МАЛОГАБАРИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ОЗОНА

Полезная модель относится к метеорологии и предназначена для исследования физических процессов в атмосфере, в частности для исследования турбулентного потока приземного озона.
Для проведения подобных исследований необходимо измерять концентрацию озона в атмосфере с высоким (до 0,1 сек) быстродействием, а измерительный прибор должен иметь небольшие (порядка 10-15 см) габариты, для исключения внесения искажений в турбулентные воздушные течения в атмосфере.
Известны измерители концентрации озона [1÷14], основанные на спектральных [1÷7] и хемилюминесцентных [8÷14] методах измерений.
Измерители концентрации озона, основанные на спектральных методах измерений [1÷7], сложны по конструкции и относительно велики по габаритным размерам.
Желательно использовать более простые и дешевые измерители концентрации озона, основанные на хемилюминесцентных [8÷12] методах измерений. Чувствительный элемент этих измерителей выполнен из твердого неорганического адсорбента с нанесенным на его поверхность органическим красителем-родамином, химически активным по отношению к озону. При контакте озона с адсорбированным на чувствительном элементе красителем возникает свечение, по интенсивности которого измеряют содержание озона.
Наиболее близким из указанных измерителей по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели относится малогабаритный измеритель концентрации озона [8], содержащий хемилюминесцентный измеритель концентрации озона, включающий реакционную камеру с фотоприемником, насос и генератор озона.
При этом все элементы измерителя объединены в одном корпусе для установки на мачте в турбулентном слое атмосферы.
Недостатком данного измерителя является недостаточная точность измерений концентрации озона в турбулентных воздушных потоках, связанная с повышенной парусностью измерителя из-за относительно больших его габаритов, вносящих искажения в турбулентные потоки озона.
Задачей полезной модели является повышение точности измерений турбулентного потока приземного озона. Техническим результатом - снижение парусности измерителя.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что малогабаритный измеритель концентрации озона, содержащий хемилюминесцентный измеритель концентрации озона, включающий реакционную камеру с фотоприемником, насос и генератор озона, согласно полезной модели реакционная камера с фотоприемником, насос и генератор озона размещены в отдельных корпусах с поперечными размерами не более пятнадцати сантиметров, разнесены по высоте на отдельной мачте на расстоянии друг от друга не менее единиц метров и соединены между собой электрическим кабелем и трубопроводом.
При этом в одном из корпусов конструктивных узлов малогабаритного измерителя концентрации озона, установлен управляющий микроконтроллер, обеспечивающий управление работой и юстировкой всех конструктивных узлов измерителя. Все корпуса конструктивных узлов измерителя выполнены в классе IP55 пыле- и влагозащиты. Малогабаритный измеритель снабжен также кабелем для связи с персональным компьютером и подвода электропитания к его конструктивным узлам и элементам.
Размещение реакционной камеры с фотоприемником, насоса и генератора озона в отдельных корпусах с поперечными размерами не более пятнадцати сантиметров и их разнесение по высоте на отдельной мачте на расстоянии друг от друга не менее единиц метров, а также соединение их между собой электрическим кабелем и трубопроводом позволяет снизить парусность с одновременным поддержанием работоспособности измерителя концентрации озона. Снижение парусности в свою очередь снижает влияние измерителя на турбулентные потоки атмосферного воздуха на высоте установки измерителя относительно поверхности Земли, уменьшаются ошибки измерений турбулентного потока приземного озона. Следствием этого является достижение решения поставленной задачи полезной модели, а именно повышение точности измерений турбулентного потока приземного озона.
Установка в одном из корпусов конструктивных узлов малогабаритного измерителя управляющего микроконтроллера, обеспечивающего управление работой всех конструктивных узлов измерителя, дополнительно позволяет повысить точность измерений концентрации турбулентного потока приземного озона за счет автоматизации процессов измерений и калибровки измерителя. Выполнение всех корпусов малогабаритного измерителя в классе IP55 пыле- и влагозащиты дополнительно позволяет повысить устойчивость измерителя к внешним погодным условиям и надежность его работы. Снабжение малогабаритного измерителя кабелем для связи с внешним компьютером и для подвода электропитания позволяет дополнительно снизить парусность измерителя за счет размещения части крупногабаритной вспомогательной аппаратуры на Земле и, тем самым, дополнительно повысить точность измерений турбулентного потока приземного озона.
На фигуре представлена функциональная схема малогабаритного измерителя концентрации озона.
Малогабаритный измеритель концентрации озона содержит хемилюминесцентный измеритель, включающий установленные на метеорологической полой мачте 1 и разнесенные по высоте реакционную камеру 2 с фотоприемником, насос 3 и генератор 4 озона. В камере 2 размещен чувствительный элемент, представляющий собой бумажный фильтр, пропитанный раствором красителя и установленный в поле зрения фотоприемника. Насос 3 предназначен для забора атмосферного воздуха, содержащего озон, и прокачки его через реакционную камеру 2. Генератор 4 озона предназначен для калибровки измерителя и в простейшем случае представляет собой электрический разрядник или баллон с озоном, снабженный электромагнитным клапаном для дозированной подачи озона в полость камеры 2. Конструктивные узлы 2÷4 измерителя концентрации озона размещены в отдельных корпусах с поперечными размерами не более пятнадцати сантиметров, разнесены на мачте 1 по высоте на расстоянии друг от друга не менее единиц метров и соединены между собой электрическим кабелем и трубопроводом, расположенными в полости мачты 1. При этом в одном из корпусов конструктивных узлов 2, 3 или 4 малогабаритного измерителя концентрации озона установлен управляющий микроконтроллер, обеспечивающий управление работой и юстировкой всех конструктивных узлов 2÷4 измерителя. Все корпуса конструктивных узлов измерителя 2÷4 выполнены в классе IP55 пыле- и влагозащиты. Малогабаритный измеритель снабжен также кабелем 5 для связи с персональным компьютером и подвода электропитания к его конструктивным узлам и элементам. Мачта 1 для исследования турбулентного потока приземного озона выполнена длинной единицы ÷ десятки метров и снабжена опорой 6 и тросовыми растяжками 7. На мачте 1 может быть установлено также иное необходимое оборудование для исследований турбулентности атмосферы, например акустический анемометр 8 для измерения параметров турбулентности атмосферного воздуха в зоне измерения концентрации озона.
Малогабаритный измеритель концентрации озона работает следующим образом. Конструктивные узлы 2÷4 измерителя, а также другое мачтовое оборудование, например анемометр 8, устанавливают на мачте 1, соединяют их с кабелем 5 для подключения электропитания и каналов связи с внешним персональным компьютером. Далее мачту 1 устанавливают вертикально на опоре 6 с помощью тросовых растяжек 7 и через кабель 5 подают электропитание на мачтовое оборудование измерителя концентрации озона. При включении электропитания срабатывает генератор 4 озона и выдает порцию озона в камеру 2 для калибровки измерительного тракта и регенерации его чувствительного элемента. При взаимодействии с озоном чувствительный элемент камеры 2 начинает светиться. Фотоприемник камеры 2 регистрирует уровень свечения и передает его цифровой форме на микроконтроллер в качестве опорного значения. Далее после калибровки измерительного тракта микроконтроллер включает насос 3. При этом насос 3 измерителя забирает исследуемый воздух и прокачивает его через реакционную камеру 2. Фотоприемник камеры 2 под управлением микроконтроллера измеряет текущие значения концентрации озона в атмосферном воздухе и передает с заданным темпом обновления результаты измерений в цифровой форме через кабель 5 на персональный компьютер внешнего потребителя. Одновременно данные об уровне турбулентности атмосферы с анемометра 8 в цифровой форме по кабелю 5 передаются на персональный компьютер внешнего потребителя для привязки текущих измерений концентрации озона к уровню турбулентности атмосферы.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца. Результаты испытаний опытного образа подтвердили возможность измерения концентрации озона в атмосфере с высоким (до 0,1 сек) быстродействием без внесения существенных искажений в турбулентные воздушные течения в атмосфере.
Источники информации:
1. Спектральный озонометр, кл. G01W 1/00, SU 1517000, 1987
2. Ультрафиолетовый спектральный озонометр, SU 1516999, кл. G01W 1/00, 1987.
3. Озонометр. SU 1262436, кл. G01W 1/00, 1984.
4. Устройство для измерения концентрации атмосферного озона. SU 1094005, G01W 1/08, 1983.
5. Озонометр. SU 892395, кл. G01W 1/00, 1980.
6. Устройство для измерения концентрации атмосферного озона. SU 699463, G01W 1/00,1977.
7. Озонограф. SU 130215, кл. G01W 1/00, 1959
8. Гишери Р. Хемилюминесцентные методы измерения озона. «L. anal chem». 256,3, 1971.
9. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЗОНА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ. SU 329451, кл. G01N 21/38, 1972.
10. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА В ВОЗДУХЕ. SU 584271, кл. G01W 1/08, G01N 21/38, 1977.
11. Method and apparatus for detecting and measuring trace constituents in air and othergases. US 3038848, G01N 27/49, 1962.
12. Colorimetric indicator device for the determination of gases. МПК: G01N 31/22, US 3350175, 1967.