§2. Техническая структура систем мониторинга

Все СМ реализуются на базе автоматических (без человека) или автоматизированных (с человеком) систем контроля загрязнения.

1. Основные термины и определения средств измерения (СИ)

Для получения информации используют СИ, к ним относятся:

1. измерительные преобразователи (X– входная величина,Y- выходная)

2. Измерительный прибор

3) Мера, эталон или стандарт

2. Типовая структура автоматической системы контроля (АСК) загрязнений

Канал связи:1) кабельные линии

2) телефонные линии (АТЛС)

3) спутниковая связь

4) радиочастотная связь

СП – система пробоподготовки

МП – микропроцессор

АП/ПД – аппаратура приема/передачи данных

ВК – вычислительный комплекс

3. Классификация АСК загрязнений по назначению

1) Промышленные или производственные АСК загрязнения ОС

Установлены на предприятиях и содержат датчиковую аппаратуру для контроля загрязнений, а также приборы для измерения t,p,V.

2) Городская АСК загрязнения ОС

Включает в себя ряд промышленных систем, а также стационарные и подвижные посты наблюдения, распределенный по территории города

3) Региональные АСК загрязнения ОС

Обработка больших объемов информации и выдачи рекомендаций и прогнозов на региональном уровне. Оснащены, как правило, мощными многопроцессорными вычислительными компонентами.

4) Национальная АСК загрязнения ОС

Вся эта система входит в глобальную СМ ОС.

4. Основные требования к АСМ любого уровня

1) Программная совместимость снизу до верха

2) Аппаратурная совместимость

Совместимость по входящим и выходящим сигналам всех устройств, входящих в систему.

Нормированные аналоговые выходные сигналы:

3) Адаптивность. Параметры, которые могут быть адаптивными в системах разного уровня:

а) Нижний уровень (станции контроля или посты наблюдения) – диапазон измерения; периодичность калибровки датчика. (Калибровка (градуировка, поверка) – установление связи выходного сигнала СИ с входным, в качестве которого используется рабочий эталон)

б) Второй уровень – приоритет опроса станции контроля, объем передаваемой информации.

в) Верхний уровень – параметры, как и для второго уровня.

5. Требования к средствам измерения

1) Высокая чувствительность на уровне ПДК

2) Высокая избирательность, позволяющая различать компоненты с близкими физическими свойствами (Избирательность – чувствительность к определяемому компоненту. Она должна быть >> чувствительности к неопределяемому компоненту. Показатель избираемости:)

3) Высокие динамические характеристики - небольшое время реакции прибора на изменение измеряемого компонента (см. рис. справа)

4) Невысокая стоимость получаемой информации

5) Высокий уровень защиты СИ от влияния параметров ОС (t, влажность, ускорение, коррозия и т.д.)

Часть 2. Критерии оценки качества окружающей среды

ПДК, ПДВ, ПДС, ПД нагрузки (повторить самостоятельно)

Признаки, по которым выбираются вредные вещества, подлежащие нормированию:

а) Токсичность – абсолютно низкое значение ПДК

б) Массовость выбросов – выбираются вещества, которые имеют очень большие количества выбросов (Z.B. для атмосферы – СО)

в) Коммулитивность – возможность накопления вредных веществ в организме с течением времени (Z.B.As– мышьяк)

Часть 3. Мониторинг источников загрязнения

Особенности: 1) Возможность заранее знать состав выбрасываемых веществ в ОС;

2) Широкий диапазон концентраций вредных веществ (аварийные выбросы, залповые выбросы).

Это значительно упрощает структуры СМ.

ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Для мониторинга используют стандартные системы контроля, которые есть на каждом предприятии.

СМ обязательно измеряют следующие геофизические параметры: температуру, давление (барометрическое), уровень воды природной или сточной, расход воды в открытых протоках, скорость движения воздушных потоков, направление движения воздушных потоков.

Часть 1. Измерение температуры окружающей среды

§1.Термометр сопротивления (датчики температуры)

Принцип действия основан на зависимости активного сопротивления резистора (металлического или полупроводникового) от температуры.

1. Медные термометры сопротивления

Сопротивление растет линейно (см. рис.)

R_t =R₀(1+t),

где = 4,2610^-3[1/ ^оС] – температурный коэффициент расширения

R_t =R₀при 0^оС;

R₀определяет градуировку датчика (50 МR₀= 50 Ом, М - медь)

S_Rt = R₀ [Ом/^оС]

Диапазон температур, в котором используются медные термометры сопротивления – 200^оС ÷ +200^оС (при более высоких температурах происходит окисление меди)

2. Платиновые термометры сопротивления

Имеют нелинейную характеристику, описываются полиномом 2 или 3 степени.

Диапазон использования от 0 до 1000^оС.

Обозначение 100 Pt(R₀= 100 Ом)

Схема устройства:

1 – термометр (CuилиPtпроволока, имеющая несколько витков)

2 – защитный металлический чехол, устойчивый к воздействию среды, снижает время реакции датчика

3 – клеммная колодка

Схема преобразования сигнала в датчике температуры:

НП (нормирующий преобразова-тель) – устройство, которое преобразует нестандартный сиг-нал датчика в унифицированный сигнал.

Д – датчик, ВП – вторичный прибор.

3. ВП, работающие с термометрами сопротивления:

1)Четырехплечие мосты.

I– индикатор;U_пит– напряжение питания

Термометр сопротивления может быть включен в одно из плеч моста Z.B.R₃ =R_t;R₁,R₂,R₄–const

а) уравновешенные мосты: ток в диагонали в момент отсчета показаний равен нулю R₁ R₃ =R₂R₄– условие равновесия;

б) неуравновешенные мосты: ток не равен нулю, показание тока связано с показаниями термометра сопротивления I=(R_t);I≠ 0

2)Логометры – это измеритель отношений.

Это магнитоэлектрический прибор, у которого есть 2 рамки (1и2), которые механически жестко связаны между собой. Они установлены между полюсными наконечниками3. На рамках крепится стрелка5;4– шкала прибора. М₁, М₂– вращающие моменты.

Равновесие М₁ = М₂;

Угол поворота стрелки

I₁=E/R₁;I₂=E/(R₁ +R_t)

Недостаток: приборы имеют нелинейную (неравномерную) шкалу.

3) Компенсаторы.

Основной источник погрешности при использовании термометров сопротивления как датчика температуры заключается в значительном влиянии на результат сопротивления соединительных проводов (линий). Для исключения этой погрешности используют компенсационные схемы.

R₀ – образцовый резистор с известным сопротивлением;П – потенциометр – это прибор, который позволяет компенсировать падение напряжения в цепи путем подачи противонапряжения с обратным знаком.

Измерение проводится в 2 этапа.

I: U_Rt = IR_t; ;II: U₀ = IR₀

В момент измерения падения напряжения с помощью потенциометра ток через соединительные провода термометра сопротивления не идет.

У нормирующих преобразователей, работающих с термометрами сопротивления входная цепь – это либо мост, либо компенсатор.