3.1.3 Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma
Trong mơi trƣờng plasma, các chất trên dƣới tác động của các hạt electron chuyển động tự do sẽ xảy ra các phản ứng nhƣ sau [27]:
- e + O2 → e + O* + O* - e + N2 → e + N* + N* - e + H2O → e + H + OH - e + CO2 → e + O + CO
Các phân tử thiết lập thành trạng thái ngun tử kích thích. Từ đó, sẽ xảy ra các phản ứng hóa học phức tạp giữa các nguyên tử với nguyên tử, nguyên tử với phân tử trong môi trƣờng plasma. Các diễn biến chính bên trong lị phản ứng plasma có thể tóm tắt nhƣ sau [28]: - O2 + O* → O3 - NO + O3 → NO2 + O2 - NO + O* → NO2 - NO2 + N* → N2O + O - NO2 + N* → N2 + O2
50 - NO + OH → HNO2 - NO2 + OH → HNO3 - NO + H2O → NO2 + OH - Plasma + NO + HC + O2 → NO2 + HC-products - M* + CO2 → M + CO+ + O + e Với M*: H2O* hoặc OH*.
Thiết bị đƣợc vận hành đơn giản, dễ sử dụng. Tùy thuộc vào loại khí cần sử lý, ta điều chỉnh cƣờng độ dòng điện để tạo ra vùng plasma mạnh hay yếu để xử lý hiệu quả.
3.2 Mạch điều khiển cho hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma
3.2.1 Điều khiển thiết bị xử lý khí thải
Hình 3.6 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo hệ số dƣ lƣợng
51
Dựa vào bảng 3.1, ta có thể xác định đƣợc tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển và từ đó lập trình cho vi điều khiển. Cách thức điều khiển trạng thái hoạt động bộ xử lí khí thải của mạch nhƣ sau:
Khi hỗn hợp lý tƣởng ( λ = 1), mạch sẽ điều khiển buồng plasma ngƣng hoạt
động. Vì lúc này, NOx, HC, CO đƣợc bộ chuyển đổi xúc tác xử lý rất tốt.
Khi hỗn hợp hịa khí giàu ( λ < 1), lúc này khí thải sinh ra nhiều HC, CO và
rất ít NOx. Mạch sẽ điều khiển buồng plasma hoạt động với cƣờng độ cao nhất để xử lý.
Khi hỗn hợp hịa khí nghèo (λ > 1), lúc này, lƣợng HC tăng, CO và NOx
giảm. Mạch sẽ điều khiển buồng plasma hoạt động với cƣờng độ thấp hơn để xử lý HC.
Bảng 3.1 Bảng mối liên hệ giữa trạng thái hỗn hợp hịa khí và tín hiệu điện áp từ
cảm biến Oxy
Trạng thái hỗn hợp hịa khí
Điện áp từ cảm biến Oxy ( trong khoảng
0.1 đến 0.9V )
Các chất độc hại hình thành từ động cơ đốt
trong
Hỗn hợp lý tƣởng ( λ 0.5 V Sinh ra nhiều NOx Hỗn hợp giàu ( λ < > 0.5 V Lƣợng NOx rất ít, nhiều
HC và CO
Hỗn hợp nghèo ( λ > < 0.5 V Lƣợng HC tăng, CO và NOx giảm
52
3.2.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển
Hình 3.11 Sơ đồ khối mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ
plasma
Hình 3.11 mơ tả nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma. Mạch sẽ nhận tín hiệu ở dạng điện áp từ cảm biến oxy, và do điện áp từ cảm biến oxy gửi về khá nhỏ ( từ 0,1 đến 0,9 V ) nên cần phải qua bộ khuyếch đại để tăng giá trị điện áp lên mức từ 0 đến 5V giúp cho vi xử lý nhận biết đƣợc. Sau đó hiệu từ dạng tƣơng tự sẽ đƣợc chuyển sang dạng số thông qua bộ ADC. Vi xử lý arduino dựa vào tín hiệu điện áp đầu vào để xử lý và xuất tín hiệu đầu ra để điều khiển cƣờng độ xử lý của buồng plasma.
Tín hiệu đầu ra của mạch điều khiển ở dạng điện áp 5V, tín hiệu sẽ điều khiển điện áp ra để cấp nguồn cho hệ thống tạo plasma. Qua đó mạch sẽ điều khiển đƣợc cƣờng độ xử lý khí thải của buồng plasma.
Và ở đây, nút nhấn, xoay sẽ có các dụng điều chỉnh điện áp ra của vi điều khiển và từ đó điều chỉnh cƣờng độ xử lý của buồng plasma. Hay nói cách khác, khi tại thời điểm quan sát thấy nồng độ khí xả hiển thì trên màn hình của máy đo nồng độ khí thải cao, ta có thể điều chỉnh trực tiếp cƣờng độ xử lý của buồng plasma cao để xử lý tốt. Cuối cùng, khi điều chỉnh xong, chỉ cần nhấn nút thì dữ liệu sẽ đƣợc lƣu
53
lại ở vi điều khiển. Và khi tiến hành những lần xử lý khí thải tiếp theo, khi nhận tín hiệu từ cảm biến Oxy với giá trị tƣơng tự, vi điều khiển sẽ tự điều chỉnh điện áp vào cho bộ xử lý khí thải hoạt động ở cƣờng độ cao. Lúc này, chúng ta không cần can thiệp đến việc điều chỉnh nút xoay, và vi điều khiển sẽ điều khiển dựa vào tín hiệu đầu vào và điều khiển trực tiếp bộ Plasma xử lý hiệu quả khí thải ơ tơ.
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển