Детектор загрязнения окружающего воздуха

Данное устройство предоставит пользователям экономичное решение для контроля качества воздуха. Организации по защите окружающей среды определили пять основных загрязнителей атмосферы: озон, твердые частицы в воздухе, оксид углерода, диоксид серы и оксид азота.

Данное устройство может детектировать все эти загрязняющие вещества, кроме диоксида серы. Кроме того, устройство включает детектор бытового газа, что позволит предупреждать пользователей об утечке газа или присутствия горючих газов.

Также в комплект входит датчик температуры и влажности.

Мы откалибровали устройство согласно даташитов датчиков для предварительной оценки качества работы устройства в целом. Так как используемые датчики достаточно дешевые и их параметры значительно колеблются от компонента к компоненту, их калибровка выполнялась при заранее известной концентрации вредных газов.

Шаг 1: Материалы

Управление и питание

Микроконтроллер Arduino Uno
Источник питания напряжением 5В
RGB 16×2 LCD шилд

Датчики

Датчик твердых частиц Shinyei PPD42
Газовый датчик MQ-2
Газовый датчик MQ-9
Газовый датчик MiCS-2714 (NO2)
Газовый датчик MiSC-2614 (Озон)
Датчик температуры и влажности Keyes DHT11

Дополнительные материалы для сборки

Доступ к 3D принтеру
Макетная плата
5В вентилятор
10 – 15 проводников калибра 24 (0.511 мм)

Шаг 2: Общая электрическая схема

Вышеуказанная электрическая схема представляет собой общую схему, демонстрирующую работу детектора вредных газов. Подробная электрическая схема для макетной платы будет представлена ниже.

Примите во внимание, что вы можете изменить большинство цифровых и аналоговых портов, к которым подключаются датчики, если это будет необходимо (по любой причине); для этого следует внести изменения в предоставленный код программы.

Шаг 3: Датчик твердых частиц

Для сбора данных о концентрации твердых частиц в воздухе мы использовали два пылевых датчика Shinyei PPD42.

Каждый датчик Shinyei имеет два сигнальных выхода: один для мелких твердых частиц (левый желтый провод на изображении выше) и один для больших твердых частиц. Эти выходы подсоединены к цифровым входам Ardiuno. Для портов датчика требуется напряжение питания +5В и земля. Смотрите общую электрическую схему.

Каждый датчик использует инфракрасный светодиод и фотодиод для измерения концентрации рассеянных в воздухе твердых частиц. Внутренняя схема преобразует выходной сигнал фотодиода в цифровые сигналы.

Обычно на выходе датчика сигнал +5В, а когда датчик обнаруживает частицы, он посылает низковольтный импульс.

Период времени, когда на выходе низкий сигнал или “low-pulse occupancy percentage” (процент времени, в течение которого на выходе фотодиода низкий уровень напряжения) пропорционален концентрации твердых частиц в воздухе.

Подробный анализ обратного декодирования датчика Shinyei PPD42 указан в учебном материале Трейси Аллена

Шаг 4: Печатная плата газового датчика

Выше показана электрическая схема для печатной платы газовых датчиков и датчика температуры/влажности. Подробные сведения об установке каждого компонента указаны ниже в следующих шагах.

Заметьте, что ваша печатная плата может отличаться физически от указанной на изображении.

Фактически, рекомендуется самостоятельно изготовить печатную плату для компонентов с поверхностным монтажом, вместо использования макетной платы.

Шаг 5: Датчики озона и NO2

Мы использовали датчики с поверхностным монтажом MiCS-2614 и MiCS-2714, которые могут обнаруживать в воздухе озон и двуокись азота соответственно.

Оба этих датчика используют внутренний резистор в своем сенсорном элементе. На схеме выше измерительный резистор расположен между выводами (G) и (K). Используйте омметр для того, чтобы убедиться в правильном расположении выводов. Сопротивление резистора должно находиться в пределах 10-20 kΩ.

Кроме того оба датчика оснащены нагревательным элементом между выводами (A) и (H). Данный нагревательный элемент поддерживает требуемую температуру сенсорного элемента. Сопротивление нагревательного элемента составляет 50-60Ω.

В идеальном случае оба датчика необходимо установить поверхностно на печатной плате. Однако при отсутствии печатной платы следует аккуратно подпаиваться к выходам этих датчиков, используя низкотемпературный припой и проявлять особую осторожность.

Как показано на электрической схеме для макетной платы, мы установили резисторы номиналом 82Ω и 131Ω последовательно с нагревательными элементами датчиков MiCS-2614 и MiCS-2714 соответственно.

Это гарантирует, что нагревательные элементы получат необходимый уровень мощности.

Если у вас нет резистора номиналом 131Ω (это нестандартное значение), тогда используйте резисторы на 120Ω и 12Ω, подключенные последовательно.

Мы разместили измерительные резисторы в обоих датчиках последовательно с резисторами 22kΩ с целью создания делителя напряжения. По напряжению на выходе делителя напряжения мы смогли вычислить измерительное сопротивление датчика.

Rsenor = 22kΩ * (5В / Ввых – 1)

Шаг 6: Датчики токсичного газа MQ

Для измерения токсичных газов, включая пропан, бутан, сжиженный попутный газ и оксид углерода, мы использовали газовые датчики MQ-2 и MQ-9.

MQ-2 и MQ-9 очень похожи на датчики MiCS.

Они используют газочувствительный резистор (SnO2) для детектирования концентраций токсичных газов и имеют нагревательный элемент для поддержания требуемой температуры датчика.

Схемы, используемые для этих датчиков, аналогичны схемам для датчиков MiCS, за исключением того, что мы использовали транзистор вместо резистора для регулировки нагревательной мощности в MQ-9.

Для получения подробных сведений касательно монтажа обратитесь к электрической схеме для макетной платы.

Для датчика MQ-2, подсоедините вывод с меткой A к 5В питания, вывод с меткой G к земле, а вывод с меткой S подсоедините к земле через резистор 47 kΩ.

Для газового датчика MQ-9, подсоедините вывод с меткой A к транзистору, вывод с меткой B к 5В питания, вывод с меткой G к земле, а вывод с меткой S подсоедините к земле через резистор 10 kΩ.

Шаг 7: Датчик температуры и влажности

Данный датчик нужно обязательно использовать, поскольку контроль температуры и влажности играет важную роль в определении концентрации газов. Высокая влажность и температура значительно влияют на точность измерений. Поэтому очень важно контролировать эти изменяющиеся параметры.

Температуру и влажность можно одновременно контролировать с помощью одного датчика. Согласно изображению выше, левый вывод присоединяют к питанию, средний вывод – сигнальный выход, а правый к земле. Выходной сигнал от данного датчика поступает на цифровой порт Arduino.

В нашем коде предполагается, что температурный сигнал поступает на цифровой порт 2. При необходимости можно поменять на другой цифровой порт; просто в код программы следует внести соответствующие коррекции в зависимости от выбранного порта.

Для надлежащего использования данного компонента обратитесь к электрической схеме для макетной платы.

Шаг 8: Источник питания и вентилятор

Если вы обратите внимание на электрическую схему для всего проекта, то увидите, что вам необходимо только одно входное напряжение величиной 5В. Для данного проекта можно использовать обычный сетевой адаптер, показанный выше. Кроме того, вам потребуется корпусной вентилятор, который поможет предотвратить перегрев устройства. Можно использовать стандартный 5В вентилятор требуемого размера.

Шаг 9: Корпус

Корпус можно изготовить многими способами. Мы использовали UP 3D принтер. Мы приложили STL файл, который использовали для окончательной печати.

Шаг 10: Код программы

Код для извлечения исходных данных из устройства прикреплен выше. Данный код распечатывает на компьютере через последовательный монитор значения сопротивления датчика, процент занятости низко импульсных сигналов Shinyei PPD42 и показания температуры и влажности. Также исходные данные можно просмотреть на LCD дисплее.

Для правильной работы кода сначала необходимо загрузить библиотеки для LCD шилда, и датчиков температуры и влажности. Библиотеки можно найти на следующих веб-сайтах:

Код для LCD шилда

Код для датчика температуры и влажности

Шаг 11: Интерпретация данных

Для определения концентрации твердых частиц мы использовали научную статью Дэвида Холстиуса (David Holstius).

В статье для пылевого датчика Shinyei PPD42 были определены соотношения выходов датчика и измерений, проведенных Управлением по охране окружающей среды. Диаграммы в приложении указывают наиболее подходящие графики для данных.

Мы использовали графики для выполнения аппроксимации концентрации твердых частиц PM2.5 в микрограммах на метр кубический следующим образом:

PM2.5 = 5 + 5 * (небольшой процент времени, в течение которого на выходе фотодиода низкий уровень напряжения).

Для оценки концентрации газа от газовых датчиков MiCS, мы использовали графики в даташитах (NO2 и O3) для извлечения функций, касающихся сопротивления датчика по отношению к концентрации газа.

Для датчиков MQ мы использовали графики из даташитов датчиков для качественной оценки данных. Когда значение сопротивления падает ниже половины сопротивления в воздухе, то вероятно, что датчик обнаруживает целевые газы. Когда сопротивление падает на коэффициент 10, уровни целевого газа будут в районе 1000 промилле, то есть близко к требуемому безопасному пределу.

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

Polution Box 133mm.rar (59 Кб)

Универсальный детектор Спасатель

Бытовой универсальный детектор загрязнителей воздуха «Спасатель» предназначен для обнаружения загрязнителей воздуха: природного топливного газа (метана), пропана, бутана и угарного газа (монооксида углерода) в воздухе бытовых и коммунальных помещений с последующей выдачей световой и звуковой сигнализации.

Из-за высокой чувствительности, примененного датчика, «Спасатель» также может реагировать на наличие в воздухе паров бензина, алкоголя (этанола), органических растворителей и других веществ (таких, как аэрозоли, лаки для волос, сигаретный дым и т.д.).

Приборы могут устанавливаться также в помещениях, где эксплуатируется газоиспользующее оборудование (газовые отопительные и водонагревательные котлы и т.п.

), в салонах автомобилей (во время стоянки), в отапливаемых автопаркингах, автостоянках и гаражах с температурой воздуха от 0 до 50 град по Цельсию, относительной влажностью воздуха не более 95% и атмосферном давлении.

Прибор не предназначен для эксплуатации в атмосфере горных выработок и шахт, во взрывоопасных, влажных, пыльных и не отапливаемых помещениях, в помещениях с содержанием в воздухе каких-либо агрессивных или высокоактивных химических веществ, на открытых участках, в салонах автомобилей во время движения. Бытовой детектор «Спасатель» не подходит для коммерческого, промышленного использования, а также для основной защиты от взрыва.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ детектора загрязнителей воздуха Спасатель

Устройство использует электрохимический метод обнаружения газов и других примесей в воздухе помещений (применяются высокочувствительные полупроводниковые датчики).

Для оповещения людей об обнаружении повышенного содержания опасных примесей в воздухе устройство выдает прерывистый звуковой сигнал, сопровождаемый красными световыми вспышками. Конструкция устройства позволяет потребителям, в случае необходимости, самостоятельно регулировать уровень чувствительности датчика «Спасателя».

Предусмотрен непрерывный контроль исправности находящегося внутри корпуса устройства датчика примесей (горящий желтый светодиод).

Технические данные детектора загрязнителей воздуха Спасатель

Типы обнаруживаемых примесей: природный газ (метан), пропан, бутан, угарный газ, пары бензина алкоголя (этанола), пары органических растворителей
Уровень звуковой тревоги не менее 80 Дб на расстоянии 0,5м
Напряжение питания 5 в;150мА (от блока питания на 220В/5В или через специальный переходник для автомобильной сети)
Потребляемая мощность не более 10 Вт Режим работы длительный непрерывный
Масса изделия не более 0,5 кг

Подготовка к работе детектора Спасатель

Извлеките устройство из упаковки .

Перед включением внимательно осмотрите прибор и убедитесь в отсутствии механических повреждений корпуса блока питания, соединительного кабеля и корпуса детектора загрязненности воздуха. В случае обнаружения повреждений пользоваться устройством нельзя.

Если устройство внесено в помещение с улицы при низкой температуре наружного воздуха, необходимо дать ему прогреться при комнатной температуре в течение двух часов.

Установите детектор загрязнителей воздуха на место эксплуатации (имеются шурупы в комплекте поставки для установки корпуса «Спасателя», в случае необходимости, на стенах и других вертикальных поверхностях).

При выборе места расположения детектора загрязнителей воздуха следует иметь в виду: – природный газ (метан) легче воздуха и, в случае утечки, наибольшая концентрация его будет выше места утечки; – пропан и бутан (баллонные газы), наоборот, тяжелее воздуха и, соответственно, в случае утечки, наибольшая концентрация газа будет ниже места утечки; – угарный газ по плотности примерно одинаков с атмосферным воздухом, поэтому рекомендуемая высота установки для его обнаружения 1,5метра на уровнем пола; – нежелательно располагать детектор рядом с приточной вентиляцией или выходным потоком кондиционеров. Это может препятствовать обнаружению загрязнителей воздуха.

Подключите прибор к блоку питания, включите блок питания в сеть 220в, 50Гц. При включении в сеть, на корпусе детектора загорается желтый светодиод – это значит питание прибора подключено и датчик газов исправен.

Для ввода устройства в рабочий режим переведите клавишу на корпусе устройства в положение 1. При этом загорается зеленый светодиод. Первые 2-3 минуты после включения, пока полупроводниковый датчик газов прогревается и выходит на стабильный рабочий режим, детектор будет выдавать звуковой и световой (красный светодиод) сигналы тревоги.

Чтобы не беспокоить окружающих, можно на этот период перевести клавишу в положение 0. Тогда сигналы тревоги и зеленый светодиод отключатся. Но после периода прогрева датчика, клавиша обязательно должна быть возвращена в положение 1. В нормальном рабочем режиме горят желтый и зеленый светодиоды, сигналы тревоги отсутствуют.

В этом режиме прибор может работать непрерывно и круглосуточно в течение длительного времени.

В случае срабатывания «Спасателя», выясните причину и примите необходимые меры для устранения опасности здоровью и жизни людей и животных .

ПРИМЕЧАНИЕ:

При отключении электроэнергии в сети и последующей подаче напряжения «Спасатель» будет подавать тревожные сигналы как при первом включении в течение нескольких минут, пока не выйдет на рабочий режим.

НАСТРОЙКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ «СПАСАТЕЛЯ»

Заводская настройка чувствительности датчика «Спасателя» позволяет обнаружить опасные примеси в воздухе помещений до достижения концентраций опасных для здоровья и жизни людей.

К сожалению, на чувствительность датчика с течением времени могут влиять резкие температурные изменения окружающей среды, источники повышенной влажности, дыма и пыли, агрессивные вещества, попадающие в атмосферу контролируемого помещения.

Поэтому, предусмотрена возможность подстройки потребителем чувствительности датчика «Спасателя» до максимальной. В задней части корпуса есть отверстие для доступа к регулировочному резистору. Регулировка производится в проветренном помещении при отсутствии источников загрязнений воздуха, дыма, пыли, агрессивных веществ , следующим образом:

В установившемся рабочем режиме не ранее чем через 15 мин после включения убедитесь, что горят жёлтый и зелёный светодиоды, клавиша находится в положении I, сигнал тревоги отсутствует.

Не отключая прибор от сети, вставьте отвертку в отверстие на задней части корпуса для регулировки чувствительности и поворачивайте медленно против часовой стрелки до появления звукового и светового сигналов тревоги.

Затем отверните резистор обратно (по часовой стрелке) до прекращения сигналов тревоги и далее, примерно, на 5 -10 градусов.

Таким образом, рекомендуется устанавливать максимальную чувствительность датчика каждые 2 -3 месяца эксплуатации прибора.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Запрещается

подключать устройство к электрической сети при попадании влаги в блок питания или корпус детектора;
эксплуатировать устройство, имеющее механические повреждения;
включать и выключать источник питания мокрыми руками;
в процессе эксплуатации перекрывать вентиляционные отверстия блока питания и корпуса «Спасателя», накрывать какими-либо предметами, например, газетами, занавесками или коврами;
самостоятельно вскрывать и ремонтировать устройство;
протирать детали устройства бензином и другими растворителями;
использовать устройство не по назначению.

Приборы для измерения качества окружающей среды

02.10.2015

Дозиметрические приборы (дозиметры, радиометры) — приборы основным предназначением которых является измерение мощности дозы радиации (альфа-, бета- и гамма- с учетом рентгеновского) и проверка тем самым на радиоактивность подозрительных предметов.

Дозиметрические приборы используются для определения уровней радиации на местности, степени заражения одежды, кожных покровов человека, продуктов питания, воды, фуража, транспорта и других различных предметов и объектов, а также для измерения доз радиоактивного облучения людей при их нахождении на объектах и участках, зараженных радиоактивными веществами.

Приборы контроля воздуха — служат для химического анализа воздуха, что дает информацию о качественном и количественном составе загрязнителей и позволяет прогнозировать степень загрязнения.

К основным внутренним загрязнителям относят предметы интерьера, мебель, напольные и потолочные покрытия, строительные и отделочные материалы.

Химический анализ воздуха выявляет такие показатели, как пыль, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, фенол, аммиак, хлорид водорода, формальдегид, бензол, толуол и т.д.

Измерители шума или Шумомеры — портативные приборы, предназначенные для измерения точного уровня звука. Шум называют загрязнителем окружающей среды. Он также вреден как табачный дым, как выхлопные газы, как радиационная активность.

У шума может быть всего четыре типа источника. Поэтому его принято делить на: механический, гидромеханический, аэродинамический и электромагнитный. Современные приборы способны определить уровень шума любых механизмов: наземных, водных и даже линий электрических передач.

Прибор позволит вам объективно измерить уровень громкости звука.

Измерители освещенности или Люксметры — портативные приборы, предназначенные для измерения точного уровня освещенности, создаваемого различными источниками света. Область применения люксметров широка, что объясняется, прежде всего, их высокой спектральной чувствительностью, которая приближается к чувствительности человеческого глаза.

Следует помнить, что некоторые источники осветительных приборов, галогенные, люминесцентные и даже светодиодные лампы, по прошествии некоторого времени эксплуатации теряют существенную величину светового потока, общая освещенность в помещении может ухудшиться. Это не только снизит остроту зрения человека, но и будет влиять на его утомляемость.

Контролировать освещенность следует постоянно.

Нитратомеры — приборы, предназначенные для экспресс-определения количества нитратов в овощах, фруктах, мясе и других продуктах питания.

Еще не так давно для проведения подобных исследований, требовалась целая лаборатория, теперь это возможно осуществить при помощи одного компактного устройства.

Портативные нитратомеры приобрели широкую популярность благодаря своей компактности, невысокой стоимости и простоте в эксплуатации. Нитраты присутствуют во многих удобрениях, которые активно используют в сельском хозяйстве для повышения урожайности культур.

По этой причине нитраты в овощах и фруктах часто содержатся в значительной концентрации. Попадая с пищей в организм человека, нитраты в больших количествах, способны вызывать отравления нитратами, различные расстройства и хронические заболевания.

Индикатор нитратов поможет вовремя распознать опасные продукты и защититься от отравления нитратами.

Описание работы датчика загрязнения воздуха -G238- — Сообщество «Volkswagen Club» на DRIVE2

Часто возникает вопрос по работе датчика загрязнения воздуха. Вот, что нарыл в Elsa:

Датчик загрязнения воздуха распознаёт наличие вредных веществ в наружном воздухе (в основном ОГ бензиновых и дизельных двигателей).

Блок управления Climatronic -J255- оценивает сигнал датчика загрязнения воздуха -G238-. Регулирование в климатической установке производится с учётом серьёзности и типа загрязнения наружного воздуха.

При температуре наружного воздуха более +2° C режим рециркуляции включается уже при небольшой концентрации вредных веществ.

Если температура наружного воздуха находится в диапазоне +2 … -5° C режим рециркуляции включается при значительной концентрации вредных веществ, при этом одновременно включается компрессор климатической установки.

Если температура наружного воздуха опускается ниже -5° C режим рециркуляции включается также при значительной концентрации вредных веществ и только примерно на 15 с (компрессор климатической установки не включается). Когда концентрация вредных веществ падает, климатическая установка снова переключается в режим приточной вентиляции.

Режим „автоматической рециркуляции“ можно выключить в любой момент времени. При активированной функции „автоматической рециркуляции“ компрессор климатической установки по её требованию включается и при наружной температуре ниже +2° C. Однако при температуре ниже -5° C включение компрессора не предусмотрено.

В а/м с функцией „автоматической рециркуляции“ при включении режима рециркуляции вручную компрессор также может включается до температуры -5° C.

Чтобы в местах с сильной загазованностью климатическая установка постоянно не работала в режиме рециркуляции, в датчике предусмотрена функция самонастройки (он изменяет свою чувствительность в зависимости от концентрации вредных веществ).

Если концентрация вредных веществ в наружном воздухе длительное время остаётся на относительно высоком уровне, то датчик в соответствии с заложенной программой адаптируется к изменившимся окружающим условиям так, чтобы требование на включение режима рециркуляции выдавалось как правило менее, чем 12 минут. При возрастании загазованности климатическая установка может проработать в режиме рециркуляции и большее время.

Для переключения заслонок климатической установке требуется некоторое время.

Чтобы при резком увеличении загазованности (например, при проезде через облако дизельного дыма) проникшие через ещё не закрывшуюся заслонку приточного воздуха вредные вещества не попали в салон, предусмотрена установка салонного фильтра со слоем из активированного угля. Насыщенный вредными веществами фильтр не справляется с этой задачей — его необходимо заменить.

Для предотвращения частых переключений заслонок рециркуляции/приточной вентиляции предусмотрен некоторый гистерезис — при небольшом увеличении вредных веществ рециркуляция сразу же не включается (датчик не отправляет требование блоку управления Climatronic -J255-). Для этого случая достаточно действия активированного угля салонного фильтра.

Для предотвращения частых переключений заслонок рециркуляции/приточной вентиляции требования на включение „автоматической рециркуляции“ действует не менее 25 с, даже если концентрация вредных веществ уменьшится настолько, что включение рециркуляции не будет нужно.

При выключенном компрессоре климатической установки (клавиша A/C выкл.) максимальная длительность включения режима „автоматической рециркуляции“блоком управления Climatronic -J255- ограничена примерно 15 с. Это позволяет избежать запотевания стёкол.

Для быстрейшего отпотевания стёкол блок управления Climatronic -J255- в режиме „Оттаивание“ блокирует включение рециркуляции.

Датчик загрязнения воздуха -G238- выходит на рабочий режим примерно через 30 с после включения зажигания (время нагрева). В этот период времени датчик не выдаёт требование блоку управления Climatronic -J255- на „автоматическое включение рециркуляции“.

Датчик загрязнения воздуха -G238- представляет собой высокочувствительный электронный узел, который может быть повреждён при контакте с растворителями, топливом и некоторыми химическими соединениями. Поэтому не следует устанавливать датчики, подвергшиеся контакту с перечисленными веществами.

Всем добра!

Методы анализа загрязнения воздуха

Анализ загрязнений воздуха относится к наиболее трудным задачам аналитической химии, поскольку в одной пробе одновременно могут находиться сотни токсичных примесей органических и неорганических соединений различных классов.

Концентрации токсичных веществ, попадающих из различных источников в атмосферу и воздух рабочей зоны, находятся на уровне следовых количеств или микропримесей.

Кроме того, воздух представляет собой неустойчивую систему с постоянно изменяющимся составом (наличие влаги, кислорода, фотохимические реакции, изменение метеорологических условий).

Трудности при анализе подобных систем встречаются практически в каждой аналитической операции, начиная с отбора пробы и кончая детектированием примесей. Для определения концентраций вредных примесей в атмосферном воздухе вблизи железнодорожных путей в отработавших газах двигателей используются разные методы оценки, когда анализируются индивидуальные пробы газа, взятые дискретно и при непрерывных измерениях.

Основные требования к отбору проб газа и его анализу следующие:

все части системы отбора должны быть инертны по отношению к исследуемому компоненту;
температура системы отбора проб должна поддерживаться на уровне, исключающем конденсацию паров или взаимодействие компонентов исследуемой газовой смеси друг с другом;
объем пробы должен быть точно измеренным и достаточным для обеспечения требуемой точности измерений.

Автоматические приборы непрерывного действия используются для оперативного контроля уровня загрязнения атмосферного воздуха вблизи интенсивных источников выбросов (объектов энергетики, автомагистралей, химических производств и др.).

В газоаналитической аппаратуре реализуются следующие методы измерений:

Непосредственное измерение показателя, характеризующего вредное вещество, без изменения химического состава пробы газа.
Используются приборы, построенные на принципах избирательной абсорбции света в инфракрасной, ультрафиолетовой и видимой частях спектра, парамагнетизма, изменения плотности, теплопроводности, показателя преломления света.

Вредное вещество, подлежащее измерению, переводится путем химических реакций в состояние, обладающее свойствами, доступными автоматическому измерению.
Используются приборы фотометрического, гальванометрического, потенциометрического, термохимического принципов действия.

В конструкциях наиболее распространенных анализаторов различных газов используются разнообразные методы.

Абсорбционный метод спектрального анализа газов основан на свойстве веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения.

Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а его интенсивность связана с количеством поглощающего энергию вещества. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения.

Это обусловливает возможность избирательного анализа газов.

Электрохимический метод газового анализа основан на использовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувствительных элементов и определенного химического покрытия, которое непосредственно контактирует с анализируемой средой и на котором происходит адсорбция анализируемого вещества. В зависимости от того, какие физические свойства, зависящие от количества адсорбированного вещества, измеряются, датчики делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и др.

Электрохимические газоанализаторы отличаются сравнительной простотой, низкой чувствительностью к механическим воздействиям, малыми габаритами и массой, незначительным энергопотреблением.

Пламенно-ионизационные газоанализаторы используются для измерения суммарной концентрации углеводородов различных классов, контроль которых избирательными методами анализа весьма сложен.

Они обеспечивают надежное измерение в диапазоне концентраций 10-10000 млн-1, отличаются высокой чувствительностью (до 0,001 млн-1) и малой инерционностью.

Позволяют раздельно определять содержание метана и реакционноспособных углеводородов, образующих в атмосфере фотохимический смог.

Хемилюминесцентный метод газового анализа применяется для измерения концентраций NОx, Оз и основан на реакции этих компонентов, подающихся одновременно в реакционную камеру, которая имеет вид:
NO + O3 → NO2(NO2•) + O2

Возбужденная молекула NO2• (образуется 5—10% от общего количества молекул NO2) отдает избыток энергии в виде излучения (в диапазоне волн длиной 600—2400 нм, с максимумом при 1200 нм)
NO2• → hv + NO2

Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, пропорциональна концентрации оксидов азота. Озон получают в генераторах в результате воздействия тлеющего разряда или ультрафиолетового излучения на кислородсодержащую смесь (воздух).

Хроматографический метод широко распространен и основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.

Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбционная газовая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются.

Газ-носитель, транспортирующий молекулы исследуемой газовой смеси, протекает с постоянной скоростью. Колонки, по которым проходит газ, калибруются для того, чтобы установить время прохождения того или иного компонента.

Соответствующий детектор используется для обнаружения или определения количества того или иного компонента смеси. Количественная оценка осуществляется по интенсивности сигнала детектора или с помощью электронных интеграторов.

Этим методом могут регистрироваться химически однородные вещества (индивидуальные углеводороды) со слабо выраженной качественной реакцией (N2O, СО), которые идентифицируются по специфичному времени удерживания.

В связи с внедрением современных средств электроники и миниатюризацией аналитической части хроматографов созданы портативные (переносные) приборы для осуществления газового анализа в полевых условиях (передвижные лаборатории на транспортных средствах). Наибольший интерес представляют переносные газовые хроматографы, запрограммированные для идентификации определенных компонентов газовой смеси. Результаты выражаются непосредственно в концентрации контролируемого вещества.

Метод ультрафиолетовой флуоресценции используется в приборах для контроля SО2 и Н2S. Явление флуоресценции заключается в способности определенных веществ излучать свет под воздействием излучения источника возбуждения.

Для молекул SО2 это облучение пробы газа светом в области длин волн 200—500 нм (максимум при 350 нм), когда эти молекулы переходят из возбужденного состояния в нормальное, разряжаясь частично через флуоресценцию.

Преимущество указанного метода по сравнению с методом пламенной фотометрии в отсутствии вспомогательных газов.

Гравиметрический (весовой) метод — традиционный метод определения концентрации твердых частиц в газовых смесях, связанный с отбором пробы, пропусканием ее через фильтр, взвешиванием фильтра или определением его степени черноты по эталону. Этот метод реализован в дымомерах, которые используются для определения дымности отработавших газов дизелей.

Необходимость непрерывного контроля содержания твердых частиц в отработавших газах двигателей или атмосферном воздухе привела к широкому распространению оптических, радиоизотопных методов анализа. Оптический метод анализа основан на измерении ослабления излучения твердыми частицами при прохождении луча света через измерительный канал определенной длины.

Лидарная система контроля загрязнения реализует лазерно-локационный метод — комбинационное рассеяние и дифференциальное поглощение загрязняющих веществ с использованием источника лазерного излучения и предназначена для дистанционного зондирования качества атмосферы.

Состоит из лидара кругового обзора, который устанавливается вблизи источника загрязнения на доминирующих строениях, и предназначен для непрерывного контроля выбросов аэрозолей, NOx, SО2 на территории радиусом 7—15 км, измерения азимута и расстояния до источника загрязнения.

Лидар второго типа установленный на базе автомобиля — комбинационного рассеяния используется для многокомпонентного анализа концентрации примесей в воздухе.

Компактная система мониторинга атмосферного воздуха Airpointer

Компактная многоканальная система мониторинга окружающего воздуха

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА

Рабочая температура окружающего воздуха: –20 (опция от –40)…40°C

(для более высоких темпера¬тур устанавливается воздушный кондиционер)

Скорость подачи пробы: < 3 л/мин в зависимости от конфигурации

системы 2 л/мин в канале анализатора пыли

Размеры (ШхГхВ)

Базовый размер 2D 740х352х831 мм Базовый размер 4D 740х352х1067 мм

Вес

Базовый размер 2 D: 65,8 кг Базовый размер 4 D: 73,9 кг

Вес блоков отдельно:

Блок О3: 5,8 кг Блок SO2/H2S: 8,5 кг Блок СО: 9 кг Блок NO/NO2/NOx/NH3: 12 кг Блок пыли: < 4,0 кг

Потребляемая мощность (в зависимости от конфигурации):

500 Вт, максимально 670 Вт.

Конфигурация:

От 1 до 7 измеряемых величин, включая метеорологические и другие датчики, возможность замены и установки дополни¬тельных каналов и датчиков

Исполнение

Корпус системы изготовлен из двухслойных панелей, покры¬тых алюминием, что обеспечивает хорошую тепловую изоляцию и предохраняет от внешних электромагнитных полей. Основная и сервисная двери оснащены замками.

Встроенный воздушный кондиционер и контроллер температуры оптимизируют расход электроэнергии. Вандалозащищенный дизайн позволяет установку в неохраняемых местах. Измерительные блоки выполнены в виде модулей, что позволяет легко расширять систему и проводить сервисное обслуживание.

Кабели и трубки защищены от механических повреждений. Встроенный источник нулевого воздуха для проведения периодических проверок и контроля нуля. Возможна комплектация системой подачи калибровочных газов.

Мощная система обработки данных позволяет применять дополнительные устройства, такие как мониторы частиц типа BAM-1020.

ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛОВ:

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ОЗОНА

Принцип измерения УФ-фотометрияДинамический диапазон до 20 ppmПредел обнаружения 0,5 ppbДрейф нуля (24 ч) < 1ppbДрейф шкалы (24 ч) ±1% показаний или 1 ppb (что больше)Время отклика < 30 сТочность 1 ppb

Линейность ±1% от измеренной величины

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА
Принцип измерения ИК-фотометрияДинамический диапазон до 1000 ppmПредел обнаружения 0,04 ppmДрейф нуля (24 ч) < 1ppmДрейф шкалы ±1% показаний в диапазоне > 10 ppmВремя отклика < 60 сТочность ± 0,1 ppmЛинейность ±1% показаний в диапазоне < 1000 ppm

Скорость потока около 0,5 л/мин.

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ И СЕРОВОДОРОДА
Принцип измерения флуоресцентный с УФ-возбуждениемДинамический диапазон до 10 ppmПредел обнаружения 0,5 ppbДрейф нуля (24 ч) < 1ppbДрейф шкалы (24 ч) ±1% от показаний в диапазо¬не > 100 ppbВремя отклика < 90 сТочность 1% от измерения или 1 ppb (что больше)Линейность ±1% от верхней границы диа¬пазона >100 ppb

Скорость потока около 0,5 л/мин.

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА NO/NO2/NOX
Принцип измерения хемилюминесцентныйДинамический диапазон до 20 ppmПредел обнаружения 0,4 ppbДрейф нуля (24 часа) < 0,4 ppbДрейф шкалы (24 часа) ±1% от показаний в диапазо¬ не >100 ppbВремя отклика < 60 сТочность 1% от показаний или 1 ppb (что больше) в диапазоне < 500 ppbЛинейность ±1% от показаний в диапазо¬не > 100 ppb

Скорость потока около 1 л/мин

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ РМ10/PM2.5
Принцип измерения нефелометрический (рассеяние света)Динамический диапазон до 2500 мкг/м3Предел обнаружения < 1 мкг/м3Дрейф нуля (24 часа) < 1 мкм/м3Дрейф шкалы (24 часа) ±1% от показанийВремя отклика < 60 сТочность 1 мкг/м3

Скорость потока 2 л/мин

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ
Метеодатчики. Скорость и направление ветра, темпе¬ратура, давление, влажность воздуха
Фотоионизационный детектор.

Предназначен для из¬мерения общего содержания органических компонен¬тов в воздухе. Принцип измерения – фотоионизационный детектор с возбуждением УФ-лампой 10,6 еВ Диапазон – 0,01…

20 ppm (по изобутилену)
Датчик движения автомобильного транспорта.

Двухстороннее движение – подсчет транспортных средств.
Одновременный контроль до 4 полос – подсчет по каждой полосе.

Результаты для каждого транспортного средства: дата, время проезда, номер полосы, длина транспортного средства, временной интервал в миллисекундах, классификация транспортного средства (легкий/грузовой).

Статистическая обработка данных о движении: интервалы, загруженность полос в %, определение потоков различных видов транспорта, предупреждение об увеличении средней скорости потока или отдельных транс¬портных средств.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА:Для дорог и публичных мест:Звуковой сигналСчетчик пешеходовПробоотборник твердых частиц (пыли)Анализатор твердых частицGPS навигация

УФ-радиация

КАЛИБРОВКАНулевой газ подается автоматически или вручную Для основных измерительных каналов как опция преду-смотрены системы градуировки:моноксид углерода – используется небольшой переза¬правляемый баллон, закрепленный в модуле,оксиды азота, диоксид серы и сероводород – источ¬ники микропотоков,

озон – генератор озона. Все измерительные модули могут градуироваться с помо¬щью баллонов с ПГС. Для этого нет необходимости откры¬вать основную дверь шкафа, градуировка осуществляется через сервисную боковую дверь шкафа, где предусмотрен штуцер для подачи газа.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕВсе значимые операционные параметры сохраняются в базе данных системы раз в минуту. Это дает возмож-ность провести профилактику системы и выявить причи¬ны неисправности в случае отказа. Мощная диагностика является частью программного обеспечения системы.

Отдельная программа следит за выполнением операций и исправляет потенциальные ошибки функционирования автоматически. Изменения места проведения замеров, градуировки, не¬исправности и их устранение могут быть зарегистрирова¬ны в электронном виде в журнале событий станции.

Все ошибки автоматически запоминаются в доступных для пользователя файлах протоколов.

16. Обследование загрязнения воздуха

Уровни загрязнения воздуха следует измерять, везде, где может произойти загрязнение воздуха. Этот тип обследования обычно включает отбор воздуха и измерение активности фильтра или самой пробы воздуха. Однако, так как загрязнение воздуха может существовать в трех формах (твердые частицы, газы или пары), при этом используются три немного различающихся метода.

1.1 Отбор проб твердых частиц

При мониторинге твердых частиц воздух прогоняется через фильтр с помощью насоса с определенной скоростью потока/расходом за определенный период времени. После этого измеряется активность фильтра и затем определяется концентрация загрязнения воздуха.

1.1.1 Оборудование

Для проведения мониторинга твердых частиц в воздухе Вам необходимо иметь:

прибор для обора проб воздуха, включающий насос и измеритель скорости потока (расходомер);
подходящий тип фильтра;
счетчик времени (таймер); и
детектор, для измерения активности фильтра.

Типичный прибор для отбора проб воздуха обычно состоит из насоса и откалиброванного расходомера для измерения интенсивности подачи воздуха

Для мониторинга загрязнения воздуха твердыми частицами обычно используются фильтры из стекловолокна. Эти фильтры специально разработаны, для улавливания твердых частицы, при этом они также могут быть предназначены для сбора твердых частиц определенного размера.

Обычные фильтры, используемые в лаборатории, вряд ли будут подходить для мониторинга воздуха. Перед использованием фильтров для отбора проб воздуха проверьте, подходят ли они для этого. Поставщик должен обладать этой информацией.

Выбор детектора для измерения активности фильтра будет зависеть от типа загрязнения, которое контролируется.

Для загрязнения альфа- и бета-излучателями в качестве датчика пользуются сцинтилляционным детектором ZnS или счетчиком Гейгера-Мюллера с тонким входным окном, чтобы проникали альфа-частицы.

Для загрязнения гамма-излучателями пользуются: счетчиком Гейгера-Мюллера; пропорциональным счетчиком, наполненным органическим или благородным газом; или сцинтилляционным детектором NaI.

1.1.2 Требования к безопасности

При проведении мониторинга загрязнения воздуха следует носить перчатки, боты, защитные плащи и очки. Если существует вероятность повышенных уровней загрязнения воздуха, следует также предусмотреть защиту органов дыхания.

Кроме того, Вам не следует забывать контролировать себя после завершения обследования, так как Вы можете быть загрязнены от загрязненных поверхностей или воздуха.

1.1.3 Метод

Метод отбора проб воздуха для определения загрязнения твердыми частицами достаточно простой. Воздух насосом продувается через фильтр.

Этот фильтр собирает твердые частицы и после определенного времени фильтр измеряется (определяется активность фильтра).

Зная расход воздуха, время отбора и эффективность счетной системы, можно рассчитать концентрацию загрязнения воздуха (смотрите Раздел 6.1.4).

В дополнение, есть несколько практических соображений, который необходимо помнить при проведении мониторинга загрязнения воздуха твердыми частицами, они следующие:

Для репрезентативного пробоотбора рекомендуется расход 30 – 60 литров в минуту и, по крайней мере, 30 минут пробоотбора. Однако, возможно, Вам понадобится большее время пробоотбора, в зависимости от уровня концентрации загрязнения в воздухе и эффективность используемой счетной системы.
Если расход различается во время начала и окончания пробоотбора, для расчетов может использоваться его среднее значение.
Пробы воздуха следует отбирать как можно ближе к области дыхания работника, не препятствуя его работе, но так, чтобы это был образец воздуха, который вдыхается.
Следует проявить осторожность в загрязненных областях, чтобы гарантировать, что воздухозаборник не продувает через фильтр несвязанную пыль или загрязненный материал с поверхностей около пробоотборника.
В закрытых помещениях, где возможно образование и накопление газа радона-222, дочерние продукты распада радона могут вызвать большую активность фильтра, чем ожидалось (особенно если он измеряется сразу после отбора пробы). Следовательно, фильтр следует измерять дважды, одни раз сразу после пробоотбора и второй после нескольких часов, чтобы получить результат после распада дочерних продуктов радона.
Следует проявить осторожность, чтобы не перенести нефиксированное загрязнение с перчаток или поверхности на фильтр при его извлечении из воздухозаборника. К тому же, фильтры следует транспортировать к месту измерения в мешках, конвертах или чашках Петри, чтобы предотвратить загрязнение от других источников.
Фиксаторы и держатели фильтра должны быть очищены с использованием ткани, и проконтролировано их загрязнение перед использованием воздухозаборника.

1.1.4 Перевод уровней загрязнения в активность воздуха

Активность воздуха рассчитывает из скорости счета при измерении фильтра, с использованием Формулы 7:

A = Cx100x1[7]

EcV

где А – активность воздуха в Бк/м3,

С – чистая скорость счета в имп./с (т.е. скорость счета, скорректированная с учетом фона),

Ec – процентная эффективность счетной системы,

V – объем отобранного воздуха в м3.

Отметим, что многие измерения расхода приводятся в литрах в минуту (л/мин). Для перевода, один литр в минуту равен 10-3 кубических метров в минуту, как показано ниже:

1 л/мин = 10-3 м3/мин

Следовательно, для перевода л/мин в м3/минВам необходимо умножить л/мин на 10-3. Чтобы получить общий объем отбираемого воздуха (в м3), затем необходимо умножить этот объем на время пробоотбора (смотрите Формулу 8).

V = Fx 10-3 xt [8]

где V – объем отобранного воздуха в м3,

F – расход (в л/мин),

t – общее время пробоотбора (в минутах).

Пример такого перевода приведен в Примере 6.

ПРИМЕР 6

Вопрос

После пропускания воздуха через фильтр в течении 30 минут при скорости потока 40 л/мин, скорость счета фильтра составляет 40 имп./с. Уровень фона – 10 имп./с. Если эффективность детектора равна 10%, каков уровень загрязнения воздуха твердыми частицами?

Ответ

C = 40 имп./с — 10 имп./с = 30 имп./с

Ec = 10%

F = 40 л/мин

t = 30 мин

Используя Формулу 8:

V = F x 10-3 x t = 40 x 10-3 x 30 = 1.2 м3

Используя Формулу 7:

A = 30 x 100 x 1 = 250 Бк/м3

10 1.2

Следовательно, уровень загрязнения воздуха составляет 250 Бк/м3.

1.1.5 Написание отчета об обследовании

Записи об используемых приборах и измеренных уровнях загрязнения воздуха должны вестись постоянно. По окончанию обследования должен предоставляться подробный отчет. Такой отчет должен включать:

схему территории, показывающую места, где проводился отбор проб воздуха (смотрите Рисунок 11); и
форму радиологического обследования загрязнения воздуха, с указанием мест и величины уровней загрязнения воздуха, используемых приборов и любые замечаний и предложений (смотрите Рисунок 15).

ФОРМА ОБСЛЕДОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА

Место:____________________ Дата:________ Время:_______

Результаты мониторинга загрязнения воздуха для твердых частиц /газов/паров*

* Delete whichever is not appropriate

Точки обследования
Время контроля

(мин)

Расход (л/мин)
Начальная скорость счета (имп./с)
Скорость счета после распада радона

(имп./с)

Уровень загрязнения (Бк/м3)

a
b
g
a
b
g
a
b
g