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        面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

        2019-09-16 02:31:40劉繼慶
        世界有色金屬 2019年14期
        關(guān)鍵詞:硫化氫熱處理電極

        劉繼慶

        (中機(jī)眉山再生能源有限公司,四川 眉山 620000)

        常規(guī)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)在熱處理現(xiàn)場生產(chǎn)過程可以通過監(jiān)測硫化氫濃度進(jìn)行系統(tǒng)的警報提示,但在惡劣氣候和惡劣環(huán)境場合中,常規(guī)的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)存在硫化氫濃度監(jiān)測精準(zhǔn)度低的不足[1],為此提出面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

        進(jìn)行相關(guān)信號采集、信號調(diào)理和信號顯示以及警報,完成硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計;搭建硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的主程序流程,實現(xiàn)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計。為保證設(shè)計的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的有效性,模擬生產(chǎn)作業(yè)過程中硫化氫監(jiān)測實驗環(huán)境,利用兩種不同的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng),進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)中的硫化氫濃度監(jiān)測仿真實驗,得出提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)對于硫化氫濃度具有加強(qiáng)的感應(yīng)能力。

        1 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

        在熱處理生產(chǎn)作業(yè)過程中極易產(chǎn)生這一高危險氣體。在日常生活中,硫化氫濃度較低時,會造成鼻腔和眼睛的不舒服,而濃度比較高時會引起人全身的不適甚至危及生命,因此對于硫化氫的監(jiān)測變得極為重要,而在硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計方面,主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊等組成[2],硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        1.1 傳感器模塊

        傳感器模塊即對相應(yīng)的信息進(jìn)行采集處理,應(yīng)用電化學(xué)原理,通過傳感器測量實驗環(huán)境中空氣的硫化氫濃度,這一過程極大的利用電解池的工作原理通過硫化氫的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號,進(jìn)而實現(xiàn)對信息的采集處理。在傳感器模塊中,工作電極、對電極以及參考電極是這一模塊中最為重要的三個電極,其中暴露于空氣一端的工作電極通常與環(huán)境中硫化氫氣體進(jìn)行接觸,電極一端發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生電流,外電路進(jìn)行計算的到電流信息值,工作一端的電極和對電極之間相互作用產(chǎn)生的電流隨電解質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo),使工作電極電位發(fā)生變化,極大地減弱了傳感器的工作性能,在此基礎(chǔ)上,參考電極的介入,很大程度改善了傳感器的敏感度和線性度,進(jìn)一步增大了硫化氫濃度的測量范圍[3]。

        圖1 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

        1.2 處理器模塊

        從傳感器得到的電流信號一般較為微弱,有時難以接收到,因此加入處理器模塊,對傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理,使信號波感放大,同時進(jìn)行電流電壓的信息轉(zhuǎn)化,這一過程很大程度幫助接收信號,是參考電極上零電流,保證恒定的電壓電位,將接收的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號并在此基礎(chǔ)上放大。

        1.3 無線通信模塊

        無線通信模塊即是對硫化氫氧化還原反應(yīng)傳輸出電子信號進(jìn)行顯示與相應(yīng)濃度所發(fā)出的警報,此過程在相應(yīng)的LED屏上顯示硫化氫的電流信息,同時借助鳴峰器進(jìn)行硫化氫濃度超標(biāo)的聲音警報,其中鳴峰器在工作時的電流較強(qiáng),所以在鳴峰器前加入了三極管進(jìn)行保護(hù),以免發(fā)生短路影響對硫化氫濃度的監(jiān)測[4]。

        2 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

        硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計部分也是采用模塊化設(shè)計所得,其分為主程序、硫化氫濃度數(shù)據(jù)采集程序、相應(yīng)濃度大小判斷以及報警裝置子程序所組成[5],其硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖2所示:

        圖2 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件流程圖

        基于監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計,實現(xiàn)了本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

        3 實驗驗證

        為保證本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計有效性,進(jìn)行仿真實驗。

        驗證提出其監(jiān)測準(zhǔn)確性。由于現(xiàn)場實驗存在較大的不確定性,難以控制單一變量,為此本文采用仿真實驗的方式,進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性的驗證。仿真實驗軟件采用ansys,版本號18.0,模擬常見的金屬熱處理工藝。其中ansys設(shè)置的實驗變量參數(shù),如表1所示。

        表1 實驗設(shè)置變量參數(shù)

        根據(jù)實驗變量參數(shù)的設(shè)定,進(jìn)行硫化氫監(jiān)測準(zhǔn)確性仿真實驗,實驗過程中,控制熱處理溫度單一變量,進(jìn)行材料的熱處理操作。利用兩種硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)。

        對其熱處理過程所產(chǎn)生的硫化氫,進(jìn)行監(jiān)測。并與實際的硫化氫數(shù)值進(jìn)行對比,求出兩種監(jiān)測方法,在不同熱處理溫度下的,硫化監(jiān)測準(zhǔn)確度。形成硫化氫檢監(jiān)測對比結(jié)果曲線,圖3所示。

        圖3 硫化氫檢監(jiān)測對比結(jié)果曲線

        根據(jù)實驗對比結(jié)果曲線可以得出,本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,叫我傳統(tǒng)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng),具有更高的監(jiān)測準(zhǔn)確性。不受溫度變化影響,適合常規(guī)的退火,正火,淬火,回火,固溶,失效熱處理硫化氫監(jiān)測。

        經(jīng)統(tǒng)計計算得出本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測準(zhǔn)確性為94.2%,傳統(tǒng)的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測準(zhǔn)確性為76.0%,從而得出,提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)較傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測準(zhǔn)確性提高18.2%,適合于面向金屬熱處理的硫化氫監(jiān)測。

        4 總結(jié)

        本文提出了面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,基于監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計,完成了提出的系統(tǒng)設(shè)計,實驗數(shù)據(jù)表明,提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性,希望本文的研究能夠為面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測提供技術(shù)支持。

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