Збірник тез доповідей до першого регіонального науково-практичного семінару "Теоретичні та практичні аспекти приладобудування".
Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля. Луганск - 2012.

   УДК 543.27.08

ОБҐРУНТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА ПРИЛАДУ
ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ФОРМАЛЬДЕГІДУ В АТМОСФЕРІ

О.В. Вовна, к.т.н. (Ph.D), доц.; А.А. Павленко, студентка

Державний виший навчальний заклад
«Донецький національний технічний університет», м. Донецьк

    Високий рівень забруднення навколишнього середовища в крупних промислових містах України призводить до ряду екологічних проблем. На теперішній час особливої уваги заслуговує автомобільний транспорт, кількість якого в Україні зростає щорічно. При збереженні тенденції масового переходу автомобілів із звичайного палива на метан виявлено, що утворення формальдегіду при спалюванні метану значно перевищує аналогічні показники у бензинових двигунів (0,177 мг/м³3 у двигунів на газі; 0,057 – при спалюванні бензину А-80, 0,074 – А-95) [1]. Формальдегід є токсичним, негативно впливає на генетичний матеріал, репродуктивні органи, дихальні шляхи (астма), очі, шкіряний покров (екзема), викликає алергічні дерматити. Гранично допустима концентрація (ГДК) формальдегіду в повітрі: у повітряному середовища приміщень 0,01 мг/м³; максимально разова – 0,035 мг/м³; середньодобова – 0,003 мг/м3. Тому контроль концентрації формальдегіду в атмосферному повітрі є однією з важливих задач для систем екологічного моніторингу.
   Для проведення кількісного аналізу атмосферного повітря на вміст в ньому формальдегіду використовується методика іонохроматографічного аналізу. Ця методика дозволяє встановити концентрацію формальдегіду в діапазоні від 0,0015 до 0,75 мг/м³ з відносною похибкою не більше ± 25 % при довірчій вірогідності 0,95. Тому метою роботи є підвищення точності приладу для вимірювання концентрації формальдегіду в атмосферному повітрі. При аналізі існуючих методів та засобів контролю концентрації формальдегіду з урахуванням підвищення точності та оперативності контролю виявлено, що найпридатнішим для здійснення цього аналізу є спектрофотометричний метод контролю. Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані та вирішені наступні задачі:
   – розробка математичної моделі вимірювального каналу приладу на основі спектрофотометричного методу контролю;
   – аналіз результатів моделювання і постановка технічних вимог до вимірювальних каналів приладу;
   – обґрунтування та розробка структури вимірювального приладу контролю концентрації формальдегіду в атмосфері.
   Функціонально вимірювальний канал приладу, який заснований на базі спектрофотометричного методу, складається із оптоелектронного та аналогового блоку. Для вибору оптоелектронних компонент приладу проведений аналіз спектру поглинання формальдегіду за інтенсивністю та частотою коливально-обертальної структури [2] і визначено дестабілізуючі фактори, що впливають на процес вимірювання концентрації формальдегіду. Для аналогового блоку приладу вибрано та забезпечено режим роботи фотоприймача оптичного випромінювання (фотодіода) та виконано нормування характеристик перетворення оптоелектронного блоку приладу до уніфікованого вигляду для подальшого перетворення та обробки в цифровій формі.
   З аналізу результатів проведених досліджень виявлено що при довжині вимірювальної бази l=0,5 м відносна зміна струму фотоприймача складає 0,3 %, а при збільшенні довжини до 6 м ця величина зростає до 2,9 %. Отже, для збільшення чутливості приладу вимірювання концентрації формальдегіду необхідно збільшувати довжину вимірювальної бази. Авторами рекомендується для забезпечення необхідної довжини вимірювального каналу використовувати у вимірювальному приладі кульовий фотометр, який забезпечує при діаметрі 0,15 м довжину вимірювального бази більше 6 м [3]. При цьому чутливість приладу складає 8,6 мВ/(мг/м³), що забезпечує відношення сигнал/шум на рівні 20/1 при H2CO=1 мг/м³.
   Аналоговий блок вимірювального приладу виконує функцію перетворення сигналу струму фотодіода, що містить інформацію про концентрацію формальдегіду, до уніфікованого вигляду для його перетворення і цифрової обробки в мікропроцесорному блоці приладу.
   Висновки
   1. Розроблені та обґрунтовані вимоги до вимірювального приладу контролю концентрації формальдегіду та математична модель вимірювального каналу.
   2. Проведений аналіз результатів моделювання показав, що для забезпечення необхідної чутливості вимірювального каналу необхідно забезпечити довжину вимірювального каналу більше 6 м. Цей показник технічно досяжний тільки при використанні кульового фотометру, який при діаметрі 0,15 м забезпечить довжину оптичного каналу більше 6 м.
   3. Обґрунтована та розроблена структура вимірювального приладу контролю концентрації формальдегіду. Чутливість вимірювального каналу концентрації формальдегіду складає більше 8,6 мВ/(мг/м³), що забезпечує відношення сигнал/шум на рівні 20/1 при максимальному значенні вимірюваної концентрації формальдегіду, величина якої дорівнює 1 мг/м³.
   Література:
   1. Супруненко О. Метан – это не только ценное топливо, и источник канцерогенов / О. Супруненко // «Зеркало недели». – № 21 от 07.06.2008 г. – Электронные данные. – Режим доступа: http://zn.ua/articles/53887. – Дата доступа: март 2011. – Загл. с экрана.
   2. NASA [Электронный ресурс] /Virtual Planetary Laboratory. – Электронные данные. – Режим доступа: http://vpl.astro.washington.edu/spectra/h2co.htm. – Дата доступа: январь 2012. – Загл. с экрана.
   3. Петрук В.Г. Спектрофотометрія світлорозсіювальних середовищ (теорія і практика оптичного вимірювального контролю) / В.Г. Петрук. – Вінниця: Універсум – Вінниця, 2000. – 207 с.