هر کسی که سنسورهای گاز را مشخص کرده باشد، گردش کار کلاسیک را می‌شناسد: یک غلظت را تنظیم کنید، منتظر پاسخ بمانید، گاز را حذف کنید، منتظر بمانید تا خط پایه بازیابی شود، سپس غلظت بعدی را تنظیم کنید. یک منحنی پاسخ کامل می‌تواند یک روز کاری کامل را مصرف کند و ده‌ها بار اقدامات دستی مشابه را تکرار کند.

دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در خارج از کشور این مشکل را دهه‌ها پیش حل کردند - نه با درخواست از اپراتورها برای دقیق‌تر بودن، بلکه با اجازه دادن به سیستم مخلوط کردن گاز برای اجرای یک دنباله غلظت از پیش برنامه‌ریزی شده: کدام غلظت در چه زمانی، چه مدت آن را نگه دارد، چه زمانی به گاز صفر برگردد، چند چرخه اجرا شود.

این مقاله توضیح می‌دهد که چرا پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده به یک رویکرد استاندارد در آزمایش سنسور گاز تبدیل شده‌اند و مرحله تحویل/مخلوط کردن گاز برای قابل اعتماد کردن چنین اتوماسیونی چه چیزی باید ارائه دهد.

تاریخچه مختصر: مخلوط کردن گاز قابل برنامه‌ریزی چیز جدیدی نیست

آخرین اخبار شرکت پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده در تست سنسور گاز: چرا «اجازه دهید میکسر دنباله را اجرا کند» مهم است 0

شکل ۱. یک پروفایل غلظت برنامه‌ریزی شده: مراحل غلظت، زمان‌های نگهداری، پاکسازی گاز صفر و تعداد چرخه‌ها همگی توسط برنامه تعریف می‌شوند.

۱۹۸۰ — دانشگاه واشنگتن: مخلوط کننده گاز قابل برنامه‌ریزی

در سال ۱۹۸۰، جاناتان جکی در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن یک مخلوط کننده گاز قابل برنامه‌ریزی را درژورنال فیزیولوژی کاربردیمنتشر کرد. یک میکروکامپیوتر یک شیر برقی روشن/خاموش برای هر گاز را کنترل می‌کرد؛ هر شیر به سرعت پالس می‌شد و باز و بسته می‌شد، و غلظت هر گاز متناسب با کسری از هر چرخه که شیر باز می‌ماند (مدولاسیون عرض پالس) می‌شد.

هر شکل موج غلظت دلخواه که در طول زمان تغییر می‌کند را می‌توانست در حافظه کامپیوتر از پیش برنامه‌ریزی کرد و با دقت و تکرارپذیری تولید کرد.

جنبه	رویکرد واشنگتن در سال ۱۹۸۰
کنترل	یک شیر برقی برای هر گاز، PWM با هدایت میکروکامپیوتر
اصل	چرخه وظیفه ≈ غلظت، بدون نیاز به بازخورد
شکل موج‌ها	مراحل از پیش برنامه‌ریزی شده، شیب، سینوسی، اشکال دلخواه؛ تا حدود ۴ هرتز
هزینه	کمتر از ۶۰۰ دلار قطعات، در چند ساعت مونتاژ می‌شود
کاربرد	مطالعات گذرا تنفسی (مانند پاسخ‌های مرحله‌ای CO₂)

بینش ساده و بادوام بود: تبدیل "مقدار غلظت" به "مدت زمان باز بودن شیر" — و یک پروفایل غلظت در مقابل زمان به یک دنباله تبدیل می‌شود که می‌توان آن را برنامه‌ریزی، ویرایش و دقیقاً تکرار کرد.

۱۹۸۷ — آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده: عملیات بدون مراقبت

در سال ۱۹۸۷، گریت و همکارانش در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی یک ابزار خودکار تولید بخار و جمع‌آوری داده را توصیف کردند. این ابزار تا ۱۲ منبع بخار (حباب‌ساز یا لوله‌های نفوذ) را مدیریت می‌کرد، هر کدام را تا حدود ۱-۱۰۰۰۰ میلی‌گرم بر متر مکعب رقیق می‌کرد، جریان قابل برنامه‌ریزی را تحویل می‌داد و می‌توانست مخلوط‌های دو جزئی تولید کند.

کل سیستم به طور کامل توسط یک کامپیوتر شخصی کوچک خودکار شده بود و عملیات کاملاً بدون مراقبت را در طول دنباله‌های طولانی قرار گرفتن در معرض بخار مجاز می‌دانست، به طور خودکار شرایط آزمایش و پاسخ‌های سنسور را ذخیره می‌کرد.

به عبارت "عملیات کاملاً بدون مراقبت" توجه کنید - در یک مقاله سال ۱۹۸۷. دلیل عملی است: مشخصات سنسور به طور معمول ساعت‌ها یا روزها در ده‌ها نقطه غلظت اجرا می‌شود و تکرار می‌شود؛ عملیات دستی نه واقع‌بینانه است و نه تکرارپذیر.

نسخه مدرن: سیستم مخلوط کردن گاز خودکار دانشگاه سارلند (۲۰۱۴)

در سال ۲۰۱۴، آزمایشگاه فناوری اندازه‌گیری (LMT) در دانشگاه سارلند (هلوینگ و همکاران، علم و فناوری اندازه‌گیری ۲۵، ۰۵۵۹۰۳) یک سیستم مخلوط کردن گاز با کنترل کامپیوتری برای مشخصات خودکار سنسورهای گاز منتشر کرد. اهداف طراحی آن:

· تولید گازهای ردیابی (مانند بنزن، نفتالین) با استفاده از کوره‌های نفوذ؛

· پیش‌رقیق‌سازی گازهای آزمایشی برای پوشش دادن طیف وسیعی از غلظت؛

· اجرای رویه‌های آزمایشی خودکار تحت رابط کاربری مبتنی بر LabVIEW.

عنصر	رویکرد سارلند
تولید استاندارد	کوره‌های نفوذ تولید کننده VOC های ردیابی (بنزن، نفتالین)
رقیق‌سازی	پیش‌رقیق‌سازی پوشش دهنده طیف غلظت ۱:۶۲۵۰۰ در طول یک رویه آزمایشی
متغیرهای کنترل شده	تا ۶ گاز آزمایشی، رطوبت، محتوای اکسیژن، جریان کل - و تغییرات آنها در طول زمان
رابط کنترل	رابط گرافیکی LabVIEW؛ رویه‌های آزمایشی خودکار
سطح غلظت	محدوده ppb و کمتر، امکان تجزیه و تحلیل سنسور در غلظت‌های ردیابی را فراهم می‌کند

جمله کلیدی این است: می‌توان تا شش گاز آزمایشی، رطوبت، محتوای اکسیژن، جریان کل و تغییرات آنها را در طول زمان کنترل کرد. در یک اجرای آزمایشی، غلظت، رطوبت پس‌زمینه و اکسیژن همگی می‌توانند طبق یک برنامه زمانی تغییر کنند - دقیقاً "اسکریپت اتمسفر کنترل شده" که یک محفظه آزمایش سنسور به آن نیاز دارد.

۲۰۱۴ — دانشگاه فرایبورگ: شرایط دنیای واقعی در آزمایشگاه

همچنین در سال ۲۰۱۴، کر و همکارانش در دانشگاه فرایبورگ (IMTEK) دستگاهی را منتشر کردند که شرایط دنیای واقعی را در آزمایشگاه برای مشخصات سنسور MOX (نیمه‌هادی اکسید فلز) شبیه‌سازی می‌کند: کنترل دقیق غلظت گازهای ردیابی، سطوح اکسیژن و رطوبت (همه کلید شیمی سطح MOX)، کنترل دقیق دمای سنسور و اندازه‌گیری مصرف برق هر دستگاه.

سنسورها نه در یک گاز ایده‌آل، بلکه در یک اتمسفر کنترل شده تنظیم شده برای سناریوی هدف آزمایش می‌شوند.

۲۰۲۰ — دانشگاه قطر: "نسخه کالیبراسیون" مخلوط کردن گاز برنامه‌ریزی شده

اگر سارلند مشخصات را حل کرد، دانشگاه قطر کالیبراسیون را حل کرد. بنامار و همکارانش (سنسورها، ۲۰۲۰) یک دستگاه کالیبراسیون هوشمند اختصاصی برای گره‌های سنسور گاز الکتروشیمیایی، با کالیبراسیون موازی/دسته‌ای و اتوماسیون کامل پیشنهاد کردند:

عنصر	دستگاه هوشمند دانشگاه قطر
سیستم	سیستم مخلوط کردن گاز + کنترل دما + محفظه آزمایش + کامپیوتر کنترل فرآیند
کالیبراسیون	پلتفرم LabVIEW محیط کالیبراسیون را کنترل می‌کند و تمام مراحل را خودکار می‌کند
داده‌ها و مدل‌ها	داده‌های سنسور را ثبت می‌کند، یک معادله بهترین برازش برای هر سنسور برازش می‌دهد، آن را به گره برای استقرار بعدی آپلود می‌کند
ارتباطات	IEEE 802.15.4 (ZigBee)، همان پروتکل مورد استفاده در استقرار میدانی

در اینجا برنامه مخلوط کردن فقط "تحویل یک غلظت" نیست - بلکه جدول زمانی کل رویه کالیبراسیون است: چه غلظتی در چه زمانی، هر سطح را چه مدت نگه دارد، چگونه چرخه کند، همه توسط برنامه تعیین می‌شود.

آخرین اخبار شرکت پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده در تست سنسور گاز: چرا «اجازه دهید میکسر دنباله را اجرا کند» مهم است 1

شکل ۲. چهار دهه مخلوط کردن گاز برنامه‌ریزی شده در تحقیقات سنسور، از مخلوط کننده گاز قابل برنامه‌ریزی ۱۹۸۰ تا دستگاه کالیبراسیون هوشمند ۲۰۲۰.

پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده چه مشکلاتی را حل می‌کنند

در طول چهار دهه تحقیق مستقل، ارزش پیشنهادی ثابت است:

ارزش	آنچه ارائه می‌دهد	شواهد
تکرارپذیری	همان برنامه را می‌توان دقیقاً دوباره اجرا کرد و تنوع اپراتور را حذف کرد	جکی ۱۹۸۰؛ هلوینگ ۲۰۱۴
پوشش	یک برنامه طیف وسیعی از غلظت (مانند ۱:۶۲۵۰۰) یا چندین جزء را بدون تغییر بطری‌ها پوشش می‌دهد	گریت ۱۹۸۷؛ هلوینگ ۲۰۱۴
عملیات بدون مراقبت	دنباله‌های طولانی قرار گرفتن در معرض و اجرای شبانه نیازی به حضور اپراتور ندارند	گریت ۱۹۸۷
پیوند چند متغیره	غلظت، رطوبت، اکسیژن، دما با هم در یک برنامه زمانی تغییر می‌کنند و شرایط واقعی یا جریان‌های کالیبراسیون را شبیه‌سازی می‌کنند	کر ۲۰۱۴؛ بنامار ۲۰۲۰

"پیوند چند متغیره" شایسته تأکید است. گازهای دنیای واقعی غلظت ثابتی ندارند - غلظت‌ها نوسان می‌کنند، رطوبت تغییر می‌کند، اکسیژن با محیط متفاوت است. برای مطالعه رفتار سنسور تحت این شرایط پویا در آزمایشگاه، سیستم مخلوط کردن باید چندین متغیر را کنترل کند و اجازه دهد آنها در طول زمان تغییر کنند.

سیستم سارلند "تغییر در طول زمان" را مستقیماً در لیست متغیرهای کنترل شده خود می‌نویسد؛ دستگاه فرایبورگ اکسیژن و رطوبت را در کنار غلظت ردیابی کنترل می‌کند. هر دو به یک الزام پاسخ می‌دهند: کنترل شده به معنای "غلظت ثابت" نیست - بلکه به معنای "تغییر توسط برنامه، طبق برنامه" است.

مرحله مخلوط کردن گاز چه چیزی باید ارائه دهد

آخرین اخبار شرکت پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده در تست سنسور گاز: چرا «اجازه دهید میکسر دنباله را اجرا کند» مهم است 2

شکل ۳. جایی که تحویل گاز برنامه‌ریزی شده در زنجیره آزمایش سنسور قرار می‌گیرد - مسیر گاز بدون تغییر است؛ لایه برنامه، رابط و ارتباط کار را انجام می‌دهد.

شماره 11 خیابان 14 Kechuang، منطقه توسعه اقتصادی و تکنولوژیکی پکن، پکن، چین E-mail: icelb1983@gmail.com Tel: +86 13439052733 Tel: +86 13439052733

بزرگترین تحقیق و توسعه و تولید FTIR Gas Analyzer تامین کننده در چین

861343905273

+86 13439052733 وی چت

آنالایزر گاز FTIR

نظارت بر کیفیت هوای صنعتی

تجهیزات کالیبراسیون گاز

دستگاه تشخیص گاز

ابزار تشخیص مواد شیمیایی

آشکارساز تشعشع هسته‌ای

آشکارساز گاز شیمیایی

سیستم های مانیتورینگ آئروسل

ربات تشخیص گاز

تجهیزات پاکسازی

پروفایل‌های غلظت برنامه‌ریزی شده در تست سنسور گاز: چرا «اجازه دهید میکسر دنباله را اجرا کند» مهم است