Дипломная (вкр): Проектирование подсистемы контроля влажности

Проектирование подсистемы контроля влажности

Содержание

Список используемых сокращений

Введение

. Разработка развернутого технического задания

. Теоретический обзор существующих методов измерения влажности

.1 Психрометрический метод

.2 Метод точки росы

.3 Сорбционный метод

.4 Другие методы

. Сравнительный обзор существующих подсистем контроля влажности, выбор датчика влажности

. Описание подсистемы контроля влажности

.1 Описание датчика влажности QFM3160

.2 Описание контроллера SYNCO 700

. Конструкторская часть

.1 Разработка структурной схемы

.2 Разработка функциональной схемы

.3 Разработка принципиальной схемы

.4 Анализ и выбор элементной базы

.5 Разработка конструкции системы

Заключение

Список использованных источников

Список используемых сокращений

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

К - контроллер

Введение

Влажность воздуха является одним из основных технологических параметров в установках кондиционирования воздуха, вентиляционных, сушильных и холодильных. В жилых и производственных помещениях и в общественных зданиях влажность воздуха - один из факторов, определяющих самочувствие человека и условия комфорта для него. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы. При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.

Регулирование влажности воздуха (наряду с другими его параметрами) необходимо во всех установках для создания искусственного климата, начиная с лабораторных камер-гигростатов вплоть до современных фитотронов, а также в книгохранилищах, музеях - для создания оптимальных условий хранения книг и экспонатов.

Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности.

Области, где актуальны задачи контроля и регулирования влажности воздуха:

-       в складских и производственных помещениях, связанных с гигроскопическим сырьем, полуфабрикатами и готовыми изделиями;

-       в жилых и общественных помещениях;

-       в лечебных учреждениях и в фармакологии и фармацевтике;

-       в электронной промышленности, в некоторых машино- и приборостроительных отраслях;

-       в химической промышленности;

-       в микробиологической промышленности;

-       в строительной промышленности;

-       в сельском хозяйстве при выращивании растений в закрытом грунте;

-       в животноводстве и птицеводстве;

-       в зернохранилищах и помещениях для хранения и дозревания овощей и фруктов;

-       в метеорологии;

-       в музеях и архивных хранилищах;

-       в горнодобывающей промышленности;

-       в нефтеперерабатывающей промышленности т.д.

Сегодня промышленность выпускает различные виды измерителей влажности: оптические, емкостные, термисторные, электронные, вибрационные и резистивные датчики влажности.

Задача бакалаврской работы заключается в рассмотрении существующих систем контроля/регулирования влажности, определение параметров компонентов таких систем и построение подсистемы контроля влажности автономного помещения на примере фармацевтического склада.

1.      
Разработка развернутого технического задания

При выполнении данного раздела выпускной работы было разработано развернутое техническое задание на проектирование подсистемы контроля влажности.

. Наименование и область применения

.1 Подсистема контроля влажности автономного помещения

.2 Подсистема предназначена для измерения уровня влажности в фармацевтическом складе

. Основание для разработки - учебный план

. Технические требования

Виды измеряемых величин

.1.1 Температура °С

.1.2 Влажность %

Пределы измеряемых величин

.2.1 Температура от -30 до +45 °С

.2.2 Влажность от 0 до 100 %

Интерфейс подключения - KNX

Эксплуатационные условия

Температура от -10 до 30 °С

Влажность от 0 до 75 %

Метрологические требования

Подсистема должна иметь допустимые пределы относительной

погрешности:

Температура ± 0,5 °С

Влажность ± 2 %

. Требования к документации

.1 Пояснительная записка

.2 Структурная схема

.3 Блок-схема алгоритма функционирования системы

Техническое задание в развернутом виде разработано для качественного определения выполняемой задачи, включает в себя:

-       наименование темы;

-       целевая задача;

-       исходные данные;

-       перечень материалов и выпускаемых документов.

Техническое задание настоящей ВКР:

Основанием для разработки является задание на выпускную квалификационную работу.

Общие сведения о разработке.

Область применения: контроль уровня влажности воздуха и температуры в автономных помещениях.

Назначение.

Назначение подсистемы заключается в измерении значений влажности и температуры в автономном помещении.

Группа изделия − Н7- портативная радиоэлектронная система, работающая в неотапливаемых сооружениях, устанавливается согласно ГОСТ 16019-2001.

Состав прибора:

-       датчик влажности и температуры;

-       контроллер;

-       устройство визуального отображения информации (индикатор или индикационная панель);

-       пользовательский интерфейс.

Требования к конструкции.

Конструктивное исполнение - моноблок.

Технические характеристики применяемой элементной базы должны удовлетворять показателям назначения и эксплуатационным условиям прибора.

Подсистема должна иметь:

-       возможность подключения к источнику постоянного тока 24 В;

-       цифровые светодиодные индикаторы;

-       органы управления устройством;

По массо-габаритным характеристикам прибор должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к портативной электронной аппаратуре.

Габаритные размеры и масса должны обеспечивать удобную переноску изделия.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры обеспечивают устойчивость на месте эксплуатации.

Конструкция прибора не должна обеспечивать легкий доступ к узлам и деталям.

Вид и цвет покрытий, а также фактура наружных поверхностей зарядного устройства должны гармонировать с иными используемыми на рабочих местах приборами.

Покрытия должны обеспечивать работу в заданных условиях эксплуатации.

Должна обеспечиваться возможность установки прибора на любых рабочих поверхностях.

В части касающейся требований к электрической прочности и к электрическому сопротивлению изоляции изделие должно соответствовать требованиям ГОСТ 14254-96.

Показатели назначения.

Питание - 24 В.

Форма входного напряжения - постоянное напряжение.

Требования к надежности изделия: наработка на отказ - 150000 ч.

Прибор должен соответствовать требованиям ГОСТ 22782.0 в части касающейся пожарной безопасности и электробезопасности при эксплуатации и обслуживании.

Техника безопасности при эксплуатации прибора определяется требованиями ГОСТ 12.2.006.

Условия эксплуатации.

Климатические условия эксплуатации:

-      температура окружающего воздуха - от 233 до 343 К (-40 °С до 70 °С);

-       относительная влажность воздуха - до 100 % при температуре
313 К (40 °С).

В части механических воздействий устройство АЦС должно удовлетворять изделиям 7-й группы согласно требованиям ГОСТ 16019.

Изделие должно транспортироваться в заводской упаковке. Допускается транспортировка всеми видами транспорта.

Требования к маркировке и упаковке.

Требования к маркировке.

Передняя панель изделия должна содержать: наименование, условные обозначения и иные маркировки, требуемые для комфортной эксплуатации прибора.

Задняя панель изделия должна содержать номер по порядку выпуска и дату изготовления данного прибора.

Требования к упаковке.

Для каждого изделия предусматривается индивидуальная тара, упаковка, которая обеспечивает требуемую защиту от повреждений при транспортировке всеми видами транспорта.

Требования к разработке.

График выполнения работ и перечень разрабатываемой документации приведены в задании на выпускную квалификационную работу.

Требования, касающиеся технического обслуживанию и ремонта изделия.

К техническому обслуживанию и ремонту специальные требования не предъявлены.

2.      
Теоретический обзор существующих методов измерения влажности

В данном разделе выпускной работы проводится обзор методов измерения влажности воздуха, основанных на преобразовании измеряемой величины влажности в другую физическую величину с использованием современных средств измерительной техники.

Все методы измерения влажности газов можно разделить на прямые и косвенные. Прямые основаны на непосредственном разделении влаги и сухого воздуха с последующим определением количества влаги. В эту категорию входят методы полного поглощения (гравиметрический и химические), конденсационно-сгустительный, с вымораживанием влаги и т. п. [1]

В косвенных измеряется та или иная физическая величина, функционально связанная с влагосодержанием воздуха. Классификация физических методов, рассматриваемых приведена в виде схемы на рисунке 1. [1]

Рис. 1.1 Схема классификации физических методов измерения влажности воздуха

влажность контроль датчик

К температурным методам, в которых влажность воздуха преобразуется в температуру, отнесены методы: психрометрический, точки росы и основанный на применении электролитических подогревных датчиков. Большую группу методов, основанных на явлениях сорбции водяного пара твердыми и жидкими телами, можно разделить по характеру величины, в которую преобразуется влажность, на две подгруппы. В первую подгруппу методов, где выходная величина первичного преобразователя является неэлектрической, входят деформационный, цветовой и сорбционно-термический, причем последний метод измерения можно отнести и к температурным. Методы, основанные на использовании электрических гигрометрических датчиков (адсорбционных и абсорбционных, электролитических, кулонометрических), образуют вторую подгруппу сорбционных методов, особенностью которой является электрическая естественная выходная величина первичного преобразователя.[1]

Следующая группа основана на измерении различных физических свойств воздуха - неэлектрических (теплопроводности, акустических характеристик и т.п.) или электрических. Условно выделены в самостоятельную группу («спектроскопическую») те методы, в которых используются количественные оценки физических свойств влажного газа в различных участках спектра электромагнитных колебаний - инфракрасном, ультрафиолетовом или сверхвысоких радиочастот, сюда также включены и радиометрические методы. [1]

Некоторыми особенностями отличаются измерения очень малых и микроконцентраций влаги в воздухе - в диапазоне от  до  г/м3, представляющие собой количественное определение следов влаги. Указанную задачу решают с помощью лабораторных аналитических методов, например, титрованием реактивом Фишера. Применялись также современные аналитические методы; примером может служить сочетание хроматографического метода с гидридкальциевым. [2]

Для контроля и управления производственными процессами в рассматриваемом диапазоне влагосодержаний были разработаны и нашли применение гигрометры следующих типов: точки росы, с электрическими сорбционными датчиками (в частности, алюмиииевооксидными и пьезокварцевыми), сорбционно-термические и кулонометрические. При этом возникают определенные затруднения; общий характер имеют, например, погрешности, обусловленные диффузионным проникновением атмосферной влаги в исследуемый воздух через стенки воздухоподводящих коммуникаций, уплотнения и другие детали аппаратуры. [2]

Стоит отметить, что в настоящее время нет универсального метода измерения влажности воздуха, удовлетворяющего всем разнообразным требованиям, предъявляемым к этим измерениям. Известны и нашли применение многочисленные (несколько десятков) методы, основанные на различных принципах. Наибольшее практическое значение имеют следующие из них.

2.1     Психрометрический метод

Психрометрический метод измерения влажности основан на измерении температур двумя термометрами - «сухим» (обыкновенным) и «мокрым», имеющим чувствительный элемент, смоченный водой, и находящимся в термодинамическом равновесии с окружающей воздушной средой. Интенсивность испарения с поверхности чувствительного элемента мокрого термометра зависит от количественного значение влажности воздуха - чем ниже влажность, тем интенсивнее происходит испарение. Таким образом, разность показаний сухого и мокрого термометров зависит от значения влажности воздуха. [3]

Существует два вида психрометра - психрометр Августа и психрометр Ассмана. Психрометр Августа основан на измерении психрометрической разности температур между «сухим» и «мокрым» термометрами. Мокрый термометр смачивается через специальный фитиль водой. Испарение, а, следовательно, и охлаждение с поверхности мокрого термометра тем больше, чем ниже влажность газа. Поэтому разность температур сухого и мокрого термометров зависит от влажности газа. По температуре t воздуха и психрометрической разности (t - tм) можно определить относительную влажность φ и остальные параметры воздуха. Для более простого определения φ составляют психрометрическую таблицу, которая прилагается к психрометру.[3]

Недостатком психрометра Августа является его сравнительно малая точность из-за существенного влияния радиационных притоков (от окружающей среды и предметов) к незащищенному прибору при недостаточной скорости воздуха около баллончика (движение создается только свободной конвекцией). Поэтому показания мокрого термометра t`м будут несколько завышены в сравнении с истинной температурой tм. При нулевой скорости воздуха ошибка в определении (t - tм) достигает 14 %, а при скорости воздуха 0,8 м/с она уменьшается до 2 %. [3]

Для повышения точности показаний мокрого термометра прибегают к искусственному увеличению скорости воздуха около баллончиков психрометра и защите его от внешних теплопритоков (тепловых излучений). При скоростях воздуха около баллончиков 1,5…2 м/с ошибка в определении (t - tм) составляет менее 1 %. [3]

Удобным и достаточно точным прибором для определения влажности воздуха служит аспирационный психрометр Ассмана. Оба термометра заключены в металлические трубки, через которые специальным вентилятором с пружинным (заводным) или электрическим двигателем, смонтированным в верхней части прибора, пропускается исследуемый воздух со скоростью 2,5…3,0 м/с. Поверхность трубок для защиты термометров от теплового облучения полирована и никелирована. В остальном аспирационный психрометр устроен так же, как и психрометр Августа. [3]