Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6284| Назва: | Дослідження систем контролю технічного стану робочих зон |
| Автори: | Рудаков, Костянтин Сергійович Онисенко, Роман Миколайович |
| Дата публікації: | січ-2023 |
| Короткий огляд (реферат): | На даний момент витік природного газу є найважливішою проблемою в світі, адже в основному всі катастрофи та обвал будинків відбувається через те, що не вчасно було помічено виток вибухонебезпечної речовини. Основною метою даної кваліфікаційної роботи було розробка сигналізатора, за допомогою якого можливо виявити найменший виток та вчасно усунути проблему, що забезпечить охорону життя та здоров'я працюючих, а також безперебійну роботу підприємства в якому використовується даний сигналізатор. Проведено порівняльний аналіз існуючих систем сигналізації з їх основними техніко-економічними показниками, це дозволило визначити найбільш перспективні рішення для подальшого прототипування, а також показав що нинішні системи, які запропоновані на ринку є не рентабельні через свою велику вартість, а також велику вартість в ремонті. В основному всі сигналізатори виготовляються за кордоном, що випливає в деякі труднощі з доставкою запасних частин для їх ремонту. Розроблено образно-знакову модель системи контролю витоку природного газу, за рахунок удосконалення додаткових компонентів, що дозволило розширити можливості пристрою; Визначені моделі компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою, що дозволило сформувати потреби для подальшого компонування пристрою в рамках задачі. Сигналізатор має два типу датчиків, що дозволяє підібрати датчик під умови його експлуатації. Конструктивні особливості датчика забезпечують його великий термін служби при різних температурних режимах та широким діапазоном надмірної вологості при яких датчик має свої номінальні характеристики вимірювання. Розроблено сигналізатор, який має достатню точність вимірювання, адже похибка приладу не перевищує 5%. За допомогою використання термохімічного методу вимірювання концентрації витоку природного газу вдалось досягти великої швидкодії приладу. Також даний сигналізатор можна встановлювати в житлових приміщеннях, для контролю витоку газу. За допомогою вбудованого інтерфейсу сигналізатор здатний передавати дані вимірювання по бездротовому зв'язку, що дозволяє в режимі реального часу відстежувати всі зміни в приміщенні де безпосередньо знаходиться вимірювальний прилад. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6284 |
| Розташовується у зібраннях: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| М_151_2022_Онисенко.pdf Restricted Access | 1.49 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «магістр» на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ КОНТРОЛЮ СТАНУ РОБОЧИХ ЗОН Виконав: студент 2 курсу, групи МАКІТ-2109 спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Роман ОНИСЕНКО (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Керівник Костянтин РУДАКОВ (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2022 року ЗМІСТ ВСТУП .................................................................................................................. 3 РОЗДІЛ 1 ФОРМУВАННЯ ПРОБЛЕМНОЇ ЗАДАЧІ ........................................ 9 1.1 Постановка задачі ........................................................................................ 9 1.2 Аналіз існуючих пристроїв ....................................................................... 10 1.3 Розробка та побудова класифікаційної схеми ......................................... 20 1.4 Висновки .................................................................................................... 23 РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ТЕРМОХІМІЧНОГО ГАЗОАНАЛІЗАТОРА ........................................................................................ 24 2.1 Обґрунтування вибору елементів газоаналізатора та їх особливості роботи .............................................................................................................. 24 2.2 Процес налаштування газоаналізатора .................................................... 25 2.3 Опис структурної схеми роботи газоаналізатора .................................... 27 2.4 Розробка іскрозахисту блоків живлення .................................................. 28 2.5 Вимірювання параметрів, регулювання та налаштування ...................... 31 РОЗДІЛ 3 МАКЕТИ ТА ПІДКЛЮЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ГАЗОАНАЛІЗАТОРА ........................................................................................ 37 3.1 ДАТЧИК ДТХ - 127-5 ............................................................................... 37 3.2 Датчик ДТХ - 128-1 ................................................................................... 39 3.3 Монтаж приладу ........................................................................................ 40 3.4 Перелік речовин, які може визначити сигналізатор ................................ 44 3 РОЗДІЛ 4 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ ............................................................ 48 4.1 Виготовлення друкованої плати ............................................................... 48 4.2 Установка компонентів ............................................................................. 50 4.3 Пайка радіоелементів ................................................................................ 51 ВИСНОВКИ ....................................................................................................... 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................... 58 4 ВСТУП Газ - агрегатний стан речовини, в якому його частки не пов'язані або дуже слабо пов'язані між собою силами взаємодії і рухаються вільно та заповнюють весь наданий об'єм. Горючі гази з повітрям або киснем займаються або вибухають при відповідній концентрації суміші. Найбільш поширені горючі гази: аміак, ацетилен, метан, чадний газ (СО), водень, бутан. Метан - найпростіший граничний вуглеводень. У нормальних умовах це безбарвний газ, легший за повітря. При накопиченні якого в замкнутому приміщенні набуває потенціал руйнівної сили. Межі вибухонебезпечності метану при концентрації в повітрі від 4% нижня концентраційний межі вибуху (НКМВ). Для визначення та сигналізації концентрації метану в повітрі є спеціальні системи контролю витоку природного газу, яка включає газоаналізатор. Газоаналізатор - це прилад призначений для контролю концентрації горючих та інших газів в атмосфері та побутових приміщеннях. Системи контролю витоку природного газу можна класифікувати наступним чином: - вимірювачі концентрації для контролю стану атмосфери на об'єкті та оцінки можливості проведення робіт в даній області. Більшість типів таких приладів є стаціонарними. - сигналізатори загазованості для контролю стану атмосфери в приміщеннях та об'єктах, де можлива поява вибухонебезпечних газоповітряних сумішей або їх перевищення допустимих концентрацій. Прилади цієї групи видають світлову або звукову сигналізацію про перевищення параметру, що контролюють виток природного газу. - системи аварійного відключення газу для безперервного контролю стану атмосфери. Крім видачі світлового та звукового сигналу в разі перевищення "ПОРОГ 1" прилади цієї групи в разі перевищення "ПОРОГ 2 " автоматично приводять в дію виконавчі механізми та прилади, які припиняють подачу газу до споживачів. 5 Для побуту і в промислових цілях на ринку є велика кількість газоаналізаторів, але їх якість вимірювання та швидкодія залишає бажати кращого наприклад, (газоаналізатор СТХ – 3). На ринку його вартість дорівнює близько 15000 грн. за одиницю при цьому, швидкодія сигналізації - 20 с., похибка вимірювання - 22,5% НКМВ при 27.6% НКМВ. Актуальність теми дослідження. В останні десятиліття глобальні зміни навколишнього природного середовища стали суттєвим стримуючим фактором розвитку суспільства, що потребує поглибленого аналізу та розроблення наукових підходів до зменшення негативного техногенного впливу на екологію. Концепція сталого розвитку передбачає гармонізацію соціальних, економічних та екологічних складових трансформації суспільства. В Україні екологічні ризики переважно спричинені промисловим сектором, у тому числі паливноенергетичним комплексом. На даний момент в Україні люди споживають близько 42,6 млрд. куб. м. газу. У зв’язку з імплементацією цілей сталого розвитку України виникає необхідність поглибленого дослідження однієї з основних сфер забезпечення сталого розвитку країни, а саме енергетичної сфери. Неспроможність енергетики задовільнити потреби суспільства та економіки в екологічно та економічно прийнятний спосіб ставить під загрозу можливість досягнення цілей сталого розвитку загалом. Актуальним є вирішення проблеми оперативного контролю за газом, що може бути досягнуте тільки шляхом удосконалення методів та засобів вимірювань, що входять до складу систем вимірювання енергії газу, щодо забезпечення високої швидкодії та чутливості вимірювання концентрації компонент газових сумішей. Дослідження та впровадження робіт в даному напрямку зробили такі вчені: Попов А.А., Максименко Ю.Н., Шишловський А.А., Советов Б.Я., Колбанёв М.О.,Бистряков Д.С.,Ипатов О.С. , але не достатньо висвітлені системи сигналізації витоку природного газу. Тому тема «Дослідження систем контролю стану робочих зон» актуальна. 6 Мета і завдання дослідження Метою дослідження є вдосконалення систем сигналізації витоку природного газу за рахунок розробки образно – знакової моделі та визначення моделей компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: 1. Провести аналіз стану предмету дослідження та сформулювати завдання; 2. Розробити образно-знакову модель системи контролю витоку природного газу; 3. Визначити моделі компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою; 4. Розробити електричну принципову схему пристрою. Об’єкт дослідження – процеси контролю системи сигналізації витоку природного газу. Предмет дослідження – Вдосконалення систем витоку природного газу Методи дослідження. Методи дослідження основані на теорії аналізу , синтезу, та оптимізації; теорії надійності, теорії інформації, теорії проектування, схемотехніки. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому що: 1. Проведено порівняльний аналіз існуючих систем сигналізації з їх основними техніко-економічними показниками, це дозволило визначити найбільш перспективні рішення для подальшого прототипування; 2. Розроблено образно-знакову модель системи контролю витоку природного газу, за рахунок удосконалення додаткових компонентів, що дозволило розширити можливості пристрою; 3. Визначені моделі компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою, що дозволило сформувати потреби для подальшого компонування пристрою в рамках задачі. 7 Практичне значення одержаних результатів полягає: В доведенні отриманих наукових результатів до конкретних інженерних рішень, а саме в розробці електричної принципової схеми електротехнічного пристрою, що дозволило отримати практичне підтвердження аспектів, що наведені в роботі. Апробація результатів дослідження. Основні положення і результати дослідження доповідались, обговорювались: • на студентській науковопрактичній конференції ЧДТУ: 19–22 квітня 2021 р. • Перед ЕК ЧДТУ 10 червня 2021р. – Черкаси ЧДТУ, 2021. Публікація 1. Natural Gas Leak Alarm System / R.M. Onysenko, K.S. Rudakov, I.A. Zubko // Збірник тез доповідей студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ : 27–30 квітня 2020 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. Мельник І. В.] ; Мво освіти і науки України, Черкас. держ. технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2020. – C.26–27. Основний зміст роботи У вступі обґрунтовано актуальність теми курсової роботи, формульована мета та завдання дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. У першому розділі проведено аналіз стану предмету дослідження та сформулювано завдання. У другому розділі розроблено образно – знакову модель системи контролю витоку природного газу для подальшого вибору елементів схеми, розроблено структурну схему системи витоку природного газу. У третьому розділі визначено моделі компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою, розроблено електричну принципову схему електротехнічного пристрою. 8 Структура та обсяг кваліфікаційної роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається з вступу, трьох розділів, висновку та списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи складає 80 сторінок, 18 рисунків, 12 таблиць. Список використаних джерел містить 45 найменувань. 9 РОЗДІЛ 1 ФОРМУВАННЯ ПРОБЛЕМНОЇ ЗАДАЧІ 1.1 Постановка задачі На даний момент в Україні люди споживають близько 42,6 млрд. куб. м. газу. Газ - агрегатний стан речовини, в якому його частки не пов'язані або дуже слабо пов'язані між собою силами взаємодії і рухаються вільно та заповнюють весь наданий об'єм. Горючі гази з повітрям або киснем займаються або вибухають при відповідній концентрації суміші. Найбільш поширені горючі гази: аміак, ацетилен, метан, чадний газ (СО), водень, бутан. Метан - найпростіший граничний вуглеводень. У нормальних умовах це безбарвний газ, легший за повітря. При накопиченні якого в замкнутому приміщенні набуває потенціал руйнівної сили. Межі вибухонебезпечності метану при концентрації в повітрі від 4% нижня концентраційний межі вибуху (НКМВ). Для визначення та сигналізації концентрації метану в повітрі є спеціальні системи контролю витоку природного газу, яка включає газоаналізатор. Газоаналізатор - це прилад призначений для контролю концентрації горючих та інших газів в атмосфері та побутових приміщеннях. Системи контролю витоку природного газу можна класифікувати наступним чином: - вимірювачі концентрації для контролю стану атмосфери на об'єкті та оцінки можливості проведення робіт в даній області. Більшість типів таких приладів є стаціонарними. - сигналізатори загазованості для контролю стану атмосфери в приміщеннях та об'єктах, де можлива поява вибухонебезпечних газоповітряних сумішей або їх перевищення допустимих концентрацій. Прилади цієї групи видають світлову або звукову сигналізацію про перевищення параметру, що контролюють виток природного газу. 10 - системи аварійного відключення газу для безперервного контролю стану атмосфери. Крім видачі світлового та звукового сигналу в разі перевищення "ПОРОГ 1" прилади цієї групи в разі перевищення "ПОРОГ 2 " автоматично приводять в дію виконавчі механізми та прилади, які припиняють подачу газу до споживачів. На даний час газ є основним енергоносієм та не відмінною складовою для забезпечення тепла та працездатності будь якого підприємства. Для побуту і в промислових цілях на ринку є велика кількість газоаналізаторів, але їх якість вимірювання та швидкодія залишає бажати кращого наприклад, (газоаналізатор СТХ – 3). На ринку його вартість дорівнює близько 15000 грн. за одиницю при цьому, швидкодія сигналізації - 20 с., похибка вимірювання - 22,5% НКМВ при 27.6% НКМВ. Дослідження та впровадження робіт в даному напрямку зробили такі вчені: Попов А.А., Максименко Ю.Н., Шишловський А.А., Советов Б.Я., Колбанёв М.О.,Бистряков Д.С.,Ипатов О.С. , але не достатньо висвітлені системи сигналізації витоку природного газу. Тому тема «Вдосконалення систем витоку природного газу» актуальна. 1.2 Аналіз існуючих пристроїв 1.2.1 Газоаналізатор Варта 1-03.14 Цей прилад призначений для виявлення витоку газу. Перевагами даного приладу є: • Ступінь захисту корпусу ІР-65; • Можливість підключення багатьох чутливих елементів; • Можливість регулювання частоти сигналу; • Візуальна сигналізація; • Можливість підключення навушника; Беззаперечно прилад зручний та має можливість підключення багатьох чутливих елементів, що надає можливість за діяння одного вимірювального приладу для багатьох робочих зон. Недоліком даного приладу є : 11 • Час спрацювання на метан – 120с. • Ремонт та перевірка приладу проводиться тільки на заводі виробнику; • Малий строк роботи датчика; • Відсутність функції безперервного контролю. На виробництві магістральні газопроводи експлуатуються в тяжких умовах. Через не належний контроль та відсутність своєчасного технічного огляду та планових ремонтів газопроводи не витримують та стаються аварійні ситуації. Основними причинами аварій являються: • Порушення режиму експлуатації: • Корозія; • Брак будівництва; • Заводський брак; • Зовнішній вплив. Задача даної кваліфікаційної роботи полягає в тому, щоб розробити газоаналізатор для побутових та виробничих цілей, з меншою вартістю, меншою похибкою вимірювання та більшою швидкодією. Датчик повинен мати рівень вибухозахисту згідно ГОСТ 22782.6:"вибухонепроникна оболонка" та маркування 2ExdeIIAT1. Відповідно до місця розташування та умов експлуатації датчик повинен мати відповідний корпус виконання. Для використання в домашніх та виробничих цілей буде використовуватись датчик з термохімічним методом вимірювання в корпусі з пресованої титанової стружки. Ці датчики призначені для застосування у вибухонебезпечних зонах згідно ГОСТ 12.1.011. Блок управління та сигналізації встановлюється поза вибухонебезпечною зоною. 12 Таблиця 1.1 Основні характеристики приладу Вид сигналізації Акустична та оптична Періодичність повірки приладу 1 раз на 12 місяців Маса, не більш, г 1400 Час безперервної роботи безперервний Робоча температура °С -40 ... +50 Робочий навколишній тиск, мм. рт.ст від 630 до 800 Рівень захисту 2ExdeIIAT1 Рівень захисту корпусу ІР 65 Додаткові можливості пристрою: • можливість калібрування приладу; • установка порогових значень спрацювання сигналізації; • додатковий тип датчика для примусової подачі проби газу; • вбудований насос; • блок пам'яті вимірювання до 10000 вимірювань; Даний прилад буде розроблятись на основі новітніх приладів фірми МSA. Ця компанія є передовою в виготовленні приладів для контролю витоку газу з трубопроводу. Компанія має практично 100 річний досвід розробки газоаналізаторів. Серед їх відомих приладів є: - Датчик серії 47К Це економічний пасивний каталітичний датчик, призначений для визначення в повітрі горючих газів до 100% НКПР. Датчик випускається в стандартному ST корпусі, захищеному від дії отруйних речовин з повним асортиментом додаткових пристроїв та розподільчих коробок для охоплення практично всіх промислових областей застосування. 13 Рис. 1.1. Датчик серії Варта 1-03.14 1.2.2 Сигналізатор газу СГ-1-1 Сигналізатор СГ-1-1 - призначені для застосування в топкових і котелень різної потужності, а також виробничих, громадських і адміністративних будівлях і спорудах, комунально-побутових та житлових приміщеннях, що не мають вибухонебезпечних зон по ПУЕ з метою автоматичного безперервного контролю довибухонебезпечних концентрацій природного газу-ГОСТ 5542-87 і (або) об'ємної частки оксиду вуглецю, видачі світлової та звукової сигналізації, а також видачі електричних сигналів на зовнішні пристрої і комутації зовнішніх електричних ланцюгів при перевищенні встановлених значень об'ємної частки метану і оксиду вуглецю в повітрі. Дані сигналізатори характеризуються наявністю двох виносних датчиків і двох порогів спрацьовування в кожному каналі. Таблиця 1.2- Технічні характеристики СГ-1- 1 природній газ Компонент, який визначається (метан) Максимальний струм через вихідні контакти реле 7,5А/250V Чутливість датчика, %НКПР 10 Світлова індикація ввімкнено - зелений реле - червоний спрацювало - жовтий несправність 14 Звукова тривога, дБ 85 Можливість підключення зовнішнього сенсора ДТХ-165 Напруга живлення 230В ±10% Габаритні розміри 85х85х90 Рисунок 1.2 – Сигналізатор газу СГ1-1 (CH4) 1.2.3. Системи аварійного відключення газу САОГ Системи призначені для видачі сигналізації про перевищення встановлених значень до вибухонебезпечних концентрацій метану в повітрі і видачі управляючого впливу на виконавчий пристрій. Конструктивно система складається з блоку управління та блоків датчиків, з'єднаних з блоком живлення та управління кабелем. Додатково до системи можуть підключатись запірний електроклапан та дублюючий сигнальний пристрій. До системи можливо підключити датчик БУГ для одночасного контролю СО та СН4 Таблиця 1.3 - Технічні характеристики САОГ Пороги спрацювання системи, % НКПР 10 Абсолютна допустима похибка приладу, % НКПР ±5 Час спрацювання блоків датчика системи, с, не більше 15 Час прогріву системи, хв, не більше 3 Рівень звукового тиску по осі звукового випромінювання, на 70 15 відстані 1м при рівні шуму не більше 50 дБ Інтервал часу роботи системи без регулювання порогу 12 спрацювання, міс, не менше Клас захисту від ураження електричним струмом ІІ Ступінь захисту систем по ГОСТ 145254-96 ІР30 Середнє напрацювання на відмовлення, год, не менше 20000 Середній строк служби, років 10 Маса, кг, не більше 2 Рисунок 1.3 – Система аварійного відключення газу САОГ 1.2.4. Система автономного контролю загазованості тип А Система призначена для контролю вмісту природнього газу та оксиду вуглецю в атмосфері приміщень споживанню газу, видачі звукової та світлової сигналізації при перевищенні концентрації "ПОРОГ1" та "ПОРОГ2", контролю стану датчиків аварійних параметрів стану технологічного обладнання, перекриття газопроводу запірним клапаном, керування вентиляційним вентилятором, видачі інформації про стан системи на контрольний пульт. В склад системи входять: • Сигналізатор загазованості; • Блок управління; 16 • Запірний клапан; • Контрольний пульт; • Блок реле. Таблиця 1.4 - Технічні характеристики система автоматичного контролю тип А Напруга живлення (50Гц), В 220 Споживча потужність, В*А, не більше 6 Концентрація СН4 при спрацюванні порогу, %НКПР Порог 1 10 Порог 2 20 Кількість входів для підключення датчиків 12 технологічного обладнання, шт Кількість входів для підключення датчиків пожежної 1 сигналізації, шт Кількість входів для підключення датчиків охоронної 1 сигналізації, шт Час прогріву системи, мин 30 Діапазон робочих температур сигналізатора, ˚С від +5 до +40 Максимальне значення відносної вологи повітря, (при t = до 80 25˚С), % Рисунок 1.4 – Система автоматичного контролю тип А 17 1.2.5. Сигналізатор ЗОНД-1 Автоматичні напівпровідникові сигналізатори ЗОНД – 1 індивідуального користування з функцією тече шукача є засобами вимірювання та призначені для контролю мікро концентрацій одиничних токсичних та горючих газів, пар та їх сукупності в повітрі виробничих приміщень та зовнішніх установок, визначення наявності витоку природного газу (метану, бутану) та видачі сигналізації про перевищення встановлених значень концентрації. Переносний сигналізатор газу ЗОНД – 1 застосовується в будь якій галузі промисловості та комунального господарства, де існує небезпека витоку та накопичення токсичних газів та парів, наприклад: • у каналізаційних колодязях, приямках, тунелях, колекторах інженерних мереж; • в випорожнених ємкостях; • у котельнях як тече шукач; • на газопроводах (для перевірки герметичності обладнання); • для перевірки резервуарів та приміщень для визначення їх вибухо небезпеки перед входом до них або під час роботи. Перевагами приладу є: • Вибухозахисне виконання; • Конвекційна подача контролює мого середовища; • Функція тече шукача, наявність звукового сигналу, що змінюється в залежності від рівня загазованості, та висока чутливість, що дозволяє виявляти та локалізувати місце витоку газу; • Світлова та звукова сигналізація про розряд джерела живлення; • Швидке прогрівання та мала інертність; • Має виносний чутливий елемент, що дозволяє виявлення виток газу у важкодоступних місцях; • Просте керування, що полегшує експлуатацію приладу; • Мінімальне технічне обслуговування. 18 Таблиця 1.5 Технічні характеристики сигналізатор ЗОНД-1 Найменування показника Значення Час прогріву,с 40 Час видачі сигналізації,с 40 Час роботи сигналізатора до розряду джерела живлення, год. 8 Напруга живлення від вбудованого акумуляторного джерела 2,3-2,8 живлення,В Струм, що споживається сигналізатором,мА 215 Маса, кг 0,26 Термін служби, років 10 Недоліками даного приладу є: • Немає можливості встановлення в робочій зоні для моніторингу концентрації витоку газу в безперервному режимі; • Ремонт та технічне обслуговування здійснюється тільки на заводі виробнику; • Час видачі сигналізації 40 секунд що для виробництва є дуже довготривалим; • Прогрівання приладу 40 секунд що при технічному обслуговуванні та ремонті викликає певні незручності. 19 Рисунок 1.5 – Сигналізатор газу переносний ЗОНД-1 1.3 Розробка та побудова класифікаційної схеми Аналіз існуючих пристроїв показав , що всі пристрої мають свої переваги та недоліки. Одні мають вузькі функціональні можливості, інші велику масу і габарити, також є морально застарівші, на яких на даний час немає запасних частин для ремонту. 20 В роботі запропонований прилад метод вимірювання, якого зі 99.9% якістю співпадає з концентрацією вибухонебезпечних газів і парів які знаходяться в приміщенні або виробничому цеху. Термохімічний метод вимірювання дозволяє визначити концентрацію горючих газів та концентрацію молекулярного кисню в суміші. Перевагами даного методу вимірювання є висока чутливість і можливість визначити практично всі види горючих газів і парів. На даний момент багато сигналізаторів та газоаналізаторів працюють на даному методі вимірювання та також конструктивно датчики схожі один на одного та мають одинакові характеристики, тобто даний газоаналізатор, який запропоновано в кваліфікаційній роботі буде взаємозамінний по деталям з багатьма газоаналізаторами які запропоновані на ринку а також які використовуються на виробництві на даний час. 21 Газоаналізатор Автономний Режимроботи Неавтономний Стаціонарний Переносний Вибухонебезпечна Зона дії Безпечна Автоматичний Тип контролю Зазапитом Конвекційний Вид датчика Проточний Хімічний Тип датчика Температурний Газохімічний Один Кількість Два порогів Три H2 Вид газу СН4 С3Н8 Екран Види Звук сигналізації Вібрація Світло Рисунок 1.6 – Класифікаційна схема термохімічного газоаналізатора 22 1.4 Висновки Отже розробка газоаналізатора для побутового та виробничого застосування з високою надійністю та швидкодією, який повинен мати безперервний режим роботи для контролю витоку горючого газу, та також можливість автоматичного відключення газоспоживачів шляхом застосування виконавчих механізмів та приладів являє собою першочергову задачу. Для досягнення цієї мети проведений аналіз та синтез сучасних газоаналізаторів, а також розроблена та побудована класифікаційна схема. 23 РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ТЕРМОХІМІЧНОГО ГАЗОАНАЛІЗАТОРА 2.1 Обґрунтування вибору елементів газоаналізатора та їх особливості роботи 2.1.1 Обґрунтування вибору датчику та схеми його включення Для вимірювання концентрації газу в виробничому середовищі необхідний датчик (Д). Скористаємося датчиком вітчизняної фірми "Оріон". Датчик складається з блока чутливих елементів (ЧЕ), верхнього та нижнього корпусів та кронштейна, з'єднаних гайками М3. В нижньому корпусі встановлений блок з резисторами та роз'єм. З зовнішньої сторони приварена шпилька для заземлення датчика на місці експлуатації. Блок чутливих елементів (ЧЕ) представляє собою не розбірну конструкцію. Чутливі елементи (ЧЕ) розміщені в вибухонепроникну оболочку, що складається з ковпачка з завальцованим з одноієї сторони двома фільтрувальними сітками П160 ГОСТ 3187-76, з іншої сторони виходи чутливого елементу ЧЕ залиті епоксидним клеєм Д9 з наповнюваче з кварцевого піску ГОСТ 9077-82. Сітки захищені від механічних пошкоджень. Датчик ДТХ -127-5 пломбується двома пломбами. Рисунок 2.1 – Підключення датчика ДТХ - 127 - 5 24 2.1.2 Обґрунтування вибору блоку У-20 Блок У-20 виконаний на базі штампованих каркасів, закритими боковими кришками. Всі крики пломбуються. На передній панелі блоку У - 20 розміщенні: індикатор цифровий; Індикатор одиничний "ПОРОГ 1", "ПОРОГ 2", "ОТКАЗ", "~220 V", перемикач "~220 V"; кнопка "ТЕСТ"; ніша, закрита кришкою з написом "РЕГЛАМЕНТ", де встановлені змінні резистори "НУЛЬ", "Uк", "ПОРОГ 1", "ПОРОГ 2", розетка "±Uвих". Цифровий індикатор призначений для індикації наявності динаміки зміни концентрації компонентів. Метрологічні характеристики показів індикатора не нормуються. При досягненні концентрації контролюємих компонентів порогових значень показів цифрового індикатора - переривчасті. На задній панелі блока У-20 розміщені: роз'єм "~220 V, 50 Hz" "СИГНАЗІЗАЦІЯ", який служить для підключення сигналізатора до мережі змінного струму напругою ~220 V, підключення ланцюгів зовнішньої сигналізації; роз'єм "ДТХ" з написом "ІСКРОБЕЗПЕЧНІ ЛАНЦЮГИ", до якого підключають кабель датчика; роз'єм "4 - 20 mA", призначеного для підключення сигналізатора до резервного живлення 12V, підключення до ПЕВМ, забезпечуючих видачу уніфікованого струмового сигналу (4 - 20 mA), два запобіжники "0,25А" та один запобіжник "1А"; клема заземлення. 2.2 Процес налаштування газоаналізатора Для вирішення проблем з налаштуванням, на передній панелі приладу винисено змінні резистори які слугують для налаштування (рисунок 7): • порогового значення 1; • порогового значення 2; • стуму живлення датчика; • установки нуля. Також на передній панелі є кнопка "ТЕСТ" при натисненні якої пристрій повинні будуть спрацювати порогові значення газоаналізатора. 25 Рисунок 2.2 – Структурна схема газоаналізатора: ВП - вимірювальний перетворювач; БІЗ - блок іскрозахисту; ЗЛ 1 - ланцюг захисту 1; ПОН - пристрій обмеження напруги; ПОС - пристрій обмеження струму; У - підсилювач; МК - мікропроцесор; ДС - джерело струму; БР - блок реле; ЗЛ2 - захисний ланцюг 2; ПНС - перетворювач "напруга - струм"; ПН - перетворювач напруги; БЖ блок живлення; К - ключ 2.3 Опис структурної схеми роботи газоаналізатора Структурна схема одноканального газоаналізатора приведена на рис.3. Структурна схема включає в себе наступні функціональні вузли: - первинний вимірювальний перетворювач (ВП), являє собою вимірювальний міст постійного струму, два плеча якого - чутливі елементи 26 (вимірювальний та порівнюючий), а два інших постійні резистори. ВП перетворює поточне значення концентрації газу в пропорційний електричний сигнал напруги; - блок іскрозахисту (БІЗ) забезпечує іскрозахист ланцюгів живлення вимірювального перетворювача (ВП) і включаючий в себе дублюючий пристрій обмеження струму (ПОС) і напруги (ПОН) та ланцюг захисту ЗЛ 1 ; - джерело струму (ДС) забезпечуюючий живлення первинного вимірювального перетворювача; - підсилювач (У) вихідного сигналу вимірювального мосту; - мікропроцесор (МК), який обробляє вихідний сигнал підсилювача та формує сигнали управління вузлами сигналізатора; - блок реле (БР), який забезпечує гальванічну розв'язку при комутації зовнішніх ланцюгів; - перетворювач "напруга струм" (ПНС), який забезпечує видачу в зовнішній ланцюг уніфікованого струмового сигналу в діапазоні від 4 до 20mA, пропорційного концентрації; - драйвер RS - 485; - захисний ланцюг 2 (ЗЛ2), який забезпечує обмін даними та гальванічну розв'язку між мікропроцесором МК, перетворювачем "напруга - струм" та драйвером RS - 485; - перетворювач напруги (ПН), який забезпечує напругою живлення перетворювач "напруга - струм" та драйвер RS - 485; - блок живлення (БЖ), який формує живлення всього приладу та забезпечує гальванічну розв'язку від мережі ~220 V, 50 Hz; - ключ вибору напруги живлення (К) вузлів газоаналізатора (від блоку живлення (БЖ) або резервного автономного джерела =12V). 2.4 Розробка іскрозахисту блоків живлення Вибухозахищеність газоаналізатора забезпечується : - іскробезпечним током живлення - іскробезпечний електричий ланцюг рівня ib підгрупи ІІС по ГОСТ 22782.5-78 і ГОСТ 51330.10-99; - заточенням чутливих елементів (ЧЕ) в вибухонепронинку оболонку. 27 Іскробезпека ланцюгів живлення датчиків забезпечується засобами іскробезпеки, привединими на функціональній схемі (рис. 8). Блок іскрозахисту БІЗ (А1) забезпечує іскробезпечний електричний ланцюг живлення датчиків (роз'єм ХТ1) рівня ib підгрупи ІІС та складається з дубльованого випрямляча (VD1, VD2), дубльованого обмежувача струму (DA1,R1,R2 та DA2,R3,R4) та дубльованого обмежувача струму (VD3, VD4), струмовимірювального R5 та струмообмежуючих (R6,R7,R8) резисторів, обмежувачів напруги (VD5,VD4 та VD7,VD8). Електрорадіоелементи блоку іскрозахисту БІЗ були вибрані з розрахунку домустимих навантажень згідно ГОСТ 22782.5-78, ГОСТ 51330.10-99. Напруга холостого ходу 8V та струм короткого замикання 220mA. Істробезпечні ланцюги поза печатною платою виконані в вигляді жгуту синього кольору, проложеного окремо від іскронебезпечних. Вихідні іскробезпечні ланцюги закінчуються роз'ємом (ХТ1), не зваємозаємний з іншими роз'ємами, під цим роз'ємом нанесено маркування "ІСКРОБЕЗПЕЧНІ ЛАНЦЮГИ". Роз'єм (ХТ1) та корпус датчиків з іскробезпечними ланцюгами пломбуються. На передній панелі кодного блоку У-20 є маркування вибухозахисту:"ExibllC", "[Exib]IIC","В КОМЛЕКТІ ЩИТ-2". Для гальванічної розв'язки між ланцюгами зв'язаних з іскробезпечними, та ланцюгами, прирівеними до силових (живлення ~220 V, ланцюги сигналізації, вихід RS-485) використані силовий Т1 та розподільчий Т2 трансформатори, блоки А2, А3, реле К1-К4. Обмотка 5-6 силового трансформатора Т1, живляча іскробезпечні і зв'язані з ними ланцюги, відділена від обмотки 1-2 екранними обмотки 3-4, намотаними проводом ПЕВ-2 діаметром 0.25mm. Виходи первичної то вторичної обмоток рознесені на протилежні сторони трансформатора. В проводи первичної обмотки включені плавкі вставки ВП 1-1 0,25А 250 V (FU1,FU2). Додатково первична обмотка захищена невідновлювальним термозапобіжником S125 V00 на температуру спрацювання 100˚С. В відповідності до ГОСТ 22782.5-78 та ГОСТ Р 51330.10-99 трансформатор є стійким до коротким замиканням. 28 Первична обмотка 7-8 роздільного трансформатора Т2 відділена від первичної обмотки 3-4 двома електрично не зв'язаними екранними обмотками 5 та 6, намотаними проводом ПЕВ-2 діаметори 0.25 mm. Виходи первичної та вторичної обмоток розміщені на протилежні сторони каркасу трансформатора. Трансформатори випробовуються на електроповідність ізоляції ефективною напругою 2500 V. В блоках А2, А3 (гальванічна розв'язка інтерфейсу RS-485 та перетворювача напруга - струм) задіяні мікросхеми гальванічної розв'язки ADuM1200AR та ADuM1201AR Analog Devices, ізоляція яких видержує дію ефективної напруги 2500 V. Мікросхеми встановлені на окремих печатних платах залитих ізолюючим клеєм Д-9. Роздільні елементи Т2, А2, А3 захищені від перегрузок плавкими вставками FU1-FU3 (LT-5 0662 0.125A 250V), які зашунтовані стабілітронами VD15 (1N5350) та VD16, VD17, VD19, VD20 (1SMA5919BT3 On Semiconductor). Плавкі вставки FU1-FU3 включені послідовно з резисторами R38, R39, R40 які обмежують максимальний струм до значення, яке відповідає номінальній розривній здібності запобіжника. Реле К1-К4 (JS-12-K фірми Fujitsu) герметичні, витримують напругу пропою ізоляції контактів 2500V. В газоаналізаторі передбачені затискачі заземлення та знаки заземлення, які відповідають вимогам ГОСТ 21130-75. Вибухонепроникна оболонка датчика ДТХ-127-5 складається з ковпачка з завальцьованим з однієї сторони двома фільтрами П160-12Х18Н10Т ГОСТ 3187- 76, з іншої сторони виводи чутливих елементів залиті затвердівшим клеєм Д9 з наповнювачем з кварцового піску ГОСТ 9077-82. 29 Рисунок 2.3 – Схема електрична принципова блоку іскрозахисту 2.5 Вимірювання параметрів, регулювання та налаштування 2.5.1 Перевірка сигналу "ОТКАЗ" Відключити кабель від роз'єму ДТХ на блоці живлення та сигналізації. Сигналізатор повинен видати сигнал "ОТКАЗ" - повинен включитись індикатор "ОТКАЗ". 2.5.2 Налаштування порогів спрацювання Встановити за допомогою потенціометра "НУЛЬ" блоку живлення і сигналізації напругу 1800mV. Обертаючи вісь резистора ПОРОГ 1, домогтись включення індикатору ПОРОГ 1. 30 2.5.3 Перевірка основної абсолютної похибки приладу. Підготувати робоче місце по схемі (рис.9) Після перевірки ввімкнення приладу та перевірки видачі сигналу "ОТСКАЗ", встановити за допомогою змінного НУЛЬ блоку живлення і сигналізації по прибору ИП1 значення напруги (1800±10) mV. Крутячи вісь змінного резистора ПОРОГ1, досягти включення індикатора ПОРОГ 1. Установивши за допомогою НУЛЬ блоку живлення і сигналізації по прибору ИП 1 значення напруги, яке відповідає установці другого порогу. Крутячи вісь змінного резистора ПОРОГ 2, досягти включення індикатора ПОРОГ 2. 2.5.4 Перевірка основної абсолютної похибки спрацювання порогового пристрою. Виконати операції 2.5.1 Плавно підвищити за допомогою змінного резистора НУЛЬ блоку живлення та сигналізації напругу до значення при якому сигналізатора видає сигнал ПОРОГ 1. Зафіксувати отримане значення напруги. Вимкнути прилад. Визначити по номінальній функції перетворення значення, яке відповідає напрузі спрацювання сигналу ПОРОГ 1. Визначити основну абсолютну похибку спрацювання порогового пристрою як різницю між виміряним значенням концентрації і номінальним значенням концентрації: 12,2%НКПР для сигналізатора з датчиком ДТХ - 128-1; 15,1%НКПР для сигналізатора з датчиком ДТХ - 127 - 5. Основна абсолютна похибка спрацювання порогового пристрою не повинна виходити з межі ±1.0%НКПР. 31 Рисунок 2.4 – Схема робочого місця для перевірки сигналізатора з датчиком ДТХ - 128 - 1 32 Рисунок 2.5 – Схема робочого місця для перевірки сигналізатора з датчиком ДТХ - 127 - 5 33 2.5.5 Перевірка основної абсолютної похибки сигналізатора з датчиком ДТХ - 127 - 5 та видачі сигналу "ПОРОГ 1" Скласти схему робочого місця у відповідності (Рис.10). Заповнити камеру 5В5.887.610-02 газовою сумішшю "СН4 - повітря" з балону в наступному порядку: • заглушити вхід камери заглушкою; • продути камеру сумішшю об'ємом не менше 2,5л; • заглушити штуцери камери резиновою трубкою. Зняти заглушку та встановити камеру з сумішшю на датчик ДТХ - 127 - 5. Повинен включитись одиничний індикатор ПОРОГ 1. Зафіксувати встановлене значення напруги по приладу ИП1 на клемах "±Uвих". Зняти камеру з датчика ДТХ - 127 - 5. Визначити по номінальній функції перетворення значення концентрації, яке відповідає зафіксованій напрузі. Визначити основну абсолютну похибку сигналізатора як різницю між визначеним значенням та номінальним значенням концентрації, яке відповідає об'ємній частці метану в повітрі приведеній в паспорті ПГС. Сигналізатор допускається до подальшої роботи, якщо основна абсолютна похибка знаходиться в межах ±5% НКПР. 2.6 Технічне обслуговування сигналізатора В процесі експлуатації сигналізатору необхідно проводити контрольно- профілактичні роботи. Технічне обслуговування приладу повинне проводитись в нормальних умовах: – температура навколишнього середовища (20±5)˚С; – відносна вологість повітря до 80% при 25˚С; – атмосферний риск від 720 до 780 мм.рт.ст; – напруга живлення мережі змінного струму 220±4V, частотою 50±1 Hz. 34 Таблиця 2.1 - Склад та періодичність контрольно-профілактичних робіт Значення Періодичність Склад роботи параметру перевірки 1. Встановлення нуля датчика - ДТХ - 127 -5 (0±40) mV 6 місяців - ДТХ - 128 - 1 (0±40) mV 6 місяців 2. Перевірка видачі сигналізації за Спрацювання допомогою перевірочного сигналізації за 6 місяців електричного сигналу виключенням зовнішньої сигналізації 3. Перевірка сигналу "ОТКАЗ" Спрацювання 6 місяців індикатора ОТКАЗ 4. Налаштування порогів - 12 місяців спрацювання 5.Перевірка основної абсолютної Не більше 6 місяців похибки (датчик ДТХ - 127 - 5) ±5%НКПР 6. Перевірка основної абсолютної Не більше 6 місяців похибки (датчик ДТХ - 128 - 1) ±5%НКПР 7. Перевірка основної абсолютної Не більше 12 місяців похибки спрацювання порогового ±1,0% НКПР пристрою Склад роботи Значення Періодичність параметру перевірки 8. Налаштування сигналізатора з - Після заміни блока датчиком ДТХ - 127 - 5 по чутливих номінальній функції перетворення елементів і при негативному результаті перевірок 9. Настройка сигналізатора з - Після заміни блока датчиком ДТХ - 128 - 1 чутливих елементів і при негативному результаті перевірок 10. Заміна чутливих елементів - 24 місяці Після негативного результаті перевірки 11. Профілактичний огляд блока - Не частіше 1 разу живлення та сигналізації на рік 35 Заміна блоку чутливих елементів в датчику ДТХ - 127 - 5 проводиться наступним чином: 1. Зняти пломбу на датчику; 2. Від'єднати кронштейн; 3. Відкрутити та зняти два гвинти та гайки М3, які з'єднують верхній та нижній корпуси; 4. Підняти верхній корпус; 5. Вилучити блок чутливих елементів з верхнього корпусу; 6. Відпаяти виходи чутливого елементу; 7. Встановити новий блок чутливих елементів. Заміна блоків чутливих елементів в датчику ДТХ - 128 - 1 проводиться аналогічно ДТХ - 127 - 5. При контрольному огляд датчика потрібно перевірити: 1. Цілісність вибухозахисного ковпачка; 2. Наявність кріпильних гвинтів, гайок пломб; 3. Чіткість маркування вибухозахисту; 4. Цілісність штепсельного з'єднання При профілактичному огляді блоку живлення та сигналізації потрібно перевірити: 1. Наявність пломб та елементів кріплення, стан запобіжників та відповідність їх номінальному значенню; 2. Чіткість маркування вибухозахисту; 3. Цілісність затискача заземлення та штепсельних з'єднань, стан заземляючих провідників в місцях їх з'єднання; 4. Стан лако-фарбового покриття; 5. Цілісність елементів індикації та управління, кріплення монтажних джгутів, збереження ізоляційних трубок на місцях пайки та якість їх підклеювання. 36 РОЗДІЛ 3 МАКЕТИ ТА ПІДКЛЮЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ГАЗОАНАЛІЗАТОРА 3.1 ДАТЧИК ДТХ - 127-5 Рисунок 3.1 – Макет датчика ДТХ-127-5 Датчик ДТХ - 127-5 вибухозахищений термохімічний датчик призначений для перетворення величини концентрації горючих газів, парів і їх сумішей в величину сигналу постійної напруги, пропорційне тепловому виділенню, створюваному при окисненні горючих газів. 37 Термохімічний датчик ДТХ - 127-5 встановлюється безпосередньо в вибухонебезпечних приміщеннях, де потрібно контролювати наявність в повітрі до вибухонебезпечних масової концентрації горючих газів, парів та їх сумішей. В основі роботи датчика ДТХ - 127 - 5 лежить термохімічна реакція, в якій при диффундуванні горючого газу, парів та їх сумішей на поверхні вимірювального чутливого елементу виникає тепловий ефект, що викликає збільшення опору чутливого елементу і поява в діагоналі мосту напруги, пропорційної концентрації вибухонебезпечних газів. Таблиця 3.1. - Характеристики датчика ДТХ - 127-5 Характеристики Значення Принцип вимірювання Термохімічний Горючі гази, пари та Вимірюваний компонент їх суміші Конвекційно- Спосіб забору суміші дифузійний Діапазон вимірювання, %НКПР 0-50 Діапазон температури оточуючого середовища,˚С Від -40 до +50 Габаритні розміри блока датчика горючих газів, мм, не більше : -висота 150 - ширина 60 - довжина 83 Маса, кг, не більше 0.4 38 3.2 Датчик ДТХ - 128-1 Рисунок 3.2 – Датчик ДТХ - 128 - 1 Датчик складається з двох пластмасових основ з'єднаних між собою через резинову прокладку гвинтами. На основі встановлені повітряний ежектор, пневмо 39 тумблер , редуктор, ротаметр та датчик, який кріпиться чотирма гвинтами. Передня основа датчика загазованості закривається кришкою. В кришкі є чотири різьбових отвори М6 для кріплення на об'єкті. ДТХ -128-1 працює наступним чином: стисле повітря подається на редуктор за допомогою, якого знижується до певного тиску та подається на повітряний ежектор. За допомогою повітряного ежектора контролюєме середовище подається через датчик. при встановленні пневмо тумблера в положення УСТ.НУЛЯ повітря з редуктора потрапляє через пневмотумблер на блок чутливих елементів, на ротаметр та на вихід. При цьому за рахунок підвищення тиску, контролюєме середовище в газовий тракт не поступає. Датчик ДТХ - 128 - 1 встановлюється на місцях, де при нормальних умовах експлуатації відсутній його обдув повітряними потоками, виключено появу електричного заряду в результаті тертя, електростатичної індукції або зіткнення з зарядженими тілами. 3.3 Монтаж приладу Датчики ДТХ - 127- 5 та ДТХ - 128 - 1 встановлюються безпосередньо в вибухонебезпечних приміщеннях згідно класифікації ПУЕ, де необхідно контролювати наявність в повітрі до вибухонебезпечної концентрації горючих газів, парів та їх сумішей. Датчики ДТХ - 127 - 5 та ДТХ - 128 - 1 повинні встановлюватись в вертикальному положенні (з кутом нахилу не більше 5˚ по всім напрямкам). Датчик ДТХ - 127 - 5 повинен кріпитись на жорсткій панелі двома гвинтами та гайками М6. Кріплення повинно мати засоби від само-відкручування. При експлуатації датчиків ДТХ - 127 - 5 на зовнішніх установках необхідно на корпус датчика встановлювати захисний ковпак. Зі сторони роз'єму повинен бути забезпечений вільний доступ для підключення кабелю. 40 Рисунок 3.3 – Монтаж датчика ДТХ - 127 – 5 Кріплення датчика ДТХ - 128 - 1 здійснюється гвинтами М6. Датчик ДТХ - 128 - 1 кріпиться до кутків або панелей, з задньої сторони повинно буди вільне місце для підключення газових комутацій. В місці встановлення датчика ДТХ - 128 - 1 повинна буди передбачена лінія стислого повітря по ГОСТ 17433 - 80 від 0.25 до 0.60 МРа. Об'ємна витрата стисненого повітря датчиком - 200л/г. Об'ємна витрата контролюємого середовища ДТХ - 128 - 1 при вимірюванні тиск в лінії повинен бути ±10% від першочергового встановленого значення. До штуцера редуктора датчика ДТХ - 128 - 1 під'єднується лінія стислого повітря мідною трубкою діаметром 6 mm х1 mm по ГОСТ 494 - 90 або алюмінієвою по ГОСТ 18475 - 82. Для цього потрібно розвальцювати кінець трубки під кутом 60˚ на довжині 4 mm. Зняти з штуцера редуктора накидну гайку та ніпель, надіти трубку та знову встановити штуцер. 41 До ніпель штуцеру ВХІД під'єднюється мідна трубка діаметром 6 mm х 1 mm на мідно-цинковому припої. Допускається установка трубки полівінілхлоридної ПВХ 8 х 2 ТУ6 - 01 - 1196 - 79 або аналогічної. На штуцері СБРОС встановлюється полівінілхлоридна ПВХ 8 х 2 ТУ6 - 01 - 1196 - 79 або аналогічна. Викид допускається проводити в те ж приміщення, з якого й ведеться забір суміші. Рисунок 3.4 – Монтаж датчика ДТХ - 128 - 1 Блоки У - 20, БПС - 127 - 10 повинні бути встановлені за межами вибухонебезпечної зони у відповідності з їхнім призначенням. 42 В вибухонебезпечних приміщеннях прокладка кабелю від датчика до блоку живлення та сигналізації проводиться у відповідності з Правилами встановлення електроустановок. Максимальна довжина ліній зв'язку між датчиком та блоком живлення та сигналізації визначається опором Rдод =8Ω, індуктивністю Lдод = 0,25 mH та ємністю Cдод = 0,3μF. Для кабелю РПШЕ 4 х 1,5 довжина складає не більше 300м. Дозволяється прокладка неброньованим екранованим кабелем в полівінілхлоридній, резиновій оболонці відкрито, при відсутності механічних та хімічних дій, по стінам та будівним конструкціям на скобах і кабольних конструкціях, в лотках, на тросах. Недотримання цих вимог призводить до порушення налаштування каналів та відміняє свідоцтво про перевірку. Експлуатація сигналізатора з комплектацією каналів, можлива тільки після переналаштування каналів на повіркових газових сумішах, згідно вказівкам 5В1.505.046-19 ТО та проведення повторної перевірки. По закінченню монтажу сигналізатора потрібно підключити елементи заземлення ДТХ та блоку У - 20 до заземлюючого контуру. Опір ланцюгу заземлення повинен бути не більше 4 Ω. Деталі, які були зняті під час монтажу кабелю ДТХ - 127 - 5, ДТХ - 128 -1, встановити на свої місця, закріпити гвинтами та закрутити на різьбі до упору. Опломбувати датчики та роз'єми з іскробезпечними ланцюгами. 43 Рисунок 3.5 – Монтаж блоку БПС - 127 - 10 3.4 Перелік речовин, які може визначити сигналізатор 1. Ацетилен; 2. Бензин Б-70; 3. Бензин А-80; 4. Бензин А-76; 5. Бензин екстрактціонний; 6. Бензин АІ-92; 7. Бензин АІ-93; 8. Бензин АІ-95; 9. Бензин А-95; 10. Бензин АІ-98; 44 11. Бензол; 12. Бутан; 13. Бутиловий ефір пропінової кислоти; 14. Бутилени; 15. Бутиловий спирт; 16. Водень; 17. Гази вуглеводневі зріджені топливні для комунально-побутового споживання та автомобільного транспорту. 18. Газ піролізу керосина; 19. Газ природній паливний стислий; 20. Газ каталітичного крекінгу; 21. Гази вуглеводні зріджені; 22. Попутний нафтовий газ; 23. н - Гексан; 24. н - Гептан; 25. н - Декан; 26. Дизильне паливо; 27. Ізобутан; 28. Ізобутилен; 29. Ізобутиловий спирт; 30. Ізооктан; 31. Ізопентан; 32. Ізопрен; 33. Ізопропиловий спирт; 34. Керосини; 35. Коксовий газ; 36. Ксилол; 37. Метан; 38. Метиламін, метиловий ефір пропінової кислоти; 39. Нафта "Ромашкінська"; 40. Нафта "Мухайнівкська девон"; 45 41. Нафта "Вагайська"; 42. Нафта "Мухайновська"; 43. Нафта "Шаймська" 44. Нафта "Багатівська"; 45. Оксид вуглецю, угарний газу, СО; 46. Пропан; 47. Пропиловий спирт; 48. Розчинник Р-4; 49. Розчинник Р-5; 50. Розчинник 646; 51. Розчинник 647; 52. Розчинник 648; 53. Розчинник 649; 54. Розчинник 650 55. Розчинник 651; 56. Розчинник РМЛ; 57. Розчинник РМЛ - 218; 58. Розчинник РМЛ - 315; 59. Розчинник РС - 1; 60. Розчинник РС - 2; 61. Розчинник РФГ; 62. Розчинник Р - 7; 63. Розчинник Р - 10; 64. РозчинникР - 60; 65. Скипидар; 66. Сольвент каменевугільний; 67. Сольвент нафтовий; 68. Паливо Т - 1; 69. Паливо ТС - 1; 70. Паливо РТ; 71. Трет- бутиловий спирт; 46 72. Триметиламін; 73. Триетиломін; 74. Уайт - спіріт; 75. Оцтовобутиловий ефір; 76. Оцтова кислота; 77. Оцтовометиловий ефір; 78. Фурфурол; 79. Циклогексан; 80. Етан; 81. Етилбензол; 82. Етилен. 47 РОЗДІЛ 4 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ На даний момент технології виробництва й розробки друкованих плат стали не рентабельні . Замість цього виробництва з'явилось безліч фірм, які займаються професійним виготовленням друкованих плат на високотехнологічному обладнанні. Поява в світі таких радіо елементів, які монтують поверхнева привело до нових розробок в сфері збору друкованих плат. Завдяки цьому операції з установки стали високотехнологічними, а операції з лудіння виводів та їх формування зникли з технологічного процесу. Але з'явились і недоліки. Через те, що крок між виводами в основному 0,2 мм, а розміри самих елементі менше 1 мм стало складно або взагалі неможливо виконувати монтаж вручну, без застосування спеціального обладнання. Сам процес монтажу друкованої плати можна умовно розділити на три етапи: – нанесення паяльної пасти; – встановлення компонентів; – пайка вузлів та компонентів. 4.1 Виготовлення друкованої плати Існує три основних принципи виготовлення друкованих плат: • субтрактивний; • адитивний; • комбінований. Субтрактивний метод Субтрактивний метод найбільше освоєний та розповсюджений для простих та дуже складних конструкцій плат. В якості вихідного матеріалу використовується фольгування. Після переносу рисунку печатних провідників в вигляді стійкої до розчинам травлення плівки на фольговану основ, незахищені нею місця хімічно стравлюються. Захисну плівку наносять методами поліграфії: фотолітографією, трафаретного друку. При застосуванні фотолітографії, захисна 48 плівка формується з фотосинтезу матеріалу, переведеного через фотокопію друкованого рисунка - фотошаблон. При трафаретному друку використовують хімічно стійку фарбу - трафаретну. Адитивний метод Адитивний метод передбачає використання не фольгованих діелектричних основ, на яких ти чи іншим методом, вибірково наносять струмопровідний малюнок. Схема процесу виглядає так: • вирубка заготівки; • сверління отворів; • нанесення фотоактивуючого каталізатора на всі поверхні заготівки; • активація каталізатора; • товстошарове хімічне мідніння активованих ділянок друкованої плати; • відмивка плати від залишків технологічних розчинів; • глибока сушка друкованої плати; • нанесення паяльної маски; • нанесення маркування; • обрізка по контуру; • електричне тестування; • сертифікація. Комбінований метод Комбінований метод об'єднує в собі всі прийоми виготовлення друкованих плат,необхідні для виготовлення друкованих плат провідників та металізованих отворів. Тому він й називається комбінований. В залежності від послідовності операцій формування друкованих провідників та металізованих отворів розрізняють комбінований позитивний метод та комбінований позитивний метод. В комбінованому негативному методі витравлюються провідники, а потім металізуються отвори. Метод виник тоді, коли в виробництві ще були відсутні свердлильні станки з програмним управлінням і плати були вимушені свердлити вручну на станку. 49 В позитивному методі травління рисунку відбувається після металізації отворів, а для з'єднання металізованих отворів з катодом використовується ще не витравлена фольга, від самого початку присутня на поверхні заготівки. 4.2 Нанесення паяльної пасти Нанесення паяльної пасти на контактні майданчики виконується дозатором при обробці макетного зразка плати з застосуванням трафарету. Трафарет виготовляється з металевої фольги, яка має товщину від 0.075 до 0.2 мм з отворами прямокутної, трапецієвидної або круглої форми. Також може бути виготовлений з різних матеріалів: нержавіючої сталі, нікелю, бронзи. Щоб забезпечити постійного об'єму нанесеної пасти та її легкий вихід на плату отвори виконують з закругленими кутами. Металічні трафарети мають подовжений строк служби та дозволяють швидко та точно нанести паяльну пасту або клей. Трафарет виготовлений з нержавіючої сталі, має поліровану поверхню та не потребує механічної обробки, не розтягується. Перед нанесенням пасти слід перевірити збігання усіх отворів трафарету з рисунком плати. Паста продавлюється ракелем через отвори. Після нанесення пасти на плату трафарет чиститься віт остатків пасти. В результаті на контактних майданчиках залишається шар пасти, який знаходиться в центрі контактного майданчика. 50 Рисунок 4.1 – Результат нанесення паяльної пасти під пайку мікропроцесора 4.3 Установка компонентів Установка компонентів на плату з нанесеної на неї паяльної пасти виконується вручну або за допомогою засобів автоматизації. При ручному встановленні неминучі помилки в номіналах компонентів. Неможливо забезпечити правильний та однаковий натиск компонентів в платі. Для виключення помилок при збірці модулів застосовують різну ступінь автоматизації. Напівавтомат встановлення компонентів допомагає оператору збирати електронні модулі. Напівавтомат виконує переміщення ємкості з потрібним компонентом, промінем світла вказує точку установки компонента і облегшує зборку іншими засобами, але установка компонента виконується оператором. Продуктивність напівавтоматичних встановлювачів знаходиться в діапазоні 300 ... 1000 компонентів на годину та залежить від досвіду оператора. 51 Рисунок 4.2 – Встановлення компонентів за допомогою напівавтомату Повні автомати використовуються в стабільно працюючому виробництві при випуску великих партій модулів. Ціна повного автомату визначається конфігурацією та функціями. Рисунок 4.3 – Встановлення компонентів за допомогою повного автомату 52 4.4 Пайка радіоелементів Для надійного з'єднання деталі, що розміщено на контактні майданчики потрібно розігріти. Для розігрівання пасти існує багато методів, але самий швидший та надійніший це з використанням спеціальних печей - так звана інфрачервона пайка. Ця пайка виконується в спеціальних печах, які можна розділити на два класи. Кабінетні печі: плата знаходиться в печі не нерухомо. Конвеєрні печі: плата на конвеєрі переміщується через всі зони з різною температурою. Для виконання інфрачервоної пайки використовуються різні печі по конструкції, в основному, конвекційного типу. В таких печах нагрів плати й компонентів відбувається інтенсивним інфрачервоним випромінюванням, одночасно гаряче повітря подається на плату та забезпечує рівномірне її прогрівання. Піч повинна витримувати потрібний режим нагріву плати. Для правильного розплаву пасти недостатньо потрібної температури, Під дією температури проходить в пасті проходить розплав частин припою, флюс розтворює окисдну плівку на з'єднувальних поверхнях. Недоліком печей є вібрація плат під дією інтенсивного руху повітря. Постійне зниження габаритів електронних приладів призводить до скорочення розмірів плат. Чим менша плата тим сильніше вона схильна до переміщенню повітряним потоком. В момент розплавлення пости компоненти плавають на поверхні розплавленого припою і незначної вібрації плати достатньо для зміщення компоненту або випадіння з плати. 53 Рисунок 4.4 – Піч для розплаву паяльної пасти кабінетного типу 4.5 Технологія монтажу друкованої плати Установка друкованих панелей - це процес складання необхідного електронного модуля, який складається з повного з'єднання компонентів і деталей в потрібній послідовності. Це забезпечує можливість взаємодії всіх елементів і їх працездатність. Окремо варто відзначити пайку друкованих плат. Даний процес являє собою поєднання двох або більше компонентів шляхом так званого склеювання легкоплавким матеріалом. Пайка проводиться за допомогою припою і флюсу. Для запобігання можливих коротких замикань і інших проблем, на плату перед пайкою попередньо наноситься захистний шар. Існують також і інші види монтажу друкованих плат:[6] • вивідний; • автоматичний; • поверхневий. Компоненти поверхневого монтажу поставляються виробником у спеціальній тарі, у вигляді стрічок намотаних на котушку. З такими упаковками 54 компоненти можна застосовувати в автоматичних збірних машинах, що значно зменшує трудомісткість встановлення компонентів на друковану плату. Виробництво плат для даного приладу становить 1500 виробів на рік. Технологічний процес виготовлення плати буде включати в себе такі операції: Виконання монтажу: • Встановлення плати в принтер для нанесення паяльної пасти; • Встановлення трафарету; • Нанесення паяльної пасти; • Встановлення компонентів для поверхневого монтажу в лотки; • Встановлення компонентів на друковану плату; • Оплавлення паяльної пасти; • Підготовка елементів зі штировими виводами; • Встановлення елементів зі штировими виводами; • Контроль монтажу • Сушіння плати; • Встановлення плати в корпус; • Тестування роботи приладу; • Калібрування приладу; • Відправка на склад. 55 ВИСНОВКИ На даний момент витік природного газу є найважливішою проблемою в світі, адже в основному всі катастрофи та обвал будинків відбувається через те, що не вчасно було помічено виток вибухонебезпечної речовини. Основною метою даної кваліфікаційної роботи було розробка сигналізатора, за допомогою якого можливо виявити найменший виток та вчасно усунути проблему, що забезпечить охорону життя та здоров'я працюючих, а також безперебійну роботу підприємства в якому використовується даний сигналізатор, а саме: - Проведено порівняльний аналіз існуючих систем сигналізації з їх основними техніко-економічними показниками, це дозволило визначити найбільш перспективні рішення для подальшого прототипування, а також показав що нинішні системи, які запропоновані на ринку є не рентабельні через свою велику вартість, а також велику вартість в ремонті. В основному всі сигналізатори виготовляються за кордоном, що випливає в деякі труднощі з доставкою запасних частин для їх ремонту. - Розроблено образно-знакову модель системи контролю витоку природного газу, за рахунок удосконалення додаткових компонентів, що дозволило розширити можливості пристрою; - Визначені моделі компонентів для забезпечення вибухозахисту електротехнічного пристрою, що дозволило сформувати потреби для подальшого компонування пристрою в рамках задачі. Сигналізатор має два типу датчиків, що дозволяє підібрати датчик під умови його експлуатації. Конструктивні особливості датчика забезпечують його великий термін служби при різних температурних режимах та широким діапазоном надмірної вологості при яких датчик має свої номінальні характеристики вимірювання. - Розроблено сигналізатор, який має достатню точність вимірювання, адже похибка приладу не перевищує 5%. За допомогою використання термохімічного методу вимірювання концентрації витоку природного газу вдалось досягти великої швидкодії приладу. 56 Також даний сигналізатор можна встановлювати в житлових приміщеннях, для контролю витоку газу. За допомогою вбудованого інтерфейсу сигналізатор здатний передавати дані вимірювання по бездротовому зв'язку, що дозволяє в режимі реального часу відстежувати всі зміни в приміщенні де безпосередньо знаходиться вимірювальний прилад. 57 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Онисенко Р. Система сигналізації витоку природного газу. Кваліфікаційна робота бакалавра. ЧДТУ. 2021. – 55 с. 2. Natural Gas Leak Alarm System / R.M. Onysenko, K.S. Rudakov, I.A. Zubko // Збірник тез доповідей студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ : 27–30 квітня 2020 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. Мельник І. В.] ; Мво освіти і науки України, Черкас. держ. технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2020. – C.26–27. 3. Adegboye, M. A., Karnik, A., & Fung, W.-K. (2021). Numerical Study of pipeline leak detection for gas-liquid stratified flow. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 94, 104054. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104054 4. Akinsete, O., & Oshingbesan, A. (2019). Leak detection in natural gas pipelines using intelligent models. Day 2 Tue, August 06, 2019. https://doi.org/10.2118/198738-ms 5. Appah, D., Aimikhe, V., & Okologume, W. (2021). Assessment of gas leak detection techniques in Natural Gas Infrastructure: A Review. Day 3 Wed, August 04, 2021. https://doi.org/10.2118/208236-ms 6. California natural-gas leak finally plugged. (2016). Physics Today. https://doi.org/10.1063/pt.5.029572 7. Detection limits of optical gas imaging for natural gas leak detection in realistic controlled conditions. (n.d.). https://doi.org/10.1021/acs.est.0c01285.s003 8. Guillen, G. (2019). Gas leak alarm. Sensor Projects with Raspberry Pi, 63–78. https://doi.org/10.1007/978-1-4842-5299-4_3 9. Jerry Myers. (2005). Airborne, optical remote Sensng of methane and ethane for natural gas pipeline leak detection. https://doi.org/10.2172/841423 10. Liu, C., Wang, Y., Li, Y., & Xu, M. (2018). Experimental study on new leak location methods for natural gas pipelines based on dynamic pressure waves. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 54, 83–91. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.03.023 58 11. Muggleton, J. M., Hunt, R., Rustighi, E., Lees, G., & Pearce, A. (2020). Gas pipeline leak noise measurements using optical fibre distributed acoustic sensing. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 78, 103293. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2020.103293 12. Mulcahy, G., Brooks, D., & Ehrhart, B. (2021). Using bayesian methodology to estimate liquefied natural gas leak frequencies. https://doi.org/10.2172/1782412 13. Natural gas emissions from underground pipelines and implications for leak detection. (n.d.). https://doi.org/10.1021/acs.estlett.9b00291.s001 14. Ni, J., Li, Z., Xie, S., & Jia, C. (2018). Toxic gas leak monitoring alarm system based on Wireless Sensor Network. 2018 37th Chinese Control Conference (CCC). https://doi.org/10.23919/chicc.2018.8483568 15. Rajapaksha, R. D., & Harb, C. (2020). The next generation gas tracking device for rapid natural gas leak detection in pipelines. Optical Sensors and Sensing Congress. https://doi.org/10.1364/lacsea.2020.lth3f.3 16. Xu, M., Deng, J., Jiang, H., & Wang, Y. (2021). Research on safety cut-off technology of gas leakage based on Gas Leak Alarm. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 859(1), 012089. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/859/1/012089 17. Zhang, Y., Mu, H., Feng, C., & Wang, M. (2022). SF₆ Leak Alarm Monitoring Technology for Lora-based gas insulated switchgear. 2022 IEEE 5th International Electrical and Energy Conference (CIEEC). https://doi.org/10.1109/cieec54735.2022.9845970 18. Проспект на газоанализатор ENOA-C201, (Horiba), Япония. 19. Проспект на тестер отходящих газов SGA9111, (Sun), США. 20. Газоанализатор PGA1000, Astech Ins. США - Intech, 1989, т.36, № 6. 21. Проспект на газоанализатор PSA402, (Servomex LTD), Англия. 22. Проспект на газоанализатор UNOR-6N, (Maichak), Германия. 23. Патент США № 4549080, МКИ G01j1/00 // Газовый анализатор с двумя каналами. L.L.Baskins, J.M. Keene, J.G. Montfort. Опубл. 17.06.83. 59 24. Максименко Ю.Н. и др. Оптический газоанализатор для одновременного измерения nкомпонентов смеси // Основные направления повышения технического уровня газоаналитических приборов. - Сб. научных трудов ВНИИАП.- К -1988.- С.94-104. 25. Kirichek R., Koucheryavy A. Internet of Things Laboratory Test Bed // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2016. pp. 485–494. 26. Поверхневий монтаж [Електроний ресурс]. – Режим доступу: https://studfile.net/preview/4167112/page:5/ 27. Фізико-хімічні методи аналізу [Електроний ресурс]. – Режим доступу: https://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/372/fiziko- ximichni-metodi-analizu 28. Газосигналізатор [Електроний ресурс]. – Режим доступу : https://masteram.com.ua/uk/articles-and-video/gas-detectors/ 29. Сигналізатор горючих газів Щит - 2 //Технічний опис та інструкція з експлуатації