PL183970B1 - Urządzenie do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery, wykorzystujące pomiar konduktywności wodnego roztworu rozpuszczalnych składników zanieczyszczenia atmosfery, zawierające otwarty zbiornik ekspozycyjny, z próbką wody, której powierzchnia jest poddawana oddziaływaniu atmosfery i opadów atmosferycznych oraz sondę pomiarową i konduktometr, znamienne tym, że wlot boczny otwartego zbiornika ekspozycyjnego (P() z zewnętrzną osłoną ażurową jest połączony przewodem przepływowym z wylotem zbiornika-zasobnika (P3) z wodą destylowaną wyposażonego w pokrywę zewnętrzną przy czym zbiornik ekspozycyjny (Pj) posiada pompę z zaworem elektromagnetycznym regulacyjnym (Z3), którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowocyfrowy (5) z wyjściem pierwszym komputerowego układu sterowania (1) ponadto, wylot główny zbiornika ekspozycyjnego (Pj) poprzez elektromagnetyczny zawór odcinająco-regulacyjny (Z2), którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z wyjściem drugim komputerowego układu sterowania (1), jest połączony z wlotem zbiornika pomiarowego (P2), izolowanego od wpływów zewnętrznych a wylot zbiornika pomiarowego (P2) jest połączony poprzez elektromagnetyczny zawór regulacyjny (Z3), którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery znajdujące zastosowanie w elektroenergetyce przy określaniu stanu zanieczyszczenia atmosfery oraz w doborze elektroenergetycznych izolatorów wysokonapięciowych do stref zabrudzeniowych.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego P-295773 (BUP 05/94) laserowy miernik zanieczyszczeń gazów składający się z lasera i przewodu pomiarowego wypełnionego badanym gazem lub powietrzem wyposażonym w półprzepuszczalną światło płytkę umieszczoną na drodze wiązki promieniowania lasera, przy czym po obu stronach płytki półprzepuszczalnej są umieszczone selektywne detektory promieniowania połączone z układem pomiarowym stężenia promieniowania, natomiast na końcu przewodu pomiarowego jest umieszczone płaskie zwierciadło usytuowane na drodze wiązki promieniowania lasera. Działanie miernika wykorzystuje zjawisko osłabiania wiązki promieniowania laserowego przez cząstki zanieczyszczeń.

183 970

Znana jest z polskiej normy z roku 1979 nr PN79/E-06303, pt.: „Narażenia zabrudzeniowe izolacji napowietrznej i dobór izolatorów do warunków zabrudzeniowych, metoda wyznaczania parametrów zanieczyszczeń atmosfery na podstawie analizy osadów zbieranych w wodzie z opadów atmosferycznych, w zbiornikach instalowanych na słupach lub dachach budynków w taki sposób, że wlot zbiornika nie jest zasłonięty przez przedmioty przemysłowe w terenie. Zgodnie z wyżej wymienioną normą, analiza osadów zebranych w zbiorniku polega na oddzieleniu i zważeniu nierozpuszczalnych składników zanieczyszczeń. Konduktywność rozpuszczalnych składników zanieczyszczenia atmosferycznego wyznacza się przez bezpośredni pomiar konduktywności roztworu uzyskanego z rozpuszczenia 0,2 g suchej pozostałości pofiltracyjnej w 100 cm³ wody destylowanej o konduktywności nie większej niż 10 pS/cm. Do pomiaru używa się konduktometru o zakresie odpowiadającym spodziewanej konduktywności zanieczyszczeń. Temperatura elektrolitu podczas pomiaru konduktywności jest utrzymywana w stałym przedziale od 15 do 30°C.

Wadą metody i przyrządów opisanych w polskiej normie PN-79/E-06303 jest wymóg stosowania wielu precyzyjnych czynności manualnych, wysoki poziom przygotowania fachowego obsługi przy jednoczesnym angażowaniu wielu osób, poza tym niska powtarzalność i niska obiektywność pomiarów.

Istota urządzenia do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery, wykorzystującego pomiar konduktywności wodnego roztworu rozpuszczalnych składników zanieczyszczenia atmosfery, polega na tym, że wlot boczny otwartego zbiornika ekspozycyjnego z zewnętrzną osłoną ażurową jest połączony przewodem przepływowym z wylotem zbiornika-zasobnika z wodą destylowaną, wyposażonego w pokrywę zewnętrzną, przy czym zbiornik ekspozycyjny posiada pompę z zaworem elektromagnetycznym regulacyjnym, którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wyjściem pierwszym komputerowego układu sterowania. Ponadto wylot główny zbiornika ekspozycyjnego poprzez elektromagnetyczny zawór odcinająco-regulacyjny, którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wyjściem drugim komputerowego układu sterowania, jest połączony z wlotem zbiornika pomiarowego, izolowanego od wpływów zewnętrznych. Wylot zbiornika pomiarowego jest połączony poprzez drugi elektromagnetyczny zawór regulacyjny, którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wyjściem trzecim komputerowego układu sterowania, z wlotem zbiornika filtracji zanieczyszczeń. Ponadto otwarty zbiornik ekspozycyjny jest połączony dodatkowym przewodem przepływowym z zamkniętym zbiornikiem poziomu wody o wymiarach korzystnie od 10 do 15 razy mniejszych od wymiarów zbiornika ekspozycyjnego, wyposażonym w pływak połączony z czujnikiem poziomu wody którego wyjście jest połączone z wejściem przetwornika położenia czujnika poziomu wody na sygnał elektryczny przy czym wyjście tego przetwornika jest połączone z wejściem pierwszym komputerowego układu sterowania. Poza tym zbiornik pomiarowy jest wyposażony w grzałkę, termometr, czujnik poziomu wody oraz w sondę pomiarową połączoną z wejściem konduktometru, którego wyjście jest połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wejściem czwartym komputerowego układu sterowania, przy czym wyjście czujnika poziomu wody zbiornika pomiarowego jest połączone poprzez ten przetwornik analogowo-cyfrowy z trzecim wejściem komputerowego układu sterowania a wyjście układu termostatycznego połączonego z termometrem zbiornika pomiarowego jest połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z wejściem drugim komputerowego układu sterowania.

Zastosowanie urządzenia do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery według wynalazku wykorzystującego jako podstawowy parametr oceny zanieczyszczenia atmosfery, średniodobowy przyrost konduktywności wody wystawionej na oddziaływanie zanieczyszczeń atmosfery, zapewnia znaczne uproszczenie dotychczasowej metody określania zanieczyszczeń atmosfery, pozwalając na pełną automatyzację pomiaru i bezpośredni odczyt wartości wskaźnika konduktywności wody.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia do automatycznego wyznaczania dobowego przyrostu konduktywności wody a fig. 2 - jego wersję praktyczną.

183 970

Według wynalazku urządzenie do pomiaru konduktywności wody posiada otwarty zbiornik ekspozycyjny P„ o objętości przykładowo 1500 m³ i powierzchni otworu wlotowego przykładowo 210 cm2 Powierzchnia kontaktu próbki wody z atmosfery wynosi przykładowo 500 cm². Otwarty zbiornik ekspozycyjny P1 jest osłonięty siatką metalową i jest zainstalowany na słupie na wysokości od 1,5 m nad ziemią. Ponadto urządzenie do pomiaru zanieczyszczeń według wynalazku wyposażone jest w dwa zbiorniki-zasobniki P3, letni z wodą destylowaną i zimowy zasobnik z wodą destylowaną domieszkowaną środkiem chemicznym obniżającym temperaturę krzepnięcia wody przykładowo gliceryną. Otwarty zbiornik ekspozycyjny P„ posiadający w swej górnej części nad powierzchnią próbki wody wlot, w którym osadzony jest przewód połączony z wylotem zbiornika - zasobnika P3, zamkniętego od góry pokrywą, wyposażony jest w pompę z zaworem elektromagnetycznym regulacyjnym Z„ którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 5 wyjściem pierwszym z komputerowego układu sterowania 1. Otwarty zbiornik ekspozycyjny P,jest połączony za pomocą przewodu bocznego o małym przekroju osadzonego w dolnej części przeciwległej ściany bocznej z dodatkowym zbiornikiem poziomu wody P₅. zamkniętym pokrywą, o wymiarach około 10-15 razy mniejszych od wymiarów zbiornika ekspozycyjnego P„ przykładowo 10 razy mniejszych. W zbiorniku poziomu wody P5 odizolowanym obudową od opadów atmosferycznych i osłoniętym od wiatru, jest zamocowany pływak, którego położenie określa poziom wody w zbiorniku ekspozycyjnym P, poprzez połączenie go z czujnikiem C, poziomu wody, który jest połączony z wejściem elektronicznego przetwornika 4 położenia czujnika poziomu wody, przetwarzającego różnicę poziomów wody w sygnał elektryczny o wyjściu połączonym z wejściem pierwszym komputerowego układu sterowania 1. Zbiornik ekspozycyjny PJest połączony poprzez zawór elektromagnetyczny regulacyjno-odcinający Z2 ze zbiornikiem pomiarowym P2 otoczonym warstwą materiału izolacyjno-termicznego izolowanym od wpływów zewnętrznych. Element sterujący elektromagnetycznego zaworu regulacyjno-odcinającego Z2 jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 5 z wyjściem drugim komputerowego układu sterowania 1. W dnie zbiornika pomiarowego P2 znajduje się otwór wylotowy z obsadzonym w nim elektromagnetycznym zaworem regulacyjnym Z3, którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 5 z wyjściem trzecim komputerowego układu sterowania 1. Zamontowany pod zbiornikiem pomiarowym P2 zbiornik filtracji zanieczyszczeń P₄ służy do odfiltrowania lub odsączenia nierozpuszczalnych składników osadów. Układ termostatyczny 3 jest połączony z termometrem kontaktowym T2 zbiornika pomiarowego P2, wyposażonego ponadto w grzałkę G2. Wyjście automatycznego układu termostatycznego 3 jest połączone z wejściem przetwornika analogowocyfrowego 5 którego wyjście jest połączone z wejściem drugim komputerowego układu sterowania 1. Grzejnik G2 razem z termometrem kontaktowym T2 umożliwiają regulację temperatury wody w zbiorniku pomiarowym P₂ i utrzymywanie stałej wartości temperatury na przykład 20°C. Konduktywność wody jest mierzona konduktometrem 2, którego wyjście poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy jest połączone z czwartym wejściem komputerowego układu sterowania 1, a wejście konduktometru 2 jest połączone z sondą pomiarową SK zanurzoną w zbiorniku pomiarowym P2. Zbiornik pomiarowy P2 jest ponadto wyposażony w czujnik C2 poziomu wody połączony z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego 5, którego wyjście jest połączone z trzecim wejściem komputerowego układu sterowania 1. Cykl pracy urządzenia przebiega w czterech fazach których początek i koniec ustala komputerowy układ sterowania 1 w zależności od wielkości opadów deszczu.

W warunkach bezopadowych, w pierwszej fazie pracy urządzenia, fazie płukania, z komputerowego układu sterującego 1 wysyłany jest sygnał włączający pompę i otwierający elektromagnetyczny zawór regulacyjny Z_I a do zbiornika ekspozycyjnego P1 jest doprowadzana ustalona objętość wody destylowanej ze zbiornika - zasobnika P3. Następnie sygnały z komputerowego układu sterowania 1 otwierają elektromagnetyczne zawory Z₂ i Z3 co powoduje przepłukanie zbiornika pomiarowego P2. W drugiej fazie pracy urządzenia, fazie ekspozycji polegającej na oddziaływaniu zanieczyszczonej atmosfery na powierzchni próbki wody w otwartym zbiorniku ekspozycyjnym P„ sygnał z układu komputerowego sterowania 1 wznawia pracę pompy do momentu, w którym czujnik poziomu C określa poziom próbki

183 970 wody w zbiorniku ekspozycyjnym P,. W tym czasie następuje zamknięcie, zaworu regulacyjno-odcinającego Z₂ i zaworu regulacyjnego Z₃. Zamknięcie elektromagnetycznego zaworu regulacyjnego Z_I powoduje zlanie do zbiornika ekspozycyjnego P1 odpowiedniej ilości wody destylowanej a w okresie zimowym z dodatkiem gliceryny ze zbiornika-zasobnika P₃. Gdy elektromagnetyczny zawór regulacyjny Z, oraz elektromagnetyczny zawór regulacyjnoodcinający Z₂ są zamknięte, ustalona ilość wody przykładowo o objętości 1 litra zostaje utrzymywana w zbiorniku ekspozycyjnym P, przez okres czasu zadany przez komputerowy układ sterowania 1. W przypadku występowania dużych opadów deszczu po stwierdzeniu w zbiorniku ekspozycyjnym P, przyrostu objętości wody o około 15%, czujnik C, poziomu wody połączony z pływakiem w zbiorniku pomiaru poziomu wody P₅ powoduje wysyłanie sygnału poprzez elektroniczny przetwornik 4 położenia czujnika poziomu wody, przetwarzający różnicę poziomu wody na sygnał elektryczny, do komputerowego układu sterowania 1. Po czym sygnałem z komputerowego układu sterowania 1 następuje otwarcie elektromagnetycznego zaworu regulacyjno-odcinającego Z2 oraz zamknięcie zaworu regulacyjnego Z3 i zlanie wody ze zbiornika ekspozycyjnego P₁ do zbiornika pomiarowego P2 a następnie przejście urządzenia do fazy pomiaru. W trzeciej fazie pracy urządzenia, fazie pomiaru, gdy woda ze zbiornika ekspozycyjnego P1 po otwarciu sygnałem z komputerowego układu sterowania 1 elektromagnetycznego zaworu regulacyjno-odcinającego Z2 i zamknięciu elektromagnetycznego zaworu Z3 zostaje zlana do zbiornika pomiarowego P2, po czym następuje po ogrzaniu jej do temperatury 20°C za pomocą grzałki G₂, pomiar konduktywności γ przy pomocy sondy SK i konduktometru 2, a stała objętość 1 litra jest kontrolowana pływakowym czujnikiem C2 poziomu wody. W czwartej fazie, fazie opróżnienia zbiornika pomiarowego P2 woda z zanieczyszczeniami atmosferycznymi zostaje usunięta ze zbiornika P2 i zlana do zbiornika filtracji zanieczyszczeń P₄. Po fazie opróżnienia zbiornika pomiarowego P2 i zlaniu wody z zanieczyszczeniami do zbiornika filtracji zanieczyszczeń P₄, następuje zablokowanie urządzenia, na zadany przez komputerowy układ sterowania 1 okres czasu. Przy małych opadach deszczu przyrost objętości wody w zbiorniku ekspozycyjnym P1 nie przekracza 15%. Elektroniczny przetwornik 4 położenia czujnika poziomu wody na sygnał elektryczny połączony z pływakowym czujnikiem C\ poziomu wody nie rejestruje zmiany objętości i nie przerywa fazy ekspozycji polegającej na oddziaływaniu zanieczyszczonej atmosfery na powierzchnię próbki wody w zbiorniku ekspozycyjnym P1 do chwili wejścia urządzenia w zadaną czasowo fazę pomiaru. Ponieważ konduktywność wody γ w zbiorniku pomiarowym P2 jest mierzona zawsze w stałej objętości, przyrost objętości wody w zbiorniku ekspozycyjnym P„ zakwalifikowany przez układ jako opady o małym natężeniu nie wpływa na dokładność pomiaru. Wskaźnik konduktywności wody Δγ„ określa zależność

Δγι= γ gdzie:

t - jest czasem wystawienia próbki wody na zanieczyszczenia atmosferyczne przykładowo 1 - miesiąc γ, - konduktywnością wody po ekspozycji.

Znając czas wystawienia t próbki wody na zanieczyszczenia atmosferyczne wartość wskaźnika konduktywności Δγ, odczytuje się bezpośrednio z monitora lub drukarki komputerowego układu sterowania 1. Przyrost konduktywności Δγ w pojedynczej próbce wody określa się na podstawie pomiaru konduktywności γ wody dokonanego bezpośrednio przed napełnieniem zbiornika P3, przy czym konduktywność y_c nie powinna być większa niż 5 μS/cm oraz pomiaru konduktywności γ, próbki wody po miesięcznym wystawieniu próbki wody na zanieczyszczenia atmosferyczne. Wyposażenie urządzenia w zbiornik filtracji zanieczyszczeń P4 zawierający filtr lub sączki pozwala na określenie intensywności opadu zanieczyszczeń Q w gramach na metr kwadratowy g/m² w ciągu doby, według zależności

183 970

Ml t x S gdzie:

M - masa substancji zanieczyszczenia atmosfery w gramach S - powierzchnia wlotowa zbiornika pomiarowego P, w metrach kwadratowych t - czas zbierania substancji zanieczyszczenia atmosfery liczony w dobach.

Wyznaczanie natężenia zanieczyszczeń Q przeprowadza się na podstawie pomiarów okresowych w kolejnych 12 miesiącach, przy czym każda próbka wody odnosi się do okresu Jednego miesiąca. Po okresie pomiarowym oddziela się i waży składniki nierozpuszczalne zanieczyszczeń atmosfery, otrzymane w wyniku przesączenia i całkowitego odparowania wody.

183 970

Fig. 2

183 970

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do pomiaru zanieczyszczeń atmosfery, wykorzystujące pomiar konduktywności wodnego roztworu rozpuszczalnych składników zanieczyszczenia atmosfery, zawierające otwarty zbiornik ekspozycyjny, z próbką wody, której powierzchnia jest poddawana oddziaływaniu atmosfery i opadów atmosferycznych oraz sondę pomiarową i konduktometr, znamienne tym, że wlot boczny otwartego zbiornika ekspozycyjnego (Pj z zewnętrzną osłoną ażurową jest połączony przewodem przepływowym z wylotem zbiornika-zasobnika (P₃) z wodą destylowaną, wyposażonego w pokrywę zewnętrzną, przy czym zbiornik ekspozycyjny (Pj posiada pompę z zaworem elektromagnetycznym regulacyjnym (Z,), którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z wyjściem pierwszym komputerowego układu sterowania (1) ponadto, wylot główny zbiornika ekspozycyjnego (Pj poprzez elektromagnetyczny zawór odcinająco-regulacyjny (ZJ, którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z wyjściem drugim komputerowego układu sterowania (1), jest połączony z wlotem zbiornika pomiarowego (P₂), izolowanego od wpływów zewnętrznych a wylot zbiornika pomiarowego (Pi) jest połączony poprzez elektromagnetyczny zawór regulacyjny (Z₃), którego element sterujący jest połączony poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z wyjściem trzecim komputerowego układu sterowania (1), z wlotem zbiornika filtracji zanieczyszczeń (P₄) ponadto otwarty zbiornik ekspozycyjny (Pj jest połączony dodatkowym przewodem przepływowym z zamkniętym zbiornikiem poziomu wody (P₅) o wymiarach korzystnie od 10 do 15 razy mniejszych od wymiarów zbiornika ekspozycyjnego (P,), wyposażonym w pływak połączony z czujnikiem (C,, poziomu wody, którego wyjście jest połączone z wejściem przetwornika (4) położenia czujnika poziomu wody na sygnał elektryczny, przy czym wyjście tego przetwornika (4), jest połączone z wejściem pierwszym komputerowego układu sterowania (1), ponadto zbiornik pomiarowy (P₂) jest wyposażony w grzałkę (G₂), termometr (T₂), czujnik poziomu wody (C,) oraz w sondę pomiarową (SK) połączoną z wejściem konduktometru (2), którego wyjście jest połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z wejściem czwartym komputerowego układu sterowania (1) przy czym wyjście czujnika poziomu wody (C₂) zbiornika pomiarowego (P₂) jest połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z trzecim wejściem komputerowego układu sterowania (1) a wyjście układu termostatycznego (3) połączonego z termometrem (Ti) jest połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (5) z drugim wejściem komputerowego układu sterowania (1).