Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 16(186)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Моделирование

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8, скачать журнал часть 9, скачать журнал часть 10

Библиографическое описание:
Кичатов Р.В., Кривенко Ф.Э., Шебалков Д.И. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА БЫТОВОГО И ПРИРОДНОГО ГАЗА MQ-5 // Студенческий: электрон. научн. журн. 2022. № 16(186). URL: https://sibac.info/journal/student/186/250426 (дата обращения: 29.03.2024).

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА БЫТОВОГО И ПРИРОДНОГО ГАЗА MQ-5

Кичатов Роман Валерьевич

студент, кафедра информационных процессов и управления, Тамбовский государственный технический университет,

РФ, г. Тамбов

Кривенко Филипп Эдуардович

студент, кафедра информационных процессов и управления, Тамбовский государственный технический университет,

РФ, г. Тамбов

Шебалков Дмитрий Игоревич

студент, кафедра информационных процессов и управления, Тамбовский государственный технический университет,

РФ, г. Тамбов

Дьяков Игорь Алексеевич

научный руководитель,

канд. тех. наук, доц., Тамбовский государственный технический университет,

РФ, г. Тамбов

ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE MQ-5 DOMESTIC AND NATURAL GAS SENSOR

 

Philip Krivenko

student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

Dmitry Shebalkov

student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

Roman Kichatov

student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

Igor Dyakov

scientific supervisor, candidate of technical sciences, associate professor, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

 

АННОТАЦИЯ

Проведен анализ технических характеристик датчика бытового и природного MQ-5. Выполнены аппроксимация и математическое моделирование технических характеристик датчика MQ-5.

ABSTRACT

The technical characteristics of the MQ-5 domestic and natural sensor are analyzed. Approximation and mathematical modeling of the technical characteristics of the MQ-5 sensor are performed.

 

Ключевые слова: MQ-5, CH4, аппроксимация.

Keywords: MQ-5, CH4, approximation.

 

Датчик MQ-5 относиться к полупроводниковым приборам. Принцип работы датчика основан на изменении сопротивления тонкопленочного слоя диоксида олова SnO2 при контакте с молекулами определяемого газа. Чувствительный элемент датчика состоит из керамической трубки с покрытием Al2O3 и нанесенного на неё чувствительного слоя диоксида олова. Внутри трубки проходит нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на определяемый газ. Чувствительность к разным газам достигается варьированием состава примесей в чувствительном слое.

Сенсор состоит из керамической микротрубки (Al2O3), чувствительной поверхности из диоксида олова (SnO2), измерительного электрода и нагревателя, зафиксированных на защитной поверхности, сделанной из пластика и сетки из нержавеющей стали. Нагреватель предоставляет необходимые для работы состояние чувствительной поверхности. Датчик имеет шесть каналов, четыре из которых используются для получения сигналов, и остальные два используются для предоставления тока нагревания.

График зависимости отношения сопротивлений от концентрации CH4 приведен на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Графики чувствительности для различных газов

 

Значение сопротивления датчика MQ-5 различается для различных газов и их концентраций. Поэтому регулировка чувствительности очень важна при использовании данного датчика. Рекомендуется калибровать детектор для ста промилле CH4, или пятидесяти промилле алкоголя в воздухе и использовать значение сопротивления нагрузки равным 20 кОм.

Погрешность и пороговое значение для датчика должны быть определены после учета влияния температуры влажности воздуха.

Рисунок 2. График зависимости точности показателей от влажности и температуры

 

Согласно графику, представленному на рисунок 1, аппроксимируем график зависимости концентрации от отношения сопротивлений. Обе оси этого графика являются логарифмическими. Также, для упрощения вычислений, следует перевернуть оси, чтобы концентрация отображалась на оси у, рисунок 3.

Рисунок 3. График логарифмической функции

 

Далее следует рассмотреть степенные функции с различными показателями и разместить их на логарифмических осях, рисунок 4.

Рисунок 4. Графики степенных функций

 

Степенная функция с отрицательным показателем на рисунке 4 схожа с искомой, рисунок 1.

Для проверки данного утверждения следует отобразить график функции, формула 1 на плоскости с логарифмическими осями, добавив коэффициент при х, равный 10.

(1)

 

Рисунок 5. График функции, формула 1, отображенный на координатной плоскости с логарифмическими осями

 

Согласно проведенному исследованию, мы ищем функцию, общий вид которой представлен формулой 2, при этом .

(2)

Далее следует найти коэффициент a и показатель b, используя данные, предоставленные в технической спецификации.

Для получения констант применяется метод нелинейной регрессии, а точнее, степенной регрессии.

Прежде всего, следует получить данные с графика, рисунок 1. Для этого будет использовано приложение «Web Plot Digitizer». Далее, при помощи «MATLAB» находятся константы a и b.

На рисунке 6 отображена функция зависимости отношения сопротивлений от концентрации, изображенная согласно рисунку 1. и искомая перевернутая функция.

 

Рисунок 6. Функция зависимости отношения сопротивлений от концентрации, перевернутый график искомой функции

 

Далее следует отобразить обе функции на плоскости с линейными координатами, рисунок 7

 

Рисунок 7. График функции зависимости отношения сопротивлений от концентрации, график функции зависимости концентрации от отношения сопротивлений

 

Далее следует вычислить значение Rо. Для этого требуется решить уравнение с Ro в качестве неизвестного, формулы 3, 4.

(3)

(4)

Для решения данного уравнения следует выставить сопротивление сенсора на известный объем промилле природного газа.

Далее требуется подставить константы a и b, и сопротивление, полученное в технической спецификации, для данной концентрации газа, формула 5.

(5)

После получения значения Ro следует установить минимальное и максимальное значения отношения сопротивлений для корректной работы функции, формулы 6, 7, 8, 9.

(6)

Нам известно, что

(7)

Следовательно

(8)

(9)

Используя график чувствительности, рисунок 1, следует указать минимальное и максимальное значения отношения сопротивлений и промилле. Максимальное значение отношения сопротивлений соответствует минимальной концентрации СH4.

 

Список литературы:

  1. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. — М.: Мир, 1989. — 196 с., ил.
  2. Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник — Москва: "Техносфера", 2005. — 592 с.
  3. Датчик горючих газов MQ5: [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://wiki.amperka.ru/продукты:mq5 (дата обращения 29.04.2022)
  4. Юнхун Т. Исследование стратегий восстановления данных во встроенных базах данных главной памяти реального времени / Т. Юнхун, Дз. Цзяндон // EURASIP Journal on Embedded Systems. — 2016. [электронный ресурс] — Режим доступа — https://jes-eurasipjournals.springeropen.com/articles/10.1186/s13639-016-0030-1 (дата обращения 29.04.2022)

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.