Robototexnika asoslari

4.2.GAZ DATCHIKLARI.
Gaz sensorlarining ko‘p turlari mavjud, eng mos gaz sensorini tanlash uchun biz turli sensor xususiyatlarini tushunishimiz kerak. Masalan: Qaysi sensor zaharli gazlarni o‘lchashi mumkin? Qaysi sensorni olib yurish qulay? Qaysi sensor aniqroq o‘lchaydi? Sensor haqida etarli ma'lumotga ega bo‘lsangiz, siz, albatta, to‘g'ri tanlov qilishingiz mumkin.
Turli xil gaz turlariga ko‘ra : uni yonuvchan gaz sensorlari (ko‘pincha katalitik yonish, infraqizil, issiqlik o‘tkazuvchanligi, yarimo‘tkazgich turi ishlatiladi), zaharli gaz sensorlari (umuman elektrokimyoviy, metall-yarim o‘tkazgich, fotoionizatsiya, olov ionizatsiyasi), zararli gaz sensorlariga bo‘linishi mumkin. (ko‘pincha infraqizil, ultrabinafsha va boshqalar), kislorod (ko‘pincha paramagnit, zirkon) va boshqa turlar.
Turli xil foydalanish usullariga ko‘ra : portativ gaz detektorlari va sobit gaz detektorlariga bo‘linishi mumkin .
Namuna olishning turli usullariga ko‘ra : uni diffuziya sensorlariga bo‘lish mumkin (sensor to‘g'ridan-to‘g'ri o‘lchanadigan muhitga o‘rnatiladi va o‘lchov gazi tabiiy diffuziya orqali aniqlash moslamasi bilan bevosita aloqada bo‘ladi), nasos datchiklari (so‘rg'ich pompasi orqali va boshqalar) ., gaz aniqlash moslamasiga so‘riladi.Gazni suyultirish kerakmi yoki yo‘qligiga qarab, u to‘liq inhalatsiya va suyultirilgan inhalatsiyaga bo‘linadi).
Turli funktsiyalarga ko‘ra : uni bitta gaz sensori (faqat bitta gazni aniqlash mumkin) va kompozit gaz sensori (bir vaqtning o‘zida bir nechta gazlarni aniqlashi mumkin) ga bo‘lish mumkin .
Turli xil aniqlash tamoyillariga ko‘ra : uni yarimo‘tkazgichli gaz sensori, elektrokimyoviy gaz sensori, NDIR gaz sensori, katalitik gaz sensori, issiqlik o‘tkazuvchanligi gaz sensori, magnit gaz sensori va boshqalarga bo‘lish mumkin.
Hozirgi vaqtda turli xil ish printsiplari bo‘yicha tasniflash eng ko‘p qo‘llaniladi. Quyidagi maqola sizni ettita gaz sensori, shuningdek ularning tamoyillari va qo‘llanilishi bilan batafsil tanishtiradi:

4.1-rasm: Yarimo‘tkazgichli gaz datchiklari
Afzalliklari : oddiy tuzilish, arzon narx, yuqori sezuvchanlik, tezkor reaktsiya tezligi va boshqalar.
Kamchiliklari : O‘lchov chiziqli diapazoni kichik. U havodagi boshqa gazlar tomonidan katta darajada aralashadi va atrof-muhit haroratidan osongina ta'sirlanadi.
1. Yarimo‘tkazgichli gaz datchiklari
Yarimo‘tkazgichli gaz sensori - yarimo‘tkazgich elementini o‘lchash birligi sifatida ishlatadigan qurilma. Uning ishlash printsipi shundaki, gaz yarimo‘tkazgichda oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasiga kiradi, bu esa qarshilik qiymatining o‘zgarishiga olib keladi. Gaz o‘lchov xujayrasi orqali o‘tayotganda uning yuzasida adsorbsiyalanadi va reaksiyaga kirishadi. Gaz darajasi o‘tkazuvchanlik yoki tashuvchining harakati bilan tavsiflangan potentsialning o‘zgarishiga olib kelishi bilan o‘lchanadi.
Misol uchun, metan gazi o‘lchov xujayrasi orqali o‘tganda, kislorodni iste'mol qiladigan reaktsiya sodir bo‘ladi. Qattiqlangan elektronlar chiqariladi va elektronlar yarimo‘tkazgichga qaytariladi va o‘tkazuvchanlikni oshiradi. Elektronlar kislorod bilan mahkamlanganda qarshilik kuchayadi; metan kislorod bilan reaksiyaga kirishganda va elektronlar yarimo‘tkazgichga qaytsa, qarshilik kamayadi. Qarshilikning o‘zgarishi metanning mavjudligi, yo‘qligi va miqdori bilan bog'liq va metan tarkibini qarshilik o‘zgarishini o‘lchash orqali bilish mumkin.
Elektrokimyoviy gaz datchiklari
Elektrokimyoviy sensorlar o‘lchangan gaz bilan reaksiyaga kirishadi va gaz konsentratsiyasiga mutanosib ravishda elektr signalini hosil qiladi. Ko‘pgina elektrokimyoviy gaz sensorlari oqim sensori bo‘lib, gaz konsentratsiyasiga lineer proportsional bo‘lgan oqim hosil qiladi. Elektrokimyoviy gaz sensorlarining ishlash printsipi: gaz kondensatsiyani oldini oluvchi diafragma orqali o‘tadi va bu diafragma ham changga chidamli ta'sirga ega. Keyin gaz molekulalari filtr orqali tarqaladi va ishchi elektrodga etib boradi. Bu erda gaz oksidlanadi yoki kamayadi va bu elektrokimyoviy reaktsiya tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimning o‘zgarishiga olib keladi. Elektrokimyoviy ish printsiplariga asoslangan sensorlar, eng oddiylari ikki elektrodli tizimdir. Uning ishchi elektrodi va qarama-qarshi elektrod elektrolitlar bilan ajralib turadi va tashqi zanjirga kichik qarshilik bilan ulanadi. Gaz sensorga tarqalgach, u elektr tokini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi. Gaz qancha ko‘p bo‘lsa, oqim shunchalik katta bo‘ladi.

4.2-rasm: Elektrokimyoviy gaz datchiklari
Afzalliklari : tezkor javob, yaxshi chiziqli chiqish va boshqa afzalliklar.
Kamchiliklari : U kislorod (1-10% VOL) ​​bo‘lgan muhitda aniqlanishi kerak va foydalanish paytida suyuq elektrolitlar iste'mol qilinishi kerak. Harorat, namlik, bosim va shunga o‘xshash kimyoviy xususiyatlarga ega gazlar bilan osongina bezovtalanadi. Saytda aralash gaz mavjud bo‘lsa, xatolarga olib kelishi oson.
Issiqlik o‘tkazuvchanligi gaz sensori - bu atrof-muhitdagi ma'lum bir gazni sezadigan qurilma. U gaz konsentratsiyasi haqidagi ma'lumotni aniqlash, kuzatish, tahlil qilish va ogohlantirish uchun elektr signallariga aylantiradi. Issiqlik o‘tkazuvchan gazga sezgir materiallar turli gazlar va havo o‘rtasidagi issiqlik o‘tkazuvchanligidagi farq asosida ularning konsentratsiyasini o‘lchaydi. Odatda, issiqlik o‘tkazuvchanligining o‘zgarishi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshilik o‘zgarishiga aylanadi. Gaz turi va darajasi qarshilik qiymatining o‘zgarishidan hisoblanadi.

4.3-rasm: Issiqlik o‘tkazuvchanligi gaz sensori
Afzalliklari : keng aniqlash diapazoni, eng yuqori aniqlash kontsentratsiyasi 100% ga yetishi mumkin. Yaxshi ish barqarorligi, uzoq xizmat muddati, katalizatorning qarishi muammosi yo‘q.
Kamchiliklari : yomon aniqlash aniqligi, past sezuvchanlik, harorat o‘zgarishi.
Ushbu tajribada masofani o‘lchash uchun ultratovushli sensorni ko‘rib chiqamiz va WH1602 LCD displeyida datchik ko‘rsatkichlarini ko‘rsatish uchun loyiha yaratamiz.
Kerakli komponentlar:

• 
  Arduino UNO R3 tekshiruvi;
  
• 
  prototip tayyorlash uchun taxta;
  
• 
  gaz sensori MQ-4;
  
• 
  gaz zajigalka;
  
• 
  yorug’lik chiqaradigan diod;
  
• 
  qarshilik 220 Om;
  
• 
  Jamperlar
  

Arduino uchun MQ-datchiklar seriyasi, uning ichida mini-isitgich asosida qurilgan va elektrokimyoviy datchikdan foydalaniladi. Ular gazlarning ma’lum diapazonlariga sezgir va bino ichida xona haroratida ishlatiladi. Mana ulardan ba’zilari:

• 
  MQ-3 - spirt bug‘ sensori;
  
• 
  MQ-4 - metan, propanni aniqlash uchun sensor;
  
• 
  MQ-5 va MQ-6 - propanni aniqlash uchun mo‘ljallangan, butan;
  
• 
  MQ-7 - uglerod oksidiga sezgir;
  
• 
  MQ-8 - H2 vodorodga ixtisoslashgan.
  

Sensorlarda Arduino-ga ulanish uchun analog va raqamli chiqishlar mavjud. Aniqroq natija olish uchun ikkala chiqishni ham ulash tavsiya etiladi, bu umuman zarur emas. Bizning tajribamizda MQ4 sensorini Arduino platasiga ulab, uning gazlar mavjudligiga qanday ta’sir qilishini ko‘rib chiqamiz. Sensorning ulanish diagrammasi 4.5 rasmda

4.6-rasm: MQ4 sensori ulanish diagrammasi
MQ4 sensoridan o‘qidigan va ketma-ket port monitoriga o‘qishni chiqaradigan sketch yozamiz. Agar datchikdan analog qiymat 750 dan oshsa (xavfli daraja), biz raqamli pin 8 ga ulangan svetodiodni yoqamiz. // analog chiqish MQ4 ni ulash uchun pin
const int analogInPin = A1;
const int ledPin = 8; // LED ulanish pini
int sensorValue = 0; // sensor qiymatini
saqlash uchun o‘zgaruvchan
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
sensorValue = analogRead(analogInPin); // qiymatni olish
if (sensorValue >= 750) // darajadan oshib ketdi
digitalWrite(ledPin, HIGH); // haddan tashqari
ko‘tarilgan bo‘lsa svetodiodni yoqing
else
digitalWrite(ledPin, LOW); // haddan tashqari
ko‘tarilgan svetodiodni o‘chiring
// ketma-ket portga chiqish qiymati
Serial.print(“sensor = “ );
Serial.println(sensorValue); // keyingi
o‘lchov oldidan pauza qiling
delay(1000);
}
Ulanish tartibi:
1. Biz MQ4 datchigini Arduino platasiga rasmdagi 4.6. sxema bo‘yicha ulaymiz.
2. 36 darsdan sketchni Arduino platasiga yuklang.
3. Arduino IDE ketma-ket port monitorini oching.
4. Sensorni quvvatlantirgandan so‘ng, ish rejimiga kirish uchun vaqt kerak, taxminan 10-15 soniya. Bu vaqt haroratni kerakli qiymatga ko‘tarish uchun datchik ichidagi isitgich uchun kerak.
5. Biz gaz zajigalka datchigiga keltiramiz va gazni ochamiz, Arduino IDE ketma-ket portining monitoridagi MQ4 datchigidan o‘qishlar o‘zgarishini kuzatamiz.