Опыт эксплуатации системы сбора и обработки экологической информации

Э.В. Рощупкин, С.В. Недошивин, Е.К. Шипьянов
Тульский государственный университет,
г. Тула

В промышленном центре России Тульская область – одна из самых индустриальных. На сравнительно небольшой ее территории сконцентрировано большое число предприятий машиностроения, химической промышленности, крупные металлургические предприятия, большое число тепловых электростанций. Чистый, здоровый воздух в г. Туле в последние годы становится дефицитным природным ресурсом. Для контроля за состоянием окружающего воздуха необходим непрерывный мониторинг.

Система сбора и обработки экологической информации, разработанная в Тульском государственном университете, на кафедре Аэрологии, охраны труда и окружающей среды, состоит из следующих основных частей [1]. Это центр сбора и обработки информации, стационарные экологические посты [2], мобильные экологические посты и устройства связи между экологическими постами и центром сбора и обработки экологической информации.

Стационарный пост представляет собой фотоколориметрический порошковый стационарный автоматический прибор циклического действия, состоящий из блока управления и датчиков на СО, N0₂, S0₂, производства ЗАО «Экодатчик» г.Тула (N0₂, S0₂) и ФГУП «СПО «Аналитприбор» г. Смоленск (СО) [2].

Принцип действия индикаторного порошка в составе газоанализатора основан на изменении спектрального коэффициента отражения от его поверхности в видимой области спектра при контакте с анализируемым воздухом.

Анализируемый воздух подается в газоанализатор через штуцеры «Вход газа» датчиков, где циклически с перодом Тзад=20 минут на диапазоне 1 и Тзад=5 минут на диапазоне 2, производится обдув индикаторного порошка в чашке под фотоблоком.

На рисунке 1 представлена циклограмма работы датчика.

Рис. 1. Циклограмма работы датчика

Анализируемый воздух, проходя над порцией индикаторного порошка в чашке порошковой камеры, вызывает изменение окраски порошка. Фоторезистор изменяет свою проводимость пропорционально отражению индикаторного порошка.

Анализируемый газ, находящийся в воздухе, вступает в реакцию с индикаторным порошком. Изменение спектрального коэффициента отражения индикаторного порошка в диапазоне длин волн 555-585 нм преобразуется в пропорциональный выходной электрический сигнал постоянного тока.

Наряду с унифицированным сигналом газоанализатор имеет три выходных сигнала синхронизации работы с внешними устройствами: «Диапазон», «Данные стабильны» и «Отказ». Сигнал «Диапазон» несет информацию о номере диапазона, в пределах которого измерена концентрация. Сигнал «Данные стабильны» формируется по окончании цикла измерения и свидетельствует о том, что внешнее устройство может считывать информацию о концентрации измеряемого газа (см. рисунок 1). Сигнал «Отказ» формируется при перегорании источника излучения, отключении в цепи жизнеобеспечения газоанализатора, что ведёт к нарушению алгоритма работы или неправильным показаниям.

Время непрерывной работы газоанализатора в автоматическом режиме без обслуживания 30 суток при концентрации измеряемых компонентов на уровне, соответствующем верхнему значению 2-ого диапазона измерений, и относительной влажности анализируемого воздуха не более 80 %. Время установления показаний газоанализатора без учета времени транспортирования пробы не превышает двух циклов (Рис. 1). Циклический режим работы прибора сказывается на его показаниях (Рис. 2).

Рис. 2. Суточный ход показаний фотоколориметрический порошкового прибора

Временные интервалы, необходимые для смены порции и перемешивания порошка в камере, приводят к характерным прямоугольным ступенькам на графиках (Рис. 2). Если в эти моменты времени произойдет выброс большой концентрации измеряемого компонента, что характерно для крупного города, то прибор не сможет их зафиксировать, что может привести к неточности показаний.

Для измерения газа СО используется датчик «Палладий-3» производства ФГУП «СПО «Аналитприбор» г. Смоленск.

Датчик предназначен для непрерывного автоматического измерения концентрации окиси углерода СО в атмосфере и воздухе производственных помещений и жилой зоны в диапазоне 0,01-50 мг/м³. Прибор может быть использован в стационарных лабораториях для контроля состава атмосферы, а также для определения уровня загрязнения промышленной зоны.

В датчике использован метод анализа газов, основанный на электролизе при постоянном потенциале. Чувствительным элементом газоанализатора является электрохимическая ячейка. Принцип работы - электрохимический. Способ забора пробы - принудительный. Прибор требует дозаправки электролита 1 раз в 10 дней.

Ввиду непрерывности измерений графические зависимости имеет гладкий вид (Рис. 3).

Рис. 3. Суточный ход показаний прибора на электрохимической ячейке

Однако применение серной кислоты H₂SO₄ требует осторожного обращения с прибором.

Наиболее перспективным направлением построения современных газоанализаторов является применение современных полупроводниковых, сенсоров (датчиков), необслуживаемых в течении всего срока службы. В последнее время на рынке данных сенсоров появилось большое количество недорогих и одновременно надежных сенсоров китайского производства со сроком службы 3- 5 лет.

Перспектива современных сенсоров позволяет строить малогабаритные многофункциональные мобильные устройства, с автономным питанием и малым током потребления. Применение дешевых и одновременно надежных однокристальных микроЭВМ, содержащих в себе все основные блоки, необходимые для подключения различных датчиков концентраций газов, температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, интенсивности солнечной радиации и др., позволяет снизить стоимость системы экологического мониторинга на порядок. Данные микроконтроллеры легко объединятся в локальные и GSM сети которые можно контролировать через сеть Интернет или по радиоканалу, с использованием радиомодемов, в тех местах, где не предоставляется возможным использование локальной сети, а также с помощью SMS сообщений и через GPRS-Интернет.

Список литературы

1. Бизикин А.В. Информационная система сбора и отображения экологической информации в AutoCADMap 2000i// Известия ТулГУ Серия «Экология и рациональное природопользование». Вып. 2. / А.В. Бизикин, Э.В. Рощупикин. – Тула: Изд-во ТулГУ. – 2006. – С. 191-197.

Назад к списку