Файл: 1. Направление подготовки 15. 03. 04 Автоматизация технологических процессов 4.doc

Датчик уровня CO₂

Датчик СО2 представляет собой прибор, предназначенный для мониторинга окружающего воздуха и определения концентрации, содержащейся в нем двуокиси углерода.

Принцип работы данного сенсорного устройства основан на изменении интенсивности инфракрасного излучения до и после поглощения углекислого газа в диапазоне 1-15 мкм. При помощи СО2-метра измеряется количество света, прошедшего через светофильтр и поглощенного углекислотой.

После сравнения с показателями потока светового излучения, прошедшего мимо оптического устройства, прибор определяет разницу и выдает показатель концентрации углекислого газа.

Недисперсионный инфракрасный метод детектирования отличается высокой стабильностью, хорошей избирательностью и не зависит от содержания находящегося в воздухе кислорода.

1. Виды датчиков

Современный рынок измерительных приборов предлагает вниманию потребителя датчики, отслеживающие концентрацию углекислого газа, в зависимости от питания, подразделяющиеся на:

• 
  Стационарные (работающие от электрической сети), предназначенные для настенного монтажа, настольные, напольные и монтируемые непосредственно в воздушный канал;
  
• 
  Автономные (получающие энергию от внешнего аккумулятора).
  

«Старшие», более унифицированные модели, в зависимости от концентрации угольного ангидрида, могут управлять вентиляционной системой, т. е регулировать расход приточного воздуха, а также производить калибровку на открытом пространстве.

Большинство современных СО2-метров одновременно с определением концентрации углекислоты позволяют контролировать температуру и влажность воздуха благодаря встроенным датчикам и сообщать о возникновении задымлений.

2. Конструкция датчика СО2

Недисперсионные газоанализаторы, применяющиеся для определения концентрации углекислого газа в воздухе, комплектуются светофильтрами или специальными приемниками, использующими немонохроматическое излучение.

---

П омимо светового фильтра, устройства оснащаются рабочей камерой. Подающийся в ней воздух далее попадает в специальный приемник. В качестве источника излучения может выступать светодиод, нагретая спираль или инфракрасный лазер.

В зависимости от уровня концентрации углекислый газ поглощает часть световых лучей, пропорционально изменяя регистрируемый сигнал. При использовании источника немонохроматического излучения для получения достоверного результата применяется селективный приемник.

Помимо селективных приемников в инфракрасных датчиках СО2 могут использоваться термобатареи, болометры или полупроводниковые элементы. В данной ситуации приборы оснащаются газовыми или интерференционными фильтрами.

Т акже некоторые производители анализаторов газа при изготовлении приборов применяют сборный фильтр, содержащий I и II полосовые фильтра. Первый пропускает установленную инфракрасную полосу, а второй – нет. Позади фильтровального элемента располагается сборный детектор и связанное с ним вычислительное устройство, формирующее рассогласование сигналов.

В качестве материала, использующегося для изготовления датчика, применяют стандартный поликарбонат или акрилнитрил-бутадиен-стирол. Эти легкие, и в то же время невероятно прочные пластические сплавы легко поддаются обработке, обладают отличными изоляционными свойствами и высокой стойкостью к химическому воздействию.

Газоанализаторы, предназначенные для применения под открытым небом, изготавливаются из поликарбоната РС. В то же время приборы из АВС с более низкой ударопрочностью и диапазоном рабочих температур применяются только внутри помещений.

Д ействие датчиков СО₂ основано на способности данных устройств избирательно поглощать газ, молекулы которого состоят из двух разных атомов. Дисперсионные анализаторы предусматривают использование одноволнового излучения, полученного при помощи монохроматографа.

---

Что же касается недисперсионных устройств, то в их работе применяется немонохроматическое излучение, последовательно проходящее через светофильтр и рабочую камеру, содержащую анализируемую смесь (в данном случае воздух). Присутствующий в нем углекислый газ поглощает часть излучения (какую – зависит от концентрации). Как следствие, происходит пропорциональное изменение регистрируемого сигнала.

3. 1   2   3   4

---

Функции датчика CO₂

Датчики СО₂ предназначены для измерения концентрации и контроля граничных значений углекислого газа в диапазоне от 0 до 100%. Данные устройства применяются в системах охранных сигнализаций, автоматических системах вентиляции, контролирующих качество воздуха, для определения содержания углекислоты в воздушном потоке, а также уровня газа в помещении и на свежем воздухе.

В норме концентрация СО₂ должна находиться в пределах 0,04%. Разумеется, такое его количество постоянно поддерживать в помещении практически невозможно.

При этом даже незначительное увеличение концентрации углекислого газа может пагубно отразиться не только на работоспособности, но и на общем состоянии человека, приводя к негативным изменениям в составе крови, снижению рН, ацидозу, увеличению концентрации бикарбоната и кислородному голоданию.

Благодаря датчику, определяющему процентное содержание углекислоты в окружающем воздухе, можно своевременно предотвратить развитие этих негативных последствий и быстро нормализовать нарушенный газообмен.

Примеры измерений с помощью датчика CO₂:

1. 
   Изменение концентрации CO2 в комнате при проветривании 1 окном в течении 15 минут.
   

2. 
   Изменение концентрации CO2 в комнате при работе кондиционера на обогрев в течении 30 минут.
   

3. Нормативные требования к оформлению схем автоматизации

Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах автоматизации.

Для того, чтобы перейти к условным обозначениям приборов и средств автоматизации по ГОСТу 21.208-2013 СПДС введем следующие определения:

• 
  контур контроля, регулирования и управления: Совокупность отдельных функционально связанных приборов, выполняющих определенную задачу по контролю, регулированию, сигнализации, управлению и т.п.
  
• 
   система противоаварийной автоматической защиты; ПАЗ: Система управления технологическим процессом, которая в случае выхода процесса за безопасные рамки выполняет комплекс мер по защите оборудования и персонала.
  

Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах

---

Таблица 1

Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации

Наименование	Обозначение
1 Прибор, аппарат, устанавливаемый вне щита (по месту):
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
2 Прибор, аппарат, устанавливаемый на щите, пульте:
а) основное обозначение
6) допускаемое обозначение
3 Функциональные блоки цифровой техники (контроллер, системный блок, монитор, устройство сопряжения и др.)
4 Прибор, устройство ПАЗ, установленный вне щита
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
4*** Прибор (устройство) ПАЗ, установленный на щите*
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение

Символьные обозначения

Таблица 2

Основные символьные обозначения измеряемых
величин и функциональных признаков приборов

Обоз- начение	Измеряемая величина		Функциональный признак прибора
	Основное обозначение измеряемой величины	Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину	Отображение информации	Формирование выходного сигнала	Дополнительное значение
А	Анализ Величина, характеризующая качество: состав, концентрация, детектор дыма	-	Сигнализация	-	-
В	Пламя, горение	-	-	-	-
С	+	-	-	Автомати-ческое регулирование, управление	-
D	+	Разность, перепад	-	-	Величина отклонения от заданной измеряемой величины
Е	Напряжение	-	-	Чувствительный элемент	-
F	Расход	Соотношение, доля, дробь	-	-	-
G	+	-	Первичный показывающий прибор	-	-
Н	Ручное воздействие	-	-	-	Верхний предел измеряемой величины
I	Ток	-	Вторичный показывающий прибор	-	-
J	Мощность	Автомати-ческое переключение, обегание	-	-	-
K	Время, временная программа	-	-	Станция управления	-
L	Уровень	-	-	-	Нижний предел измеряемой величины
M	+	-	-	-	Величина или среднее положение (между верхним Н и нижним L)
N	+	-	-	-	-
O	+	-	-	-	-
P	Давление, вакуум	-	-	-	-
Q	Количество	Интегрирование, суммирование по времени	-	+	-
R	Радиоактивность (5.13)	-	Регистрация	-	-
S	Скорость, частота	Самосра- батывающее устройство безопасности	-	Включение, отключение, переключение, блокировка	-
T	Температура	-	-	Преобразование	-
U	Несколько разнородных измеряемых величин	-	-	-	-
V	Вибрация	-	+	-	-
W	Вес, сила, масса	-	-	-	-
X	Нерекомендуемая резервная буква	-	Вспомогательные компьютерные устройства	-	-
Y	Событие, состояние	-	-	Вспомогательное вычислительное устройство	-
Z	Размер, положение, перемещение	Система инструментальной безопасности, ПАЗ	-	+	-
Примечания. 1 Буквенные обозначения, отмеченные знаком "+", назначаются по выбору пользователя, а отмеченные знаком "-" не используются. 2 В круглых скобках приведены номера пунктов пояснения.

---