Доклад/ Технические науки – Электротехника, радиотехника, телекоммуникации и электроника

К.А. Кузьмович, И.И. Ключник

Газовый анализатор концентрации кислорода в атмосфере с компенсацией влияния влажности и температуры

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

 

В современном мире при стремительном развитии промышленности и индустриализации сельского хозяйства актуальна проблема загрязнения воздуха. В наше время во всем мире атмосферный воздух  загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создает себе то, что его убивает. Например, автомобиль, его выхлопные газы содержат свинец и другие, вредные для здоровья человека вещества. В больших количествах эти вещества осаждаются на землю возле автострад и шоссе. Нельзя собирать грибы, полезные травы, ягоды менее 100м. от дороги, т.к. все растения впитывают в себя ядовитые вещества.                                                               В городах воздух очень сильно загрязняют вредные выбросы промышленных предприятий.   Существуют нормы ПДК (предельно допустимых концентраций) веществ в воздухе. За этим должны следить специальные органы (лаборатория загрязнения окружающей среды) и принимать какие-либо меры: от штрафа до закрытия предприятия.                                                                При этом полностью человек не осознает всю опасность.                                                               Наиболее эффективно обеспечение живых организмов кислородом и использование его в окислительно-восстановительных процессах происходит в тех случаях, когда содержание кислорода в воздухе, который поглощают живые организмы, составляет 20,8% (лучше при несколько более высоком содержании: на 0,5-1,0%).                                                                                         К сожалению, такое содержание кислорода в наше время в природных условиях реализуется лишь в городских парках (20,8%), загородных лесах (21,6%) и на берегах морей и океанов (21,9%). В то же время, в городских помещениях (квартирах и офисах) содержание кислорода в воздухе значительно меньше (20%), что приводит к возникновению у людей кислородной недостаточности (гипоксии).                                                                                              Для анализа состава воздуха используются устройства контроля концентраций газов (газоанализаторы). Структурная схема устройства контроля концентрации кислорода представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 –  Структурная схема устройства контроля концентрации кислорода в атмосфере

Проблемой любого измерительного прибора есть погрешность которую вносит температура и влажность. Для уменьшения этой погрешности было добавлено схемы температурной стабилизации и компенсации влажности. График зависимости содержания кислорода в атмосфере от изменения температуры и влажности приведены на рисунках 1.2, 1.3.

Рисунок 1.2 – График зависимости концентрации кислорода в воздухе от температуры

 

Рисунок 1.3 – График зависимости концентрации кислорода в воздухе от влажности

°Данный газоанализатор предназначен для контроля концентрации кислорода в воз­духе. Прибор применяется для экологического контроля, в сельском хозяйстве, в медицине, для контроля состава воздуха рабочей зоны в производственных помещениях.                                                        Предназначен для определения и регулирования концен­трации кислорода по несколькими каналам − от 1 до 8. Состоит из блока измерения и индикации и измерительных преоб­разователей. В измерительном блоке располагаются: блок питания, платы индикации и плата преобразователя. В преобразователях используются электро­химические датчики кислорода , имеющие срок эксплуатации не менее 5 лет. Индикация показаний осуществляется с помощью цифрового дисплея.                                                                                                                             Основной частью газового анализатора есть электрохимический сенсор. Принцип работы данного газового анализатора состоит в следующем: через устройство управления подачей кислорода  воздух поступает в электрохимический сенсор, в котором химическая реакция преобразовывается в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на усилитель, после чего он анализируется и с учётом температуры и влажности выводится на цифровой индикатор, а также сигнал поступает на  устройство сигнализации, в случае отклонения результатов измерения срабатывают визуальное и звуковое устройства сигнализации. Если газовый анализатор установлен стационарно и сработало устройства сигнализации, включается устройство вентиляции помещения, и оно будет работать до тех пор, пока концентрация кислорода в воздухе не достигнет нормы.                                                                                                                                         Данный газовый анализатор может использоваться по двум направлениям: для управления и контроля технологическим процессом и для охраны окружающей среды и безопасности на производстве. Преимуществом этого устройства следующие: возможность подключения к компьютеру для анализа и обработки результатов измерения; возможность стационарного размещения в помещении; возможность использовать его как переносное устройство; использования уже прошитой в нём программы  или запрограммировать его самому; принудительный забор пробы воздуха из труднодо­ступных мест; приборы могут комплектоваться специальным при­способлением (иглой) для точечного забора пробы; малое время готовности прибора после включения; возможность установки двух порогов звуковой и све­товой сигнализации (верхний и нижний); длительное время работы приборов от батареи аккумуляторов без дополнительной зарядки; срок службы электрохимических датчиков кислорода − не менее 5 лет.                                                                                                                                    Газоанализатор об­ладает следующим рядом характе­ристик: карманные габариты; универсальный фиксатор для крепления; инфракрасный интерфейс для передачи данных; широкий диапазон рабочей температуры и влажности; исключительные функциональ­ные возможности; компактный, прочный корпус; различные варианты вывода результатов на дисплей; оптимизированные электрохими­ческие сенсоры DragerSensors®.                                                                    Разрабатываемым  прибором были взяты пробы воздуха при различных внешних условиях, результаты измерений приведены ниже.

Исследуемый объект

% О2

Кухня с газовой печью

19,5

Учебная аудитория

20,5

Загородная лесополоса

21,5

На улице города после дождя

20,9

           

Полученные результаты показывают возможность решения поставленной задачи. Прибор определяет концентрацию кислорода в воздухе. С помощью этого прибора можно контролировать загрязнение воздуха.