Датчик взрыва горячих паров/газа в замкн. объеме, Подскажите идею или сам датчик Опции

[EvgenyNik]

Уважаемые форумчане, стоит задача зафиксировать (а в идеале - измерить силу/степень взрыва) горячих паров/газа в закнутом объеме.
Постановка задачи:
1. Объем порядка 50-70 грамм (в эквиваленте воды).
2. Температура паров до 160 градусов (внутри объема).
3. Давление - атмосферное.
4. Конструктивно - алюминиевые стакан с крышкой, внутри испаряющаяся жидкость. Подогревается снизу. Под крышкой производится искровой разряд, от которого при определённой температуре пары вспыхивают.
Цель: зафиксировать температуру жидкости/пара, при которой пары вспыхнули от искры.
Собственные идеи:
а) в крышке отверстие, закрывается лепестком, который в момент взрыва подскакивает и его другой конец проходит через оптопару.
+) возможность установки оптопары вне горячей зоны
-) сложность конструкции, значительные габариты
-) невозможность измерения силы взрыва (пары могут состоять из нескольких фракций, которые вспыхивают при разных температурах; интересует самый сильный взрыв фракции, представленной в бОльшей доле).
б) опять-таки, отверстие, но закрывается платкой с датчиком ускорения, соединённой с измерительной частью гибкими проводниками.
+) простота конструкции
+) возможность измерения силы взрыва
-) под платкой температура 160 градусов... Микросхема на плате запросто прогреется выше 120...

Какие будут идеи?
Проект не серийный коммерческий, лабораторный, но повторяемость на 5-10 изделей желательна.

[EvgenyNik]

каково максимальное давление, которое может развиваться в камере?
- какова необходимая точность измерения температуры и давления (во времени)?
- зачем нужно интегрировать результат измерения давления?

-атмосферы 2, не более.
- температуры +/-0.5 градуса. Сразу после срабатывания датчика вспышки (или появления утвердительного результата от алгоритма определения вспышки) необходимо зафиксировать значение температуры. Таким образом, что во времени, что нет - требуется одинаковая точность, т.к. после вспышки температура продолжает расти. Вообще, этим можно воспользоваться и путём интерполяции более точно вычислить значение, при котором была вспышка, но игра не стоит свеч из-за прочих технологических погрешностей.
- точность определения давления и вовсе не регламентируется, т.к. само по себе оно не важно. 1/20 от атмосферного атмосферы вполне подойдёт.
- интегрировать не нужно, но желательно, с целью косвенного определения выделяемой энергии в процессе воспламения или взрыва. Необходимо определить температуру, при которой в процессе вспышки выделелось макс. кол-во энергии, т.е. произошло воспламенение основной массовой доли вещества.

Переведите на язык родных осин.

пошуршать листьями? :-) Станислав, будь я химик и спец по горению, может был более конкретен, а я электроник и многие вещи приходится самому воспринимать вслепую.

И что же Вы хотите получить от этого датчика?

Непосредственно с датчика - угол подъема пластины, закрывающей выхлопное отверстие.
Подобная конструкция, правда, без датчика угла уже тестировалась:
результаты, по которым не надо срабатывать:
- воспламенения малых (по доле к общей массе) фракций либо не приподнимают пластину вообще (объем не идеально гермитичен), либо приподнимают не надолго и/или не высоко (градусов 10-15).
- если малые фракции взрываются, то создается пиковое давление, но длительного его поддержания не происходит и пластина подскакивает достаточно высоко (градусов 30-40), но очень короткое время.
результаты, по которым надо срабатывать:
- воспламеняется основная фракция, пластина поднимается достаточно высоко (от 20 до 40 градусов) и некоторое время удерживается в поднятом состоянии (угол меняется по затухающей экспоненте, с постоянной времени превышающей случаии несрабатывания; если постоянная такая же, то амплитуда всё равно значительно меньше).
- взрывается основная фракция - пластина подскакивает на угол более 50 градусов.
---
Получается, что
- сравнение по амплитуде не подходит, т.к. можно спутать горение основной фракции с взрывом малой;
- определение по длительности тоже не годиться, т.к. можно спутать горение малой фракции с взрывом основной.
Применяя анализ по обоим величинам (амплитуда, длительность) получаем более селективный алгоритм.
Кроме того, если продолжать поджиг после вспышки основной фракции, то и амлитуда и длительность последующих процессов резко падают, т.к. если строить график, то наблюдается явный максимум.

[Зина]

-атмосферы 2, не более.
- температуры +/-0.5 градуса. Сразу после срабатывания датчика вспышки (или появления утвердительного результата от алгоритма определения вспышки) необходимо зафиксировать значение температуры. Таким образом, что во времени, что нет - требуется одинаковая точность, т.к. после вспышки температура продолжает расти. Вообще, этим можно воспользоваться и путём интерполяции более точно вычислить значение, при котором была вспышка, но игра не стоит свеч из-за прочих технологических погрешностей.
- точность определения давления и вовсе не регламентируется, т.к. само по себе оно не важно. 1/20 от атмосферного атмосферы вполне подойдёт.
- интегрировать не нужно, но желательно, с целью косвенного определения выделяемой энергии в процессе воспламения или взрыва. Необходимо определить температуру, при которой в процессе вспышки выделелось макс. кол-во энергии, т.е. произошло воспламенение основной массовой доли вещества.

пошуршать листьями? :-) Станислав, будь я химик и спец по горению, может был более конкретен, а я электроник и многие вещи приходится самому воспринимать вслепую.

Непосредственно с датчика - угол подъема пластины, закрывающей выхлопное отверстие.
Подобная конструкция, правда, без датчика угла уже тестировалась:
результаты, по которым не надо срабатывать:
- воспламенения малых (по доле к общей массе) фракций либо не приподнимают пластину вообще (объем не идеально гермитичен), либо приподнимают не надолго и/или не высоко (градусов 10-15).
- если малые фракции взрываются, то создается пиковое давление, но длительного его поддержания не происходит и пластина подскакивает достаточно высоко (градусов 30-40), но очень короткое время.
результаты, по которым надо срабатывать:
- воспламеняется основная фракция, пластина поднимается достаточно высоко (от 20 до 40 градусов) и некоторое время удерживается в поднятом состоянии (угол меняется по затухающей экспоненте, с постоянной времени превышающей случаии несрабатывания; если постоянная такая же, то амплитуда всё равно значительно меньше).
- взрывается основная фракция - пластина подскакивает на угол более 50 градусов.
---
Получается, что
- сравнение по амплитуде не подходит, т.к. можно спутать горение основной фракции с взрывом малой;
- определение по длительности тоже не годиться, т.к. можно спутать горение малой фракции с взрывом основной.
Применяя анализ по обоим величинам (амплитуда, длительность) получаем более селективный алгоритм.
Кроме того, если продолжать поджиг после вспышки основной фракции, то и амлитуда и длительность последующих процессов резко падают, т.к. если строить график, то наблюдается явный максимум.

Есть схожая проблема изучения процессов в камере сгорания ДВС. По осциллограмме давления можно очень легко проанализировать все фазы процесса. Момент вспышки, характер горения различных фракций и т.д. легко определить даже визуально, кривая совершенно характерная.
Разные фирмы, например kistler, выпускают готовые датчики, в том числе на ваши давления. Втыкаете датчик в стакан (дырку надо просверлить ) и к АЦП.

Малоинерционный датчик температуры на мой взгляд гораздо труднее сообразить. Только не слушайте "умные советы" применить кремниевые. Не для этого они.
Успехов!

Сообщение отредактировал Зина - Aug 5 2007, 08:19

[Stanislav]

Малоинерционный датчик температуры на мой взгляд гораздо труднее сообразить. Только не слушайте "умные советы" применить кремниевые. Не для этого они.
Успехов!

А для чего же они, не просветите?
Кроме того, что именно Вы подразумеваете под малоинерционностью?
Я имею в виду датчики, постоянная времени которых гораздо меньше характерного времени развития процесса.
Если нужны более быстрые датчики - здесь, конечно, терморезисторы рулят.

Stanislav, связь с РС, Матлаб... Это всё хорошо, правильно и удобно. Но есть одно "но" - прибор должен быть самодостаточным в своей базовой конфигурации, т.е. без присоединений к чему-либо.

Да ради бога. Обкатайте алгоритм на Матлабе, а потом можете его реализовать хоть на дешёвом восьмибитном МК, в автономном устройстве. Но совсем "вслепую" делать не советую - труда положите больше, и вернётесь к тому, о чём я и написал.

Сообщение отредактировал Stanislav - Aug 6 2007, 11:00