PID (angl. Photoionization Detector) jutiklis, dar žinomas kaip fotojonizacijos dujų jutiklis, yra prietaisas, skirtas aptikti lakiuosius organinius junginius (LOJ) ir kitas lengvai jonizuojamas dujas labai mažomis koncentracijomis (nuo ppb iki ppm lygių).
PID Jutiklio Veikimo Principas
PID jutiklio veikimas pagrįstas fotojonizacijos principu. Jutiklio viduje esantis ultravioletinės šviesos (UV) šaltinis organines medžiagas (LOJ dujas) paverčia teigiamais ir neigiamais jonais (jonizacija). Šis procesas vyksta, kai UV fotonai jonizuoja molekules, kurių jonizacijos potencialas (IP) yra mažesnis už lempos energiją (dažniausiai 10.6 eV, taip pat 10.0 eV ir 11.7 eV).
Veikiant elektriniam laukui, elektronai ir teigiamai įkrauti jonai, sugeneruoti jonizacijos metu, sudaro silpną srovę. Medžiagos kiekis atsispindi nustatant šios srovės intensyvumą. Kuo didesnė dujų koncentracija, tuo stipresnė srovė.
PID Jutiklio Savybės
- Didelis tikslumas ir jautrumas: PID jutikliai pasižymi dideliu jautrumu ir gali aptikti organines dujas ppb lygiu (vienas milijardas).
- Atsparumas aptiktoms dujoms ir stabilumas: Šie jutikliai pasižymi geru stabilumu ir patikimumu.
- Greitas reagavimo greitis ir ilgas tarnavimo laikas: PID jutikliai greitai reaguoja į dujų pokyčius ir turi ilgą tarnavimo laiką.
Kalibravimo dujos
Izobutilenas yra dažnai naudojamos kalibravimo dujos PID jutikliams. Tai mažo toksiškumo dujos, kurios kambario temperatūroje yra dujinės būsenos ir pasižymi gerai apibrėžtomis savybėmis, todėl yra stabilios ir plačiai prieinamos etaloninės dujos.
Naudojimo atsargumo priemonės
Naudojant PID jutiklius, svarbu vengti pūtimo tiesiai į jutiklį ir nepatartina jų naudoti aukštos drėgmės aplinkoje, kad būtų išvengta drėgmės kondensacijos. Vandens garai gali slopinti jonizaciją ir susilpninti UV spindulius, iškraipydami matavimų tikslumą.
PID Jutiklių Taikymas
PID jutikliai turi platų pritaikymo spektrą įvairiose pramonės šakose ir aplinkos stebėjimo srityse:
- Pramoninė gamyba: Naftos, naftos chemijos, chemijos ir farmacijos pramonėje PID jutikliai naudojami lakiųjų organinių junginių (LOJ) aptikimui.
- Aplinkos stebėjimas: PID jutikliai plačiai naudojami visuomenės sveikatos, oro kokybės stebėjimo patalpose ir kitose srityse, aptikdami LOJ ir kitas toksiškas dujas aplinkos ore.
- Avarinių situacijų aptikimas: Avarinių situacijų metu PID jutikliai atlieka nepakeičiamą vaidmenį greitai nustatant pavojingų dujų buvimą.
OBD II Sistema ir Jutiklių Diagnostika
OBD II (On-Board Diagnostics II) sistema stebi visų transporto priemonės sistemų, kurios nuolat arba periodiškai yra stebimos, būklę. Ji teikia informaciją apie tai, ar atskira sistema yra „Ready“ (paruošta) arba „Complete“ (užbaigta), arba „Not Ready“ (neparuošta) arba „Incomplete“ (neužbaigta). Taip pat pateikiama informacija, ar tam tikras monitorius yra palaikomas, t. y., ar transporto priemonės programinė įranga turi funkciją patikrinti atskirą sistemą (paprastai su „+“ reiškiančiu, kad turi, o „-“ - kad neturi).
Pavyzdžiui, jei įjungta MIL (Malfunction Indicator Lamp) lemputė ir nuskaitant klaidų atmintį gaunamas tam tikro jutiklio kodas, galima iškviesti to jutiklio PID (parametrinės informacijos duomenis), kad būtų galima pamatyti, kokias vertes jis siunčia EKM (elektroniniam kontrolės moduliui). Taip pat reikėtų iškviesti ir kitų jutiklių, susijusių su EKM pranešimu apie gedimą, PID, kad būtų galima palyginti jų rodomas vertes. Pavyzdžiui, didinant dujų padavimą, droselio sklendės jutiklio įtampa palaipsniui didėja, kaip ir apsukų skaičius, o MAP jutiklio (slėgio ir įtampos) siunčiamos vertės mažėja. Įvairių jutiklių PID palyginimas gali labai padėti nustatant gedimo priežastį.
Kaip naudoti OBD-II nuskaitymo įrankį
Nuolatinė ir Retai Stebima Sistema
Nuolat stebimos sistemos yra degalų sistema, uždegimo sistemos gedimai ir visos su mišinio formavimu susijusios sudedamosios dalys. Nuolatinis EKM stebimų sistemų veikimo testavimas ir vertinimas vyksta nuolat variklio veikimo metu. Sistemoms, kurios nėra nuolat stebimos, reikia įvykdyti tam tikras sąlygas, kad testai būtų paleisti ir visiškai atlikti. Tai pasiekiama vadinamaisiais atitinkamais važiavimo ciklais (generic drive cycles), kurie skiriasi priklausomai nuo gamintojo. Daugeliui gamintojų pakanka atlikti du ciklus, pradedant nuo šalto variklio paleidimo, su tam tikru pašildymo, pagreitėjimo, važiavimo ir variklio stabdymo periodu.
Transporto priemonėms, pagamintoms nuo 2001 m., važiavimo ciklai gali skirtis priklausomai nuo gamintojo (pvz., Ford, GM, BMW). Šis ciklas turėtų būti atliktas bent du kartus. Jei būsenos neįsijungia, reikėtų patikrinti techninėje dokumentacijoje, ar yra rekomendacijų, kaip atlikti bendrąjį OBD II ciklą.
Kitų Dujų Jutiklių Tipai
Dujų detektoriai
Dujų detektorius yra prietaisas, specialiai sukurtas saugiai dujų koncentracijai nustatyti. Jo veikimo principas apima fizinių ar cheminių neelektrinių signalų, surinktų dujų jutikliais, pavertimą elektriniais signalais, o vėliau šių elektrinių signalų ištaisymą ir filtravimą per išorines grandines. Apdoroti signalai valdomi atitinkamais moduliais, kad būtų galima aptikti dujas. Tačiau dujų detektoriaus šerdis yra įmontuotas jutiklio komponentas, kurio aptikimo technologijos principai skiriasi priklausomai nuo aptinkamų dujų.
Katalizinio degimo jutiklis
Katalizinio degimo jutiklis naudoja katalizinio degimo šiluminio efekto principą, kurį sudaro matavimo tiltelis, sudarytas sujungiant aptikimo elementus ir kompensavimo elementus. Esant tam tikroms temperatūros sąlygoms, degiosios dujos be liepsnos dega aptikimo elemento nešiklio paviršiuje ir veikiant katalizatoriui. Nešiklio temperatūra didėja, o platinos laido varža jame taip pat atitinkamai padidėja, todėl pusiausvyros tiltelis praranda pusiausvyrą ir išveda elektrinį signalą, proporcingą degiųjų dujų koncentracijai. Šio tipo jutikliai naudojami degiųjų dujų koncentracijai aptikti, kad būtų išvengta sprogimų, o ne lakiųjų organinių junginių pėdsakams.
Infraraudonųjų spindulių jutiklis
Infraraudonųjų spindulių jutiklis nuolat praleidžia matuojamas dujas per tam tikro ilgio ir tūrio talpyklą ir skleidžia infraraudonųjų spindulių spindulį iš vieno iš dviejų skaidrių talpyklos galinių paviršių. Kai infraraudonųjų spindulių jutiklio bangos ilgis sutampa su išmatuojamų dujų sugerties spektru, infraraudonųjų spindulių energija absorbuojama, o infraraudonųjų spindulių šviesos, praeinančios per matuojamas dujas, intensyvumo slopinimas atitinka Lamberto Beerio dėsnį. Kuo didesnė dujų koncentracija, tuo didesnis šviesos susilpnėjimas. Šie jutikliai pasižymi ilgu tarnavimo laiku (3-5 metų tarnavimo laikas), dideliu jautrumu, geru stabilumu ir nėra toksiškumo, mažiau trukdo aplinkai ir nėra priklausomybės nuo deguonies. Infraraudonųjų spindulių dujų jutikliai turi didelį stebėjimo jautrumą ir gali tiksliai atskirti net nedidelius PPB kiekius arba mažas PPM klasės dujų koncentracijas.
Elektrocheminiai jutikliai
Elektrocheminiai jutikliai paprastai susideda iš trijų dalių: elektrodų, elektrolitų ir puslaidininkinių elektrodų, kurie yra pagrindiniai jutiklio komponentai. Jie pagaminti iš metalo arba puslaidininkinių medžiagų ir gali chemiškai reaguoti su dujų molekulėmis. Elektrolitas yra laidus skystis, galintis sujungti elektrodus su puslaidininkiais ir sudaryti visą grandinę. Elektrocheminių dujų jutiklių veikimo principas pagrįstas redokso reakcijomis. Kai dujų molekulės liečiasi su elektrodo paviršiumi, jose vyksta oksidacijos-redukcijos reakcija, generuojant srovės signalą. Šis srovės signalas gali būti perduodamas į puslaidininkį per elektrolitą ir paverčiamas skaitmeniniu signalu. Daugiausia naudojamas toksiškoms dujoms aptikti, pasižymi dideliu jautrumu, greitu atsaku, geru patikimumu ir ilgu tarnavimo laiku. Jis gali aptikti įvairias dujas, tokias kaip anglies monoksidas, anglies dioksidas, deguonis, azotas ir kt.
Puslaidininkiniai dujų jutikliai
Puslaidininkiniai dujų jutikliai gaminami panaudojant dujų oksidacijos-redukcijos reakciją puslaidininkių paviršiuje, kad pasikeistų jautrių komponentų varžos vertė. Kai puslaidininkinis įtaisas kaitinamas iki stabilios būsenos ir yra adsorbuojamas dujoms kontaktuojant su puslaidininkio paviršiumi, adsorbuotos molekulės pirmiausia laisvai difunduoja objekto paviršiuje, prarasdamos savo kinetinę energiją. Kai kurios molekulės išgaruoja, o likusios molekulės yra termiškai skaidomos ir adsorbuojamos objekto paviršiuje. Išmatuotų dujų koncentracijos analizė daugiausia pasiekiama matuojant sumaišytų dujų šilumos laidumo pokytį. Paprastai dujų jutiklio šilumos laidumo skirtumas paverčiamas varžos pokyčiu per grandinę. Tradicinis aptikimo metodas yra bandomų dujų siuntimas į dujų kamerą, kur dujų kameros centras yra termojautrumas elementas, pvz., termiškai jautrus rezistorius, platinos viela arba volframo viela. Kaitinant iki tam tikros temperatūros, mišrių dujų šilumos laidumo pokytis paverčiamas termiškai jautraus elemento varžos pokyčiu.
PID Valdymas (Proporcinis-Integralinis-Išvestinis Valdymas)
PID (proporcinis-integralinis-išvestinis) valdymas yra įprastas automatinio valdymo algoritmas, plačiai naudojamas pramoninėje automatikoje, robotų valdyme, orlaivių navigacijoje ir kitur. PID valdiklis susideda iš trijų dalių: proporcinio valdiklio (P), integruoto valdiklio (I) ir diferencialinio valdiklio (D).
- Proporcinis valdiklis (P) koreguoja grįžtamąjį signalą proporcingai sustiprintu būdu pagal valdymo paklaidos dydį. Proporcingumo konstanta (Kp) nulemia korekcijos dydį, kuris didėja didėjant paklaidai, todėl didėja sistemos stabilumas.
- Integruotas valdiklis (I) koreguoja grįžtamąjį signalą laipsniškai stiprinant, remiantis valdymo klaidos integralu. Integralinis terminas pašalina pastovios būsenos paklaidą ir išlygina sistemos atsaką.
- Diferencialinis valdiklis (D) koreguoja grįžtamąjį signalą diferenciniu stiprinimu pagal valdymo klaidos kitimo greitį. Diferencialinis terminas numato klaidos tendenciją, kad būtų galima iš anksto imtis kontrolės priemonių, kad būtų išvengta sistemos viršijimo ir virpesių.
PID valdymas leidžia automatiškai reguliuoti sistemą, derinant proporcinių, integralinių ir diferencialinių valdiklių išėjimus. Tarp jų proporcinis valdiklis gali greitai reaguoti, integruotas valdiklis gali pašalinti pastovios būsenos paklaidą, o diferencialinis valdiklis gali iš anksto numatyti klaidos pasikeitimą. PID valdiklių projektavimas ir parametrų reguliavimas yra dažna valdymo inžinerijos problema. Tradicinis metodas yra koreguoti parametrus bandomuoju ir klaidos metodu bei patirtimi, tačiau šis metodas dažnai reikalauja pakartotinių bandymų ir koregavimo ir yra mažiau efektyvus.
Apibendrinant, PID valdymas yra bendras valdymo algoritmas, leidžiantis pasiekti stabilų sistemos valdymą ir optimizuoti našumą, naudojant bendrą proporcingų, integralinių ir diferencialinių valdiklių poveikį.