АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОСТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА

Полезная модель относится к мониторингу состава воздуха и метеовеличин и может быть использована для экологического контроля воздуха.
Одной из актуальных современных проблем является проблема долговременных изменений природной среды и климата, которая обусловлена все возрастающим антропогенным воздействием на окружающую среду. Для оценки долговременных изменений природной среды и климата необходимо проведение длительного мониторинга состава воздуха. Наиболее оптимальным путем для решения такой задачи является использование автоматических постов различной конструкции и комплектации.
Известна система автоматизированного контроля атмосферного воздуха "АСК Атмосфера" [http://www. td-pribor.ru], содержащая комплексы для измерения массовой концентрации диоксида серы (SO2), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), оксида углерода (СО), аммиака (NH3) в атмосферном воздухе, контроля метеопараметров - скорости и направления ветра, температуры, относительной влажности воздуха; сбора, обработки и представления информации.
Задачей настоящей полезной модели является разработка комплекса оборудования для автоматического мониторинга качества воздуха.
Технический результат - расширение состава измеряемых параметров.
Поставленная задача достигается тем, что как известный предлагаемый автоматический пост для контроля качества воздуха содержит блок газоаналитической аппаратуры и блок измерения метеовеличин и систему управления.
Новым является то, что он дополнительно содержит измеритель гамма-фона, аэрозольный блок, блок для измерения параметров солнечной радиации, систему для измерения температуры почвы на разных уровнях, при этом система управления включает блок управления и ЭВМ, все упомянутые блоки, измеритель гамма фона и система измерения температуры почвы подключены к ЭВМ, а блок управления соединен с блоком газоаналитической аппаратурой, с блоком измерения метеовеличин, а также с аэрозольным блоком.
2
2
3
Кроме того, блок газоаналитической аппаратуры содержит газоанализаторы СО, СО, NO, NO и О, побудители расхода воздуха которых соединены с боком управления.
Кроме того, блок измерения метеовеличин содержит датчики температуры и влажности, датчик давления, датчик измерения скорости и направления ветра, при этом
аспирационные устройства датчика температуры и влажности соединены с блоком управления.
Кроме того, аэрозольный блок содержит фотоэлектрический счетчик и диффузионный спектрометр аэрозоля, при этом побудитель расхода воздуха фотоэлектрического счетчика соединен с блоком управления.
Кроме того, блок для измерения параметров солнечной радиации содержит прибор для измерения суммарной солнечной радиации и прибор для измерения радиационного баланса.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами
На фиг. приведена структурная схема автоматического поста для контроля качества воздуха.
Заявляемый автоматический пост для контроля качества воздуха (Фиг.) содержит блок газоаналитической аппаратуры 1, блок измерения метеовеличин 2. измеритель гамма-фона 3, аэрозольный блок 4, блок для измерения параметров солнечной радиации 5 и систему для измерения температуры почвы на разных уровнях 6, блок управления 7 и ЭВМ 8.
Блок управления 7 через устройства согласования (не показаны) соединен с блоком газоаналитической аппаратуры 1 для включения побудителей расхода воздуха газоанализаторов, с блоком измерения метеовеличин 2 для включения аспирационных устройств датчика температуры и влажности, с измерителем гамма-фона 3 и с аэрозольным блоком 4 для включения побудителя расхода воздуха фотоэлектрического счетчика, а также содержит устройства для переключения измерительного и калибровочного режимов приборов (не показаны).
2
2
Блок газоанализаторов 1 состоит из трех приборов, разработанных и изготовленных предприятием ОПТЭК (г.Санкт-Петербург) - это два анализатора З-310-11 для NO и NO и третий озонометр 3-02Р, работающие на хемилюминесцентном принципе. Для СО используется Л-061-2 работающий на принципе дифференциального поглощения в ИК-области спектра, а для СО - используется электрохимический сенсор. Для проверки калибровочных характеристик приборов используются поверочные газовые смеси. Исключение составляет озонометр 3-02Р, который калибруется с помощью генератора озона ГС-2 (не показан), также конструкции ОПТЭЛ.
В блоке измерения метеовеличин 2 используются отечественные стандартные датчики. Для измерения температуры воздуха датчик из медной проволоки, подключенный по трехпроводной схеме. В качестве датчика влажности используется датчик от радиозонда типа РК3. Датчики температуры и влажности помещены в специально разработанную защитную конструкцию с тройным контуром аспирации. В качестве датчика давления
используется прибор, изготовленный из мембранных элементов. Для измерения скорости и направления ветра применяется приемная часть от анемометра М-63, которая через специально изготовленную плату подключается к цифровым входам АЦП (не показаны).
В качестве измерителя гамма-фона 3 используется индикатор радиационного фона ИРФ.
Аэрозольный блок 4 состоит из двух измерителей.
Фотоэлектрический счетчик А3-5 предназначен для измерения дисперсного состава частиц в диапазоне размеров от r=0.2 мкм до 10 мкм. Для расширения возможностей прибора был изготовлен в стандарте IBM параллельный амплитудный анализатор импульсов (не показан), который позволяет вести одновременную регистрацию частиц по 12 каналам. Он установлен непосредственно в ЭВМ, которая и управляет его работой.
Для измерения микродисперсной фракции аэрозоля в диапазоне размеров от 3 до 200 нм в пост включен диффузионный спектрометр аэрозоля (ДСА), разработанный и изготовленный в ИХКГ СО РАН. Он прошел многочисленные интеркалибровочные испытания и по своим характеристикам не уступает лучшим образцам приборов такой известной фирмы как TSI.
В составе блока 5 для измерения суммарной солнечной радиации и радиационного баланса применяются стандартные пиранометр М-115М и балансомер М-10М. Для их согласования с ЭВМ были изготовлены специальные промежуточные преобразователи (не показаны).
С целью расчета теплового баланса на границе-атмосфера-подстилающая поверхность в состав поста включен блок для измерения температуры почвы 6 на разных глубинах от 0 до 3.2 метра. В качестве основы для него использованы датчики от промышленно выпускаемой установки М-54. Согласование с ЭВМ осуществляется с помощью промежуточного преобразователя (не показан).
Датчики температуры и влажности совместно с аспирационными устройствами устанавливается на штанге, укрепленной на специальной эстакаде, вынесенной на 12 м от здания (места размещения автоматического поста) на высоте 75 м от поверхности земли. Датчик скорости и направления ветра укрепляется на 10 метровой метеомачте, расположенной на крыше здания. Пиранометр и балансомер блока 5 для измерения суммарной солнечной радиации и радиационного баланса устанавливается на эстакаде, на высоте 5 м. Датчики температуры почвы блока 6 закапываются в землю, на удалении 20 метров от здания. Остальные приборы и датчики размещены внутри здания.
Забор воздуха для поста осуществляется через общий воздуховод, выполненный из твердого полистирола диаметром 100 мм, к которому подключены газоанализаторы и
измерители аэрозоля, имеющие собственные побудители расхода, через специальные штуцеры. После штуцеров установлен общий побудитель расхода, представляющий собой насос от промышленного пылесоса. Воздух, прошедший через воздуховод, затем выбрасывается наружу. Для экономии ресурса насоса побудитель расхода включается за 10 минут до начала процесса измерений, чтобы продуть застоявшийся воздух. После цикла измерений (10 минут). Он выключается.
Автоматический пост для контроля качества воздуха работает следующим образом.
Измерения ведутся круглосуточно и круглогодично. Отсчеты внутри суток производятся ежечасно в следующем цикле.
За 10 минут до срока измерений (обычно это целые часы 1, 2, 3,..., 24) блок управления 7 по команде ЭВМ 8 включает побудители расхода и аспирационные устройства приборов для продувки подводящих коммуникаций в течение не менее 5 минут. Затем производится снятие дрейфа нулей, концов шкал приборов, необходимых калибровочных характеристик.
Процесс измерений, наступающий после проведения подготовительных операций, осуществляется на 2 этапе. Первый этап продолжается 10 минут, в течение которых производится отсчет каждого параметра с частотой 1 Гц. Исключение составляет лишь ДСА, работающий на 2 этапе измерений. Итоговый результат, фиксируемый ЭВМ 8, получается осреднением 600 разовых значений и расчетом среднеквадратического отклонения по ним для каждой из измеряемой величины. Он выводится на дисплей и записывается на жесткий магнитный диск. Анализ величины среднеквадратического отклонения для каждого параметра сразу же позволяет определить устойчивость и надежность работы всех включенных приборов.
Полученная информация по внутренней локальной сети заносится в специально созданную базу данных, включающую кроме результатов измерений синоптическую характеристику периода наблюдений, которая составляется по ранее разработанной методике, описание метеорологических явлений, если таковые появляются, и текстовую информацию об особенностях данного или нескольких измерений (отключение или выход из строя отдельного прибора, наличие локальных источников примесей, осадков и т.п.).