- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3

Скоро…

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 1

38 попугаев

Удав в попугаях выглядит гораздо длиннее, но в нашем случае это достаточно крупная единица измерений. Для определения размеров измерителя МТ8057 используем классический спичечный коробок или привычную линейку: 116х38х24 мм.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 2

Я вас не спрашиваю, где вы были. Я спрашиваю, откуда вы идете!

Оказалось, что данные из прибора можно автоматически записывать в компьютер и строить графики, чтобы точно определить, откуда идет то или иное значение концентрации углекислого газа.
Обнаружилось это случайно. При подключении питания от USB-порта, компьютер сказал: “Дзинь-дзинь!”

Устройство, подумал я, и не ошибся. Поиски драйвера привели на два, незначительно отличающихся варианта программы для работы с этим прибором.
При помощи программы можно увидеть реальные и архивные значения, произвести настройку программы и калибровку прибора, получить табличные значения измеренных параметров.
Работа программы проверена на Windows XP и 7.

Он знает мало, но точно!

Существует много приборов, которые отличаются точностью измерений, функциональными возможностями и соответственно ценой.
Поэтому, нравиться всем — слишком дорогое удовольствие! На примере экспериментов и графиков показано, что в большинстве случаев для бытового применения достаточно точности 100 ppm, тем более, что существует такие явления, как отсутствие заводской калибровки у приборов некоторых производителей, естественный уход показаний датчика, отсутствие доступа к эталонному воздуху для ручной калибровки, сработавшая автоматическая калибровка в помещении, где не производится проветривание, нестабильное содержание углекислого газа в применяемом для эталона уличном воздухе*.
Влияние этих факторов в некоторых случаях суммарно превышает точность измерения особо точных приборов и не позволяет определить истинную концентрацию через некоторое время эксплуатации. Если имеются сомнения в точности показаний, то можно произвести калибровку прибора.

Калибровка

В результате естественного ухода, показания датчика при продолжительном использовании прибора могут отклониться от истинного значения. Чтобы вернуть их к норме, производят калибровку — сообщают прибору, что значение, которое он сейчас “видит” и является истинным. Отклонение можно заметить при качественном проветривании, когда концентрация должна опуститься до примерно 400 ppm*.
Калибровка бывает ручной и автоматической.
Ручная производится при помощи программы.
В качестве источника эталонного содержания углекислого газа может быть использован баллончик с концентрацией 1000 ppm, любой другой источник со стабильной концентрацией (ее значение указывается в окне настройки) или уличный воздух — считается, что он имеет около 400 ppm*.
Можно произвести калибровку по любому другому прибору, имеющему высокую точность, поместив их в один герметичный пакет. После прекращения изменения показаний (примерно 30 минут) при помощи программы записывают проверяемому прибору показание эталонного.
Если используется уличный или другой воздух, поступающий через отверстия в корпусе прибора, то калибруют около 30 минут.
Если источник эталонного газа подключается к калибровочному отверстию (на корпусе устройства вход расположен рядом с разъемом USB) и газ поступает непосредственно в датчик через специальную трубку, то процесс калибровки продолжается 5 минут.
Автоматическая включается/выключается в меню прибора “8bc”. Считается, что хоть раз за неделю помещение проветривалось и уличный воздух с “эталонной” концентрацией 400 ppm* достигал прибора. При включении данного режима прибор считает дни своей работы и фиксирует минимально измеренное значение концентрации углекислого газа. Данное минимальное значение и принимается в качестве эталона. При больших отклонениях бывшего эталонного значения и вновь измеренного возможен значительный скачок в показаниях. Чтобы этого не происходило, бывшее значение изменяют не более, чем на 30 или 50 ppm (точное значение можно узнать у производителя или выявить при наблюдении [3] за изменениями показаний).
Если помещение не проветривают, то целесообразно отключить автоматическую калибровку. Если корректировка уже произошла, то всегда можно произвести сброс на заводские настройки и, при необходимости, выполнить ручную калибровку.

* Сомнения по поводу эталона 400 ppm.
1. Недавно обнародованные результаты изменения концентрации углекислого газа на протяжении года, показанные в фильме NASA “A Year in the Life of Earth's CO2 [4]”, позволяют усомниться в целесообразности использования уличного воздуха в качестве эталона 400 ppm, особенно для приборов с высокой точностью.
2. Концентрация углекислого газа на планете [5] циклично меняется на протяжении лет, сейчас мы находимся на подъеме.
Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 3

3. График Килинга [6] в последние годы стал довольно динамичным, и фоновая концентрация за время жизни прибора может значительно измениться.
Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 4

4. Измерения для графика Килинга проводят на горе Мауна-Лоа, остров Гавайи. Но концентрация углекислого газа зависит от количества выбросов в атмосферу в конкретном месте. Поэтому в сельской местности фоновое значение одно, в маленьких городах другое, в больших — третье.
5. Уровень концентрации углекислого газа зависит от направления и скорости ветра — этим можно объяснить колебания фонового значения в больших городах.

Если у автомобиля с буквой «У» включились дворники, значит, она сейчас будет поворачивать

У тестируемых образцов дворники ни разу не включились.
Экран прибора 15 секунд показывает содержание углекислого газа, затем 5 секунд температуру воздуха.
Светофор слева от индикатора зажигает свой “красный-желтый-зеленый”, что вполне достаточно для оценки состояния воздуха при контроле с большого расстояния — удачное решение для моментальной оценки концентрации углекислого газа.
При помощи кнопок “Mode” и “Enter”, расположенных на задней части прибора, на экран можно вывести различную настроечную информацию:
ALEI” — высота над уровнем моря в точке измерения. Регулировка от 0 до 9900 м, шаг настройки 100 м, по умолчанию h = 0 м.
Настройка для более точного измерения, так как при изменении давления (высоты) показания необходимо корректировать.
Пример: прибор находился в герметичном пакете и при h = 0 м показывал концентрацию 664 ppm. После установки высоты 9900 м, показания сменились на 2050 ppm.
ALARM 1” — установка первого уровня тревоги: желтый сигнал светодиодного индикатора, по умолчанию 800 ppm.
ALARM 2” — установка второго уровня тревоги: красный сигнал индикатора, по умолчанию 1200 ppm.
8bC” — установка автоматической калибровки датчика каждые 8 дней, по умолчанию режим включен. Варианты установок — включен каждые 8 дней, пройдет только один раз через 8 дней, отключен.
RcFS” — сброс на заводские настройки.

Но все же, одно замечание в описании было замечено. По видимости, описание прибора составлялось для предыдущих версий прошивки, а на данный момент правильно будет так:
Разрешение отображения: 1 ppm при 0 ~ 1 000 ppm, 5 ppm при 1001 ~ 2 000 ppm, 10 ppm при 2001 ~ 2 990 ppm.
То есть, прибор будет показывать: ..., 998, 999, 1000, 1005, 1010,… 1990, 1995, 2000, 2010, 2020,… 2980, 2990, Hi.
При просмотре данных на компьютере, разрешение отображения выше.
Пример. Когда прибор показывает 2930 ppm, на компьютере можно увидеть значения 2931, 2936, 2939. То есть, в компьютер отправляется измеренное значение, а индикатор самого прибора обнуляет последнюю цифру.

Для удобства просмотра, корпус индикатора за счет ножек наклонен немного назад — это плюс. Но получился смещенный центр тяжести и в результате, при первоначальной дислокации, шнур питания из-за своей жесткости иногда пытается уронить прибор “лицом” вверх. В оправдание шнура можно отметить его значительную длину 159 см, позволяющую разместить индикатор на любом удобном месте стола.

Кстати, о машине с буквой “У”.
После получения водительского удостоверения студенткой, комсомолкой, спортсменкой (это все один человек), первую дальнюю поездку совместили с испытанием индикатора углекислого газа. На фотографии, сделанной через 30 минут после начала поездки — концентрация при включенном обдуве лобового стекла и нахождении в салоне 3-х человек.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 5

На коленях концентрация достигла 1400 ppm. При нахождении в салоне незаведенного автомобиля с закрытыми окнами одного человека, концентрация через 30 минут составила 1460 ppm — преимущества щелей.
При герметичной кабине и плохой работе системы вентиляции, повышенное содержание углекислого газа может стать причиной сонливости — как защитная реакция организма по уменьшению потребления кислорода в некомфортной среде. Для проверки необходимы дополнительные исследования и оснащение кабины аналогичным прибором.

Вскрытие показало, что причиной смерти послужило вскрытие

Постараемся сделать так, чтобы эта фраза не сработала.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 6

Качество сборки впечатлило.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 7

Блестящий цилиндр в дальней части снимка, это глаза и уши прибора — оптический датчик углекислого газа, работающий по недисперсионной инфракрасной технологии (NDIR).
В данном приборе используется датчик ZGm053UK.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 8

С одной стороны датчика находится ИК-излучатель (в данном случае лампа, но бывает и светодиод),

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 9

с другой — фотоприемник.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 10

Для измерения лампа вспыхивает каждые 5 секунд. В разных моделях период измерения различен, например, у скоростных приборов время уменьшено до 0,2 сек.

На завораживающий теплый свет ламповой вспышки можно смотреть вечно, но в видео “Измеритель СО2. Излучатель NDIR-датчика” их всего десять.

Лампа является источником инфракрасного света, который пропускается через светофильтр, имеющий максимум пропускания в интересующем нас диапазоне волн (в некоторых моделях фильтр устанавливается перед фотодатчиком).
Далее свет разделяется на два потока, один из которых проходит через камеру с эталонным газом, а другой через камеру, в которую проникает воздух из помещения.
По разнице ИК-излучения двух потоков, дошедших до фотодатчика, определяют степень поглощения света, которое зависит от концентрации газа, на который рассчитан прибор. Так как измеряется именно разность, то метод считается достаточно точным и стабильным.
Каждый газ имеет свой спектр поглощения [7].
Углекислый газ, попавший в камеру датчика через три фильтра на корпусе датчика или по трубке для калибровки, поглощает излучение с длиной около 4,3 мкм.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 11

Плата прибора многослойная, детали расположены на обеих сторонах, даже под индикатором.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 12

На стороне индикатора заметно отсутствие нескольких элементов, возможно, что это обвязка датчика влажности для другой модификации прибора.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 13

In vino veritas, in aqua sanitas

Прочитав комментарий [8] SkazochNik [9] к первой части статьи:

… буду пробовать пускать в wine.

подумал, почему бы и нет? Тем более, что яблочное вино усиленно готовилось [10], а брожение [11] — это именно тот процесс, в результате которого, помимо необходимого продукта, происходит выделение углекислого газа для очередного шокового теста прибора.
Была собрана небольшая установка, в которой происходил сбор газов, прошедших через водяной затвор. Газ поступал в прозрачный контейнер, где располагался измеритель углекислого газа. Измеритель был подключен к компьютеру для записи графика процесса.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 14

Перед опытом предполагалось, что выделяющийся углекислый газ заполнит емкость, и график, также как на собрании, о котором говорилось во второй части [2] статьи, пробьет потолок верхнего предела измерения прибора.
Вопрос стоял только в том, насколько быстро это произойдет?
Комната проветрена, измеритель помещен в контейнер, программа запущена, трубка от водяного затвора присоединена к контейнеру…
Меньше, чем через минуту график резко устремился вверх. Стало неинтересно, так как с такой скоростью роста, он через 15 секунд выйдет за верхнюю границу. Но тут произошло нечто странное. Перед самым “потолком” график резко изменил направление и начал строго горизонтальное движение на уровне 2698 ppm.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 15

По всей видимости, углекислый газ “утекал” через небольшое отверстие в месте вхождения в контейнер USB-кабеля.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 16

Чтобы уменьшить утечку, через 30 минут эксперимента была проведена “герметизация” при помощи пищевой пленки, после которой концентрация должна была по крайней мере хоть незначительно, но увеличиться.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 17

Но, уровень по прежнему не изменился ни на один ppm и продолжал оставаться строго на значении 2698 ppm.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 18

Или герметезация была не совсем качественной, или из банки выходил не только углекислый газ. Второе предположение ближе к истине, так как выходящий газ пахнет, а углекислый газ запаха не имеет.
Около часа ночи пошел спать, закрыв дверь комнаты, где остались только бактерии в вине.
Проснувшись в 4:18, не заметил никаких изменений в графике и извлек измеритель из контейнера, разместив его на столе. Теперь он контролирует концентрацию углекислого газа в комнате. Закрыл дверь в комнату и продолжил сон.
Утром, примерно в 6:50 дверь в комнату открыли, но в нее не заходили. При этом можно наблюдать средний фон углекислого газа по квартире.
В 7:29 эксперимент был завершен. Результат представлен на графике.

Предупреждён — значит, вооружён. Часть 3 - 19

Для любителей точных наук в текстовом файле “Данные по брожению [12]” находятся 3-х секундные результаты измерения.

Выводы.
1. Измеритель реально работает и позволяет увидеть невидимое.
2. Возможно определение наличия дыхания у многих живых организмов.
3. Благодаря прибору, значение концентрации довольно просто определить и его необходимо использовать в жизни. Как для профилактики болезней, так и для уже больных, с целью выявления причины недомогания. Кому-то это не надо, а тем, кто интересуется здоровьем, причинами, следствием — будет интересно.
Датчик концентрации углекислого газа позволяет улучшить микроклимат в помещении или, по крайней мере, исключить из списка возможных причин ухудшения здоровья влияние повышенной концентрации углекислого газа.
У многих людей прекрасно работают органы чувств и логика, у кого этого нет, прибор может стать хорошим помощником.
4. Индикатор можно подключить к компьютеру для записи результатов измерений с целью дальнейшего анализа.
По графику можно определить характеристики помещения — достаточность объема воздуха, как быстро происходит наполнение углекислым газом при появлении одного или нескольких человек, насколько быстро улучшается воздушная обстановки после покидания помещения человеком, какие достигаются концентрации и т. д.
По характеру изменения графика концентрации углекислого газа можно определить качество работы системы вентиляции.
5. Углекислый газ необходим, но хорошего всегда должно быть в меру. Чувствительность к концентрации углекислого газа у людей индивидуальна и зависит от множества факторов, в том числе от других параметров воздуха и состояния организма. Некоторые сотрудники работают (привыкают?) при концентрации 1700 ppm, у меня при 600...700 ppm возникает желание открыть окно. Кто-то падает в обморок, когда остальные продолжают стоять.
6. Благодаря проведенным измерениям начинаешь осознавать необходимость нормального объема воздуха и правильность работы системы вентиляции. Может быть, перестанет действовать поговорка о том, что люди ведут себя благоразумно только когда исчерпают все остальные возможности?
7. Индикатор могут использовать цветоводы и садоводы для наблюдения за растениями и создания оптимальных условий для их роста.
8. Приборы, принявшие участие в экспериментах, имеют различные серийные номера — мелочь, внушающая доверие.
9. Старое окно со щелями должно цениться выше, чем современное пластиковое. Или по-другому — пластиковому окну есть куда стремиться.
10. Необходимо быть ближе к природе (где концентрация в районе 400 ppm). Для городского жителя можно организовать здоровый сон на балконе.
11. Крупнейшим производителем кислорода является фитопланктон, осуществляющий фотосинтез в морях и океанах. Поэтому надо быть ближе и к этой природе.
12. Простейшие способы улучшения вентиляции помещений:
— прочистить сетку на вытяжной решетке вентиляционного канала (случай нескольких дней назад, когда при проветривании медленно снижался уровень диоксида углерода);
— отрегулировать створку окна так, чтобы образовалась небольшая щель;
— использовать двери без нижнего порога;
— не закрывать полностью двери;
— не закрывать все окна при работе кондиционера.

Множество фотографий — инструкция по работе с прибором и его основные технические характеристики, результаты измерений, печатная плата и графики работы приведены в альбоме “Измеритель углекислого газа [13]”.

Зеленых огней на светофоре ваших индикаторов!

P. S. На GT [14] вышла статья "Простой способ повысить эффективность работы и избежать «войн за проветривание» в офисе [15]", где описан данный индикатор.
Полностью согласен с названием статьи, так как убедить сотрудников в необходимости проветривания ох, как нелегко. Надеюсь, что с прибором это будет намного легче.

←сюда [2] туда→

Автор: Kidar

Источник [16]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/razrabotka/81038

Ссылки в тексте:

[1] Часть 1: фотосинтез, все живое дышит, шоковые измерения: http://habrahabr.ru/company/masterkit/blog/248405/

[2] Часть 2: вентиляция помещений, вред собраний, преимущество двух приборов для проведения экспериментов: http://habrahabr.ru/company/masterkit/blog/248401/

[3] при наблюдении: http://youtu.be/YyurAdx3cwk?t=2m10s

[4] A Year in the Life of Earth's CO2: http://youtu.be/x1SgmFa0r04

[5] Концентрация углекислого газа на планете: https://ru.wikipedia.org/wiki/Углекислый_газ_в_атмосфере_Земли

[6] График Килинга: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%BA_%D0%9A%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D0%B0

[7] спектр поглощения: https://ru.wikipedia.org/wiki/Спектр_поглощения

[8] комментарий: http://habrahabr.ru/company/masterkit/blog/248405/#comment_8237461

[9] SkazochNik: http://habrahabr.ru/users/skazochnik/

[10] усиленно готовилось: http://youtu.be/jXjPCU_OPw4

[11] брожение: https://ru.wikipedia.org/wiki/Брожение

[12] Данные по брожению: https://docs.google.com/document/d/1OVofODPXRlqGV03WfKo-WtN9L6ZZN786Pdiuv_ZasCg/edit?usp=sharing

[13] Измеритель углекислого газа: https://plus.google.com/photos/116668088451857322516/albums/6090571041584226849?authkey=CPSjqK3Xtvy6rQE

[14] GT: http://geektimes.ru/

[15] Простой способ повысить эффективность работы и избежать «войн за проветривание» в офисе: http://geektimes.ru/company/dadget/blog/245034/

[16] Источник: http://habrahabr.ru/post/248403/