Экспериментальные результаты

Для оценки точности показаний ПАВ сенсора возникает необходимость оценить влияние различных параметров на частоту. В ходе работы был проведен ряд экспериментов по выявлению такого влияния.

В ходе работы была проведена серия экспериментов по определению стабильности частоты ПАВ преобразователей. Для этого они закреплялись в экспериментальную ячейку, конструкция которой описана в выше. Методика проведения экспериментов заключалась в следующем. Измерения частоты производились непрерывно в течение двух с половиной часов.

В течение времени измерений, данные об изменении частоты фиксировались каждые пять минут. Характерный ход зависимости частоты поверхностно-акустической волны от времени представлен на рис. 17. Как видно из данной зависимости, частота ПАВ преобразователя первоначально имеет тенденцию увеличиваться. Увеличение частоты поверхностно-акустической волны за первые 20-30 минут наблюдений составило порядка 2 – 2.5 кГц. По прошествии этого времени частота колеблется в гораздо более низких пределах. Изменения частоты в это время происходят в пределах нескольких десятков герц. Небольшой рост частоты объясняется нагревом кристалла кварца нагревающимся в процессе эксперимента ВЧ усилителем Ч3-63. Разные значения установившихся частот поверхностно-акустической волны объясняются различной температурой в помещении.

Таким образом, было выяснено, что для проведения исследования необходимо предварительно провести прогон измерительной системы в течение 20-30 минут. Также было выяснено, что с увеличением температуры частота также имеет тенденцию увеличиваться.

Также в ходе работы была проведена серия экспериментов, целью которых было выяснение влияния давления на частоту ПАВ сенсора. Методика эксперимента заключалась в следующем. После предварительной прогонки ячейки на холостом ходу, как было указано выше, ее ступенчато откачивали на вакуум. Величина вакуума в ячейке фиксировалась при помощи вакуумметра. После чего показания частоты фиксировались каждые 10 секунд. По прошествии 120 секунд после окончании переходных процессов значения частоты устанавливались на определенном уровне и дальше не менялись. После чего ячейку снова откачивали до нового значения вакуума.

График откачки ячейки на вакуум и зависимости частоты ПАВ сенсора от времени переходных процессов показаны на рис. 18

Рисунок 18 Откачка газовой ячейки на вакуум. Изменение частоты ПАВ сенсора со временем

Температура – 17 0С Атмосферное давление – 749 мм. рт. ст.

Так же в работе представлен график зависимости частоты ПАВ сенсора от давления в газовой ячейке. Данный график построен на основании предыдущего. По оси абсцисс откладывалось давление в ячейке в мм. рт. ст., по оси ординат – частота ПАВ сенсора после окончания переходных процессов. Данный график представлен на рис. 19

Данные зависимости были получены при температуре окружающей среды – 17 ⁰С и атмосферном давлении 749 мм. рт. ст.

Как видно из приведенных графиков, частота ПАВ сенсора практически линейно изменяется с давлением в диапазоне 100 – 500 мм. рт. ст., в то время, как характер зависимости существенно меняется по мере выхода за указанный диапазон.

Следует отметить, что проведение экспериментов сопряжено с достаточно высокой трудоемкостью, что еще раз указывает на необходимость модернизации экспериментальной установки путем сопряжения ее с ЭВМ.

Экономическая часть

Задача данной работы заключается в разработке и исследовании поверхностно-акустического датчика. Экономический аспект данного исследования заключается в том, что:

1. Современные методы контроля концентрации вредных веществ в атмосфере не позволяют определить концентрацию с достаточной точностью, а лабораторные исследования представляются малоэффективным в первую очередь из-за своей дороговизны.

2. Закупка подобного рода оборудования также представляется невозможным из-за дороговизны закупаемого оборудования и таможенных пошлин.

3. В то время, как за рубежом исследования перспективных направлений в области обнаружения и определения малых концентраций токсичных веществ выходит на все более ведущее место [20], отечественные разработки отличаются разобщенностью и неполнотой.

В силу приведенных выше причин экономический аспект данного исследования представляется очевидным, а внедрение самого сенсора в производство экономически выгодным и перспективным.

Техника безопасности

Так как данный сенсор разрабатывается для анализа состава атмосферного воздуха на предмет наличия в нем вредных газовых примесей, то при разработке сенсора приходится иметь дело с газовыми смесями, содержащими данные компоненты.

Среди данных компонентов можно выделить окись углерода, окислы азота, оксиды серы, различного рода углеводороды и пр.[22]

Так как данные компоненты являются токсичными [22], то при работе с этими компонентами необходимо соблюдать следующие положения техники безопасности:

1. Все работы с газами производить под вытяжным шкафом.

2. Не допускать превышения концентрации данных компонентов в лаборатории свыше предельно-допустимых норм.

3. Регулярно производить проветривание помещений.

При выполнении вышеперечисленных правил, ваша работа в лаборатории не будет омрачена несчастными случаями.

Выводы

За время выполнения магистерской работы было выполнено следующее:

Проработан необходимый объем теоретического материала для конкретизации задач диссертации.

Доказана необходимость повышения автоматизации экспериментальной установки для более эффективной исследовательской работы и повышения точности получаемых результатов.

Разработана схема сопряжения установки с персональной ЭВМ и разработана схема устройства сопряжения.

Разработан алгоритм и отлажена программа, обслуживающая данное устройство сопряжения.

Разработан алгоритм и написана программа, позволяющая обрабатывать поступающую с экспериментальной установки информацию.