает работу на скоростях до 10 Мбит/с и расстояниях до 1,2 км. В принципе, использование повторителей позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1,2 км или добавить еще 32 устройства.
Кроме типа физического интерфейса при построении РГС не менее важно учитывать особенности и ограничения физической среды передачи данных (витая пара, коаксиальный,кабель, радиоканал, оптоволокно).
Кабели, используемые в качестве линий связи, должны обладать следующими характеристиками:
— невысокая стоимость;
— достаточная механическая прочность;
— стойкость к различным климатическим воздействиям;
— простота монтажа (без применения пайки);
— малая погонная ёмкость (для электрических кабелей).
В качестве линий связи наиболее широко применяются электрические кабели (в основном медные).
В системах, где предъявляются требования взрывобезопасности, напряжения и токи в линиях связи определяются, с одной стороны, требованием ис-кробезопасности (подразумевая, что наиболее часто используемым видом взрывозащиты является искробезопасная цепь), а с другой стороны желанием получить максимальную нагрузочную способность при минимальном сечении