Nghiên ứu, thiết kế máy đo cảnh báo khí độc trong hầm bảo quản thủy sản của tàu cá

B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI - PHM QUANG TRUNG NGHIÊN CU, THIT K NH BC TRONG HM BO QUN THY SN CA TÀU CÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HỒNG SĨ HỒNG Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204884321000000 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM c lp  T  Hnh phúc BN XÁC NHN CHNH SA LU H tên tác gi luPhạm Quang Trung  tài luNghiên cứu, thiết kế máy đo cảnh báo khí độc hầm bảo quản thủy sản tàu cá Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã s SV: CA160026 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 27/04/2018 với nội dung sau: - Một số lỗi tả - Một số hình mờ Ngày ng dn tháng năm Tác gi lu CH TCH HNG L Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp: u, thit k nh báo khí c hm bo qun thy sn c tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo ng Các số liệu kết đề tài hoàn thành trung thực Để hồn thành luận văn này, tơi sử dụng tài liệu tham khảo ghi bảng tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác Nếu có chép tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Học viên Phm Quang Trung MC LC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu 11 Chương 1: Tìm hiểu vấn đề đề xuất giải pháp thiết kế 13 1.1 Tính cấp thiết vấn đề 13 1.2 Tìm ngun nhân xác gây tai nạn hầm cá 16 1.2.1 Điều kiện bảo quản thủy hải sản hầm chứa tàu cá 16 1.2.2 Tìm hiểu trình phát sinh khí độc hầm cá 18 1.3 Ảnh hưởng khí đến thể người 28 1.4 Vấn đề đặt thiết kế thiết bị cảnh báo khí độc hầm cá 32 1.4.1 Một số thiết bị cảnh báo khí độc có thị trường 32 1.4.2 Nhận xét đưa hướng thiết kế thiết bị 35 Chương 2: Cơ sở lý thuyết cảm biến khí lựa chọn cảm biến đo O H2S 2.1 Các loại cảm biến khí 39 39 2.1.1 Cảm biến điện hóa 39 2.1.2 Cảm biến quang học 46 2.1.3 Một số loại cảm biến 49 2.2 Lựa chọn cảm biến khí O2 H 2S 53 2.2.1 Cảm biến O 53 2.2.2 Cảm biến H 2S 55 Chương 3: Thiết kế thiết bị kết thực nghiệm 3.1 Thiết kế thiết bị 58 58 3.1.1 Thiết kế mạch chuẩn hóa tín hiệu 59 3.1.2 Thiết kế phần đo 69 3.1.3 Thiết kế phần hiển thị 75 3.1.4 Thiết kế phần mềm 77 3.1.5 Giải pháp bảo vệ mạch điện thiết kế vỏ hộp 79 3.2 Kết thực nghiệm 81 3.2.1 Kết thi công thiết bị 81 3.2.2 Kết kiểm tra độ xác thử nghiệm 83 3.3 Bổ sung thêm tính cho thiết bị cách sử dụng 90 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 DANH MC CÁC BNG Trang Bảng 1.1 Số tàu khai thác thủy sản biển có cơng suất từ 90 CV trở lên phân 14 theo khu vực Bảng 1.2 Thống kê số tai nạn hầm cá năm gần 15 Bảng 1.3 Các hợp chất trình ươn hỏng thịt cá bảo quản đá 23 Bảng 1.4 Cơ chất hợp chất gây biến mùi vi khuẩn sinh trình ươn hỏng cá 24 Bảng 1.5 Sự ảnh hưởng sinh lý người hàm lượng oxy khơng 29 khí thay đổi Bảng 1.6 Ảnh hưởng hàm lượng khí CO2 đến thể người 29 Bảng 1.7 Ảnh hưởng hàm lượng oxit nitơ đến người 30 Bảng 1.8 Ảnh hưởng hàm lượng SO khơng khí đến người 30 Bảng 1.9 Ảnh hưởng nồng độ H2S khơng khí đến người 31 Bảng 1.10 Tác hại nồng độ NH3 đến người 32 Bảng 1.11 Thông số kỹ thuật số thiết bị cảnh báo khí độc thị trường 32 Bảng 2.1 Giới hạn độ nhạy sensor dựa cấu trúc MOS hoạt 44 động nhiệt độ 150°C Bảng 2.2 Một số ví dụ sensor khí điện cực cổng kim loại xúc tác 44 Bảng 2.3 Các kỹ thuật dùng đế chế tạo sensor màng mỏng SnO2 49 Bảng 2.4 Các vật liệu oxit kim loại nhiều thành phần dùng để chế tạo sensor 50 hóa học Bảng 2.5 Thơng số cảm biến ME2- O2 54 Bảng 2.6 Thông số cảm biến 4H2S-1000 55 Bảng 3.1 Bảng thống kê kết qua đo cảm biến O2 66 Bảng 3.2 Bảng thống kê kết đo cảm biến H2S 67 Bảng 3.3 Bảng kết đo O2 sai số thiết bị 85 Bảng 3.4 Bảng thống kê, tính tốn hàm lượng khí H 2S sinh hộp kín 89 ứng với thời gian Bảng 3.5 Dự báo thời gian phát sinh khí độc hầm cá ảnh hưởng 89 người DANH MC CÁC HÌNH V Trang Hình 1.1 Biểu đồ cột số tàu khai thác thủy sản biển có cơng suất từ 90 CV trở 14 lên phân theo khu vực Hình 1.2 Một số hình ảnh tàu đánh cá gỗ 16 Hình 1.3 Một số hình ảnh hầm bảo quản thủy sản tàu cá 17 Hình 1.4 Sự biến đổi động vật thủy sản sau chết 18 Hình 1.5 Các giai đoạn phân hủy yếm khí chất hữu tạo khí sinh học 26 Hình 1.6 Minh họa mơ hình thiết bị cảnh báo cầm tay 37 Hình 1.7 Minh họa mơ hình thiết bị cảnh báo cố định 37 Hình 2.1 Cấu tạo chung cảm biến điện hóa 40 Hình 2.2 Một số dạng transito trường nhạy khí ion với điện cực cổng kim loại xúc tác (Pd, Pt, Ir) 41 Hình 2.3 Một số cấu trúc sensor bán dẫn khác 42 Hình 2.4 Các đặc trưng cho độ nhạy khí, ion sensor MOS tiếp xúc 43 Schottky kim loại - bán dẫn Hình 2.5 Sự phụ thuộc tín hiệu đo (dịch chuyển thế) vào nồng độ H2 46 o không khí sensor Pd Al2O3(300nm) - SiO2 (100nm) - Si 75 C Hình 2.6 Cấu tạo chung cảm biến cảm biến khí quang học 47 Hình 2.7 Cấu trúc sensor sóng âm bề mặt 52 Hình 2.8 Biểu đồ thể đặc điểm nhạy, phản ứng tín hiệu đầu cảm 55 biến ME2-O2 Hình 2.9 Biểu đồ liệu đặc điểm tuyến tính cảm biến ME2-O 55 Hình 2.10 Biến thiên tín hiệu đầu vào nhiệt độ cảm biến 4H2S-1000 56 Hình 2.11 Biến thiên tín hiệu zero vào nhiệt độ cảm biến 4H2S-1000 57 Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị cầm tay đo cảnh báo khí độc hầm cá 58 Hình 3.2 Sơ đồ tổng qt mạch chuẩn hóa 59 Hình 3.3 Mạch chuẩn hóa cảm biến đo thử 59 Hình 3.4 Sơ đồ chân AD8572 60 Hình 3.5 Mạch nguồn cấp cho mạch chuẩn hóa 63 Hình 3.6 Sơ đồ chân LM2596 ICL7660 64 Hình 3.7 Mạch khuếch đại đo thử cảm biến 64 Hình 3.8 Thiết bị để đo thử cảm biến O2 H2S 64 Hình 3.9 Hộp kín để đo thử cảm biến khí 65 Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống đo thử cảm biến 65 Hình 3.11 Một số hình ảnh kết đo thử 66 Hình 3.12 Đồ thị nồng độ khí ứng với giá trị điện áp mạch chuẩn hóa cảm ứng 67 Hình 3.13 So sánh dịng cảm biến ứng với mức nồng độ nhà sản xuất cung cấp thực tế đo 68 Hình 3.14 Mạch phần đo thiết bị cảnh báo 69 Hình 3.15 Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega8 71 Hình 3.16 Dây cáp truyền liệu phần đo phần hiển thị thiết bị 72 Hình 3.17 Mạch phần hiển thị thiết bị cảnh báo khí độc hầm cá 75 Hình 3.18 Sơ đồ chân hình LCD 16×2 76 Hình 3.19 Lưu đồ thuật tốn xây dựng phần mềm phần đo thiết bị 78 Hình 3.20 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm phần hiển thị thiết bị 78 Hình 3.21 Sơn phun bảo vệ mạch điện CRC70 79 Hình 3.22 Thiết kế vỏ phần đo phần mềm SoildWorks 80 Hình 3.23 Thiết kế vỏ phần hiển thị phần mềm SoildWorks 80 Hình 3.24 Mạch in phần đo thiết bị 81 Hình 3.25 Mạch in phần hiển thị thiết bị 81 Hình 3.26 Mạch in phần đo thiết bị sau thi cơng 82 Hình 3.27 Mạch in phần hiển thị sau thi cơng 82 Hình 3.28 Mạch in thiết bị sau hàn linh kiện 83 Hình 3.29 Thiết bị hồn thiện 83 Hình 3.30 Hộp kín để đo kiểm tra độ xác thiết bị 84 Hình 3.31 Sơ đồ khối hệ thống đo kiểm tra độ xác thiết bị 84 Hình 3.32 Kết đo máy so với nồng độ khí oxy tạo từ máy thở 85 Hình 3.33 Kết đo H2S máy so với nồng độ đo phịng đo ITIMS 86 Hình 3.34 Hộp cá thử nghiệm đo 87 Hình 3.35 Cách đo hộp cá thử nghiệm 88 Hình 3.36 Một số kết đo hộp cá thử nghiệm 88 Hình 3.37 Pin ultrafire 18650 mạch ghép bảo vệ kiêm sạc cell 18650 nối tiếp pin 91 Hình 3.38 Tính thay đổi ngưỡng cảnh báo 91 10