主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 四川大学     

基本信息

项目名称:
沼气实时监测预防报警装置
小类:
信息技术
简介:
本仪器利用MQ-4、MG-811化学传感器,对气体进行实时测量。气体与传感器发生化学反应,化学反应产生的电压信号经过模拟电路采集、放大、滤波等处理得到稳定的电压信号,再通过A/D转换将电压信号转换成为数字信号。数字信号通过I/O接口与单片机相连,用C语言编写程序控制单片机,使单片机将数字信号读入并处理,最后在屏幕上输出。
详细介绍:
本仪器由气体传感器对沼气池中的气体进行实时监控,传感器将气体浓度的变化转化为电信号输出,输出电信号通过模拟电路滤波、放大、处理后得到一定的电压信号。再将电压信号出入到TLC1543,通过与基准电压的比较,TLC1543对输入电压信号进行A/D转换,得到精度为1/1024的数字量。得到的数字量通过I/O口与单片机相连。本项目还考虑到温度对传感器输出信号的影响,所以另外采用DS18B20对传感器工作温度进行测量。单片机对数字量、环境温度等因素通过一定的比较、计算、数字滤波等处理得到沼气主要成分的比例,以及计算当前浓度是否处于安全值。单片机把最后由单片机控制显示器HJ12864M-1将得到的主要气体浓度、温度、是否安全等显示出来。

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1.作品设计、发明的目的和基本思路: 随着现代社会日新月异的发展,人们对能源的需求越来越大,以往的一次性能源已经不适合当今社会的发展需要了。于是在现代社会,沼气新能源的开发利用就成为了一大热点。由于沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳,甲烷和二氧化碳浓度过高,可能造成爆炸、人员窒息等,严重威胁人们的生命财产安全。由于甲烷和二氧化碳属于无色无味气体,人无法通过眼睛、鼻子以及其他感觉器官感知存在以及其浓度是否安全。 为了使广大的人民群众在使用沼气时能够更安全,更方便,更放心,所以我们设计了这个沼气实时监测预防报警装置。 2.作品创新点: 本项目使用了气体传感器MQ-4和MG-811分别对甲烷和二氧化碳进行实时监控,该传感器都是将气体浓度的变化,转化为电信号(非电量转化为电量),再通过滤波放大处理,最后得到的模拟信号通过A/D转换后,变为数字信号,最后将数字信号传送到单片机处理,并通过屏幕显示出来。我们所使用的这两款传感器价格低廉,性能强大,其性价比的优势大大超越了以往同类作品所使用的其他传感器。目前在国内的各种产品中还未见使用该款传感器制成的沼气测量仪。 3.作品技术关键 本项目的技术关键在于,如何把MQ-4和MG811传感器所感知到的气体浓度的变化,真实可靠的传递给单片机,在通过单片机的处理显示出来。 4.主要技术指标 本项目的主要技术指标在于传感器在气体浓度和电信号之间的转换的精度和单片机在处理数据时算法的优越性。

科学性、先进性

目前所制作的各类沼气测量仪,大多采用红外传感器,由于红外传感器造价太高,使得现在的沼气测量仪大多价格昂贵。而我们这款沼气测量仪,创新的使用了MQ-4传感器,目前市面上还没有使用此款传感器制成的沼气测量仪。 该款传感器造价低廉,性能出色,只需5V的电压加热,就能够随着甲烷浓度的改变,使表面敏感电阻发生10KΩ-60KΩ的变化,在通过外围电路输出特定的电压值。响应时间短,只需1s左右,与其他响应时间在30s左右的传感器相比,实时性更加卓越。

获奖情况及鉴定结果

第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛 重庆文理学院特等奖

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

无偿转让

作品可展示的形式

实物产品、现场演示、图片、样品

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

我们所制作的该款沼气浓度测量器使用方便简单,只需要接通电源,将传感器放在想要测试的地方,就可以通过液晶屏显示出数据。该作品所使用的传感器价格低廉,且性能良好,能够测量出微小的变化量.该作品适合应用于保证农村沼气池建设与使用的安全.由于制作该作品所需要的各种元器件,价格低廉又易于采购,且生产工艺不复杂,所以该产品能够进行大规模批量化生产,能够使我国农村所建设的大量沼气池都能够使用上该产品。鉴于该产品的种种特性,我们相信该产品在农村沼气池的保护这一块拥有良好的市场前景。在经过后期的改进与包装后投入市场后,经济效益定当不错。

同类课题研究水平概述

甲烷(CH4)是天然气、沼气和多种液体燃料的主要成份,在工业领域和日常生活中广泛应用,是典型的易燃易爆气体,在大气中爆炸的下限为5.3%。国家规定的CH4传感器的断电浓度更是低到0.5%-1.5%。及时检测CH4的产生源、泄露源及浓度,对工矿安全运行、人参安全及环境保护有着十分重要的作用。2002年至2005年8月,全国煤矿发生特大事故29起,死亡1743人,其中,瓦斯爆炸事故24起,死亡1579人,占事故数和死亡人数的83%和91%,事故的频发引起了国务院以及国家相关各部委的关注。因此,研究低成本,高灵敏度和良好选择性的甲烷传感器及相应的敏感材料具有重大的意义和广阔前景。 目前,对CH4的检测方法主要有载体催化法、半导体气敏传感器法、吸收型光钎传感器法、电化学法以及红外光谱法。载体催化元件是矿井中检测CH4的主要元件,但存在一些缺陷。因此,当前国内外研究热点主要集中在半导体气敏传感器上。与其他检测手段相比,以二氧化锡为主要基材的半导体气敏传感器具有灵敏度高、探测范围广、与气体反应快、制备成本低等优点,是今后矿井中用于检测CH4气体的主要产品之一。福州大学气敏传感器研究所黄兆星等人在20世纪90年代初研制的SnO2半导体气敏传感器的稳定性很高,在高浓度气体冲击下仍能进行二级甚至三级报警。当然,无论是载体催化元件还是半导体气敏传感器元件,研究的关键均是对直接和气体接触的敏感材料进行开发和改进。
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