【摘 要】
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随着经济的发展,大气中的恶臭污染越来受到人们的关注,传统的恶臭气体检测主要依靠人工嗅辨的方法,该方法精度低,受主观影响大,电子鼻系统是恶臭气体检测中客观检测的主要手段。检测系统中反应气室的形状和结构对系统的精度和重复性有非常大的影响。但是当前的恶臭检测系统的反应气室多数是根据经验设计,且未充分考虑气室内部的化学反应,导致电子鼻系统检测效果不佳,限制了在恶臭检测方面的应用。本文依托国家重大仪器专项“
【基金项目】
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国家重大科学仪器设备开发专项(项目编号:2012YQ06016502)“复合恶臭嗅辨传感器研制”;
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随着经济的发展,大气中的恶臭污染越来受到人们的关注,传统的恶臭气体检测主要依靠人工嗅辨的方法,该方法精度低,受主观影响大,电子鼻系统是恶臭气体检测中客观检测的主要手段。检测系统中反应气室的形状和结构对系统的精度和重复性有非常大的影响。但是当前的恶臭检测系统的反应气室多数是根据经验设计,且未充分考虑气室内部的化学反应,导致电子鼻系统检测效果不佳,限制了在恶臭检测方面的应用。本文依托国家重大仪器专项“复合恶臭检测”,针对恶臭气体检测系统的不足,设计一款并行结构的反应气室,应用于恶臭检测电子鼻系统中,提高了系统的重复性和精度。针对当前恶臭检测系统在重复性和精度方面存在的问题,提出如下观点:当前串行式的气室结构由于气室内温度不均、反应物消耗、待测气体被污染和气体泄漏等问题影响了电子鼻系统的精度。本文使用计算流体力学(Computer Fluid Dynamic,CFD)技术,对串行气室内部的化学反应过程进行仿真。数据表明,当前串行的反应气室中前级传感器的反应,导致气路内温度上升0.2℃,同时消耗了10%的待测气体,并产生了10%的二氧化硫,干扰后级传感器的响应,证明了串行气室结构影响恶臭电子鼻系统重复性和精度的观点,并讨论了气室密封和稀释气体对传感器响应的影响。基于原有气室的仿真结果,设计一套并行的气室,传感器的位置完全对称,且具有良好互换性的反应气室结构。对新设计的反应气室进行数值模拟,仿真数据表明,新设计的并行反应气室能够避免原有气室在温度、反应物消耗、气路中生成新气体等问题。以并行反应气室为核心,设计电路和嵌入式程序,开发出一套恶臭检测电子鼻系统进行实验验证。实验以甲硫醚气体作为待测气体,其响应曲线趋势与仿真结果相同。在重复实验中响应值的相对标准偏差为0.53%。使用基于并行气室的恶臭检测电子鼻对甲硫醚气体进行标定,数据表明PID传感器和TGS2600传感器线性拟合的相关系数在0.92以上,TGS2602非线性拟合的相关系数在0.94以上。本文基于CFD技术设计的并行反应气室能够避免传感器之间的相互影响,提高了恶臭电子鼻系统的准确性和重复性。
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