面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

劉繼慶

（中機眉山再生能源有限公司，四川 眉山 620000）

常規(guī)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)在熱處理現(xiàn)場生產(chǎn)過程可以通過監(jiān)測硫化氫濃度進行系統(tǒng)的警報提示，但在惡劣氣候和惡劣環(huán)境場合中，常規(guī)的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)存在硫化氫濃度監(jiān)測精準度低的不足[1]，為此提出面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

進行相關(guān)信號采集、信號調(diào)理和信號顯示以及警報，完成硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計；搭建硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的主程序流程，實現(xiàn)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計。為保證設(shè)計的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，模擬生產(chǎn)作業(yè)過程中硫化氫監(jiān)測實驗環(huán)境，利用兩種不同的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)，進行生產(chǎn)作業(yè)中的硫化氫濃度監(jiān)測仿真實驗，得出提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)對于硫化氫濃度具有加強的感應(yīng)能力。

1 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

在熱處理生產(chǎn)作業(yè)過程中極易產(chǎn)生這一高危險氣體。在日常生活中，硫化氫濃度較低時，會造成鼻腔和眼睛的不舒服，而濃度比較高時會引起人全身的不適甚至危及生命，因此對于硫化氫的監(jiān)測變得極為重要，而在硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計方面，主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊等組成[2]，硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 傳感器模塊

傳感器模塊即對相應(yīng)的信息進行采集處理，應(yīng)用電化學原理，通過傳感器測量實驗環(huán)境中空氣的硫化氫濃度，這一過程極大的利用電解池的工作原理通過硫化氫的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號，進而實現(xiàn)對信息的采集處理。在傳感器模塊中，工作電極、對電極以及參考電極是這一模塊中最為重要的三個電極，其中暴露于空氣一端的工作電極通常與環(huán)境中硫化氫氣體進行接觸，電極一端發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流，外電路進行計算的到電流信息值，工作一端的電極和對電極之間相互作用產(chǎn)生的電流隨電解質(zhì)進行傳導(dǎo)，使工作電極電位發(fā)生變化，極大地減弱了傳感器的工作性能，在此基礎(chǔ)上，參考電極的介入，很大程度改善了傳感器的敏感度和線性度，進一步增大了硫化氫濃度的測量范圍[3]。

圖1 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 處理器模塊

從傳感器得到的電流信號一般較為微弱，有時難以接收到，因此加入處理器模塊，對傳感器輸出的信號進行調(diào)理，使信號波感放大，同時進行電流電壓的信息轉(zhuǎn)化，這一過程很大程度幫助接收信號，是參考電極上零電流，保證恒定的電壓電位，將接收的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號并在此基礎(chǔ)上放大。

1.3 無線通信模塊

無線通信模塊即是對硫化氫氧化還原反應(yīng)傳輸出電子信號進行顯示與相應(yīng)濃度所發(fā)出的警報，此過程在相應(yīng)的LED屏上顯示硫化氫的電流信息，同時借助鳴峰器進行硫化氫濃度超標的聲音警報，其中鳴峰器在工作時的電流較強，所以在鳴峰器前加入了三極管進行保護，以免發(fā)生短路影響對硫化氫濃度的監(jiān)測[4]。

2 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計部分也是采用模塊化設(shè)計所得，其分為主程序、硫化氫濃度數(shù)據(jù)采集程序、相應(yīng)濃度大小判斷以及報警裝置子程序所組成[5]，其硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖2所示：

圖2 硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)軟件流程圖

基于監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，實現(xiàn)了本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

3 實驗驗證

為保證本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計有效性，進行仿真實驗。

驗證提出其監(jiān)測準確性。由于現(xiàn)場實驗存在較大的不確定性，難以控制單一變量，為此本文采用仿真實驗的方式，進行監(jiān)測系統(tǒng)準確性的驗證。仿真實驗軟件采用ansys，版本號18.0，模擬常見的金屬熱處理工藝。其中ansys設(shè)置的實驗變量參數(shù)，如表1所示。

表1 實驗設(shè)置變量參數(shù)

根據(jù)實驗變量參數(shù)的設(shè)定，進行硫化氫監(jiān)測準確性仿真實驗，實驗過程中，控制熱處理溫度單一變量，進行材料的熱處理操作。利用兩種硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)。

對其熱處理過程所產(chǎn)生的硫化氫，進行監(jiān)測。并與實際的硫化氫數(shù)值進行對比，求出兩種監(jiān)測方法，在不同熱處理溫度下的，硫化監(jiān)測準確度。形成硫化氫檢監(jiān)測對比結(jié)果曲線，圖3所示。

圖3 硫化氫檢監(jiān)測對比結(jié)果曲線

根據(jù)實驗對比結(jié)果曲線可以得出，本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，叫我傳統(tǒng)硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)，具有更高的監(jiān)測準確性。不受溫度變化影響，適合常規(guī)的退火，正火，淬火，回火，固溶，失效熱處理硫化氫監(jiān)測。

經(jīng)統(tǒng)計計算得出本文提出的面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測準確性為94.2%，傳統(tǒng)的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測準確性為76.0%，從而得出，提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)較傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測準確性提高18.2%，適合于面向金屬熱處理的硫化氫監(jiān)測。

4 總結(jié)

本文提出了面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，基于監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，完成了提出的系統(tǒng)設(shè)計，實驗數(shù)據(jù)表明，提出的硫化氫監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的準確性，希望本文的研究能夠為面向金屬熱處理工藝的硫化氫監(jiān)測提供技術(shù)支持。