СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СЕНСОРОВ

1

• Авторы
• Файлы

Сажин С.Г. Белянкин С.В. Статья в формате PDF 226 KB Экологическое нeблагополучие на ряде предприятий химической промышленности в настоящее время побуждает к созданию новых методов и средств экологического мониторинга. Контроль выбросов предельно-допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе является в настоящее время одной из важнейших производственных задач.

Источником загрязнения производственной воздушной среды являются технологические процессы, связанные с применением или образованием вредных летучих веществ. Загрязнения возникают при недостаточной герметизации оборудования, отсутствии или недостаточной эффективности санитарно - технических устройств. При этом концентрация вредных примесей может достигать величин, представляющих опасность для здоровья работающих.

Пpaктика гигиенического нормирования ПДК токсичных веществ требует систематического контроля производственной воздушной среды, а, следовательно, наличия чувствительных и избирательных методов анализа. На особо опасных участках требуется непрерывно контролировать содержание примесей в воздухе технологической зоны, чтобы своевременно предупредить пожар, взрыв или отравление персонала. Повышенные требования к селективности средств контроля концентрации вредных веществ предъявляются из-за широкого спектра контролируемых веществ.

Таким образом, задача разработки автоматических газоаналитических приборов для непрерывного мониторинга воздуха рабочих зон, которые обеспечивали бы селективность детектирования определенного вещества, а также обладали бы высоким быстродействием, простотой обслуживания, надежностью в работе и невысокой стоимостью по сравнению с зарубежными аналогами, является весьма актуальной.

Основной тенденцией развития аналитического приборостроения является разработка так называемых «интеллектуальных» портативных аналитических приборов, построенных на базе твердотельных сенсоров и современных вычислительных средств. Существовавшие до недавнего времени аналитические приборы с «жесткой» структурой построения, как правило, имели большие габариты, сложную схемную реализацию, узкую специализацию, что делало их малоэффективными при проведении аналитического измерительного процесса, приводило к непроизвольной трате энергетических, материальных и интеллектуальных ресурсов.

Применение микропроцессорных устройств позволяет реализовать гибкость конструкции за счет программируемости микропроцессора. С помощью программных средств осуществляется адаптация аналитических приборов к выбору оптимальных способов определения параметров, избирательности и оперативности решений в зависимости от возмущений окружающей среды, повышение достоверности за счет калибровочных и корректирующих преобразований.

Говоря о чувствительных элементах, используемых в газоанализаторах, работа которых основана на различны физико-химических процессах, необходимо отметить ряд существенных недостатков, таких как сложность обслуживания, длительное время подготовки, габариты, стоимость и др. Необходимо расширять номенклатуру чувствительных элементов, вводя новые типы датчиков. Наиболее перспективными в настоящее время являются твердотельные газоаналитические сенсоры. Интерес к этим сенсорам вызван такими важными хаpaктеристиками, как высокая селективная чувствительность, низкое энергопотрeбление, длительная стабильность и воспроизводимость рабочих хаpaктеристик.

В настоящее время проведены исследования чувствительности некоторых типов микроэлектронных газовых сенсоров к таким газам, как водород, гелий, синильная кислота, этилен, пропан. В результате исследований получены концентрационные зависимости изменения информативных параметров, динамические хаpaктеристики сенсоров, температурные зависимости, газочувствительности. Исследования показали, что изученные сенсорные структуры обладают хорошими эксплуатационными хаpaктеристиками: малой потрeбляемой мощностью, малым временем выхода на рабочий режим, высокой стабильностью электрических параметров, а также низким пороговым значением минимальной обнаруживаемой концентрации и заслуживают дальнейшего пристального изучения с целью их использования в газоаналитических приборах.

Высокое быстродействие и газовая чувствительность микроэлектронных чувствительных элементов позволяют не только предотвращать быстро развивающиеся аварийные процессы, но и осуществлять прогнозирование возникновения аварий, вызванных утечками технологических сред. Размеры микроэлектронного чувствительного элемента составляют 2х2х1 мм. Датчики, благодаря небольшим размерам и высокой степени защищенности, располагаются в непосредственной близости от потенциально опасных элементов технологических схем, что существенно снижает трaнcпортное запаздывание в измерительной схеме «утечка-датчик». Полученные результаты позволяют комплексно автоматизировать мониторинг утечек из протяженных трубопроводов, технологического оборудования газо-нефтеперекачивающих станций и газовых хранилищ. Включение ультразвуковых и газовых датчиков утечек в автоматизированную систему управления технологическими процессами трaнcпортирования газо- и нефтепродуктов позволяет осуществить задачи мониторинга и задачи активного контроля, состоящие в автоматическом воздействии на технологический процесс с целью обеспечения безопасности и непрерывности ведения технологического процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Янович А.Н., Аствацатуров А.И, Бугурин А.А. Охрана труда и техника безопасности в газовом хозяйстве. - М.: Недра, 1978.
2. Розинов Г.Л. Автоматические анализаторы и измерительные комплексы загрязнений атмосферы. //Приборы и системы управления. 1994. №9.
3. Сажин С.Г., Соборовер Э.И., Токарев С.В. Сенсорные методы контроля аммиака. //Дефектоскопия. 2003. №10.
4. Экологическая диагностика. Под ред. В.В. Клюева. - М.: МГФ «Знание», «Машиностроение», 2000.
5. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Черноусов П.И. Промышленность и окружающая среда. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002.

---