Рак Владислав Игоревич

Рисунок 1 – Анимация состоит из 4 кадров с задержкой в 100мс между кадрами; задержка до повторного воспроизведения составляет 100мс т.к. анимация бесконечного циклического типа.

Как известно, в большей степени, источниками загрязнения воздуха являются те, в которых используются процессы горения органического топлива, а наиболее распространенными из таких являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Так, существенный вклад в загрязнение окружающей среды оказывает автомобильный транспорт.

Юридически концентрация выбросов автомобильного транспорта контролируется с помощью нормативных документов, государственных и международных стандартов, а именно Евро–4, Евро–5 и Евро–6. Но при достаточно развитой нормативной базе, на Украине слишком мало уделяется внимания техническим средствам контроля выбросов автомобильного транспорта.

Бензапирен – это канцерогенный газ, содержащийся в выбросах автомобильного транспорта в достаточно малых концентрациях, но при многочасового воздействии на организм человека вызывает серьезные заболевания, такие как рак легких, болезни желудочно–кишечного тракта, нарушения мозговой активности и др.

В настоящее время, бензапирен возможно измерять только в лабораторных условиях с использованием средств газоподготовки, которые увеличивают время измерения и затрудняют его алгоритм. Но все больше возрастает потребность выполнять контроль газов с высокой скоростью, точностью и легкостью.

Так возникает задача, разработать прибор контроля выбросов автомобильного транспорта, который не будет требовать использования средств предыдущей газоподготовки, иметь высокие показатели точности, чувствительности, и скорости измерения. Разрабатываемый прибор должен быть рассчитан на использования людьми, которые могут не иметь соответствующих знаний по химии, физики и других залузей знаний, поэтому должно быть простым в использовании.

Для разработки же технических средств измерения концентрации загрязняющих веществ в выбросах автомобильного транспорта необходимо ознакомиться с самим объектом исследования и изучить его свойства.

1.Анализ объекта контроля и аналитический осмотр методов и средств измерения параметров, которые необходимо контролировать.

1.1 Анализ объекта контроля и обоснование необходимых контролируемых параметров и дестабилизирующих факторов.

Объектом для исследования был выбран выхлопные газы автомобиля. Данный объект был выбран по следующим причинам:

Выхлопные газы автомобиля прежде всего вносят вред в окружающую среду, загрязняя ее разнообразными вредными газообразными и твердыми веществами, такими как сажа, двуокись углерода, альдегиды и др..

Угарный газ (CO), например, прозрачный, не имеет запаха [1]. Этот ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворяется в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием двуокиси углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распиловке топлива, в результате действия недостаточных температур при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации двуокиси углерода при высоких температурах. При дальнейшем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода по наличии кислорода с образованием двуокиси углерода. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Оксиды азота (NO, NО2, N 2, N2О3, N2О5, далее – NОx) являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условий азот весьма инертным газом. При высоком давлении и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NОx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется до двуокиси (NО2).

Оксиды азота раздражают слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении дыхательным трактом они взаимодействуют с влажной верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистое кислоты. Как правило, отравления организма NОx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких-либо нейтрализующих средств нет.

Углеводороды (CnНm – этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.). – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных соединений CH, которые делятся на алифатические (с открытым или закрытым цепью) и таких, которые содержат бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.).. Имеют приятный запах.

Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в перезбагачених зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций.

Не совсем сгоревшие CH, выбрасываемых с выхлопными газами и является смесью нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах.

CH является причиной многих хронических заболеваний. Токсичные также и пары бензина, которые являются углеводородом. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м³

1.2 Анализ объекта контроля и обоснование необходимых контролируемых параметров и дестабилизирующих факторов.

Вихлопні гази (або відпрацьовані гази) – основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згорання – це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин зі всілякими хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, надлишкового повітря, аерозолів і різних мікроскопічних домішок (як газоподібних, так і у вигляді рідких і твердих часток), що поступають з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість з яких токсичні.

Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту і вуглеводні. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу поступають граничні і неграничні вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа і інші компоненти. Приблизний склад вихлопних газів представлений в таблиці 1 [2].

Таблица 1 – Состав выхлопных газов автомобильного транспорта

Компоненты выхлопных газов	Состав по объему, г/м 3		Заметки
	Двигатели
	Бензиновые	Дизельные
Нитроген, г/м3	от 85.07 до 88.52	от 87.37 до 89.67	нетоксичен
Кислород, г/м3	от 0.39 до 10.51	от 2.62 до 23.64	нетоксичен
Водяной пар, г/м3	от 3.44 до 6.32	от 0.57 до 4.59	нетоксичен
Двуокись углерода, г/м3	от 9.23 до 21.94	от 1.88 до 18.88	нетоксичен
Окись углерода, г/м3	от 0.123 до 12.31	от 0.012 до 6.15	нетоксичен
Углеводороды неканцерогенные, г/м3	от 0.107 до 1.601	от 4.8×10−3 до 0.26	нетоксичен
Альдегиды, г/м3	от 0 до 0.328	от 1.64×10−3 до 0.015	нетоксичен
Окись серы, г/м3	от 0 до 5.25×10−3	от 0 до 0.079	нетоксичен
Сажа, г/м3	от 0 до 0,04	от 0,01 до 1,1	нетоксичен
Бенз(а)пирен –3,4, г/м3	(от 10 до 20)×10−6	до 10×10−6	токсичен

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а в двигателях, работающих на дизельном топливе – сажа.

1.3 Аналитический осмотр методов измерения параметров, которые контролируются в условиях объекта контроля.

Для контроля количества (концентрации) загрязняющих веществ, содержатся в выхлопных газах ДВС, в настоящее время используются различные методы, отризняються по способу использования и чувствительностью [3]. Сравнительные характеристики методов сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Сравнительные хар–ки абсорбционных методов

Параметры	Методы
	Методы прямого измерения поглощения	Оптико–акустический метод	Молекулярно–абсорбционный анализ	Атомно–абсорбционный анализ
Чувствительность, % об.	до 10–8	от 10–8 до 10	от 10–4 до 30	до 5×10–4
Погрешность, % об.	от 1 до 3	от 2 до 10	от 1 до 6	от 1 до 4

2 Построение математической модели измерительного канала концентрации бенз(а)пирена в выхлопных газах автомобиля.

2.1 Построение структурной схемы прибора

Электронный прибор, разрабатываемого конструктивно планируется выполнить в виде пяти блоков:

Выносной блок соединяется с прибором кабелем, по которому в выносной блок поступает напряжение питания датчика, а в базовый с выносного – выходной сигнал датчика. Для того, чтобы длина соединительного кабеля не влияла на качество передачи сигналов измерительной информации планируется использовать передачу информации по кабелю в виде унифицированного сигнала постоянного напряжения (от 0,250 до 0,300) мВ.

Структурная схема прибора измерения концентрации выхлопных газов автомобильного транспорта на основе оптико-акустического метода представлена на рисунке 2 [4].

На структурной схеме на рисунке 2 обозначены: ОАГ – ОА детектор; ВМ – измерительный мост Г – генератор; RCпидс – RC-усилитель; ДМод (10кГц) – демодуляторы сигнала 10 кГц; ДМод (5Гц) – демодулятор сигнала 5 Гц; АФНЧ (5Гц) – активный фильтр низких частот с полосой пропускания 5Гц; АФНЧ (0,5 Гц) – активный фильтр низких частот с полосой пропускания 0,5 Гц; МАС – мультиплексом аналоговых сигналов; ПВЗ – устройство выборки и хранения; АЦП – аналогово–цифровой преобразователь; МПУ – микропроцессорное устройство; СОИ – средство отображення информации.

Проанализировав характеристики бенз (а) пирена и данные о содержании его в рабочей зоне, а это 0.15 мкг / м ³ [5], был сделан вывод, что его концентрацию теоретически измерять с помощью методов обладают высокой чувствительностью, таких как методы абсорбционного анализа. Одним из них является метод непосредственного поглощения вещества. Дальнейшей задачей становится построение математической модели измеряемой среды и построение спектральных характеристик.

Второй закон, сформулированный Бером, выражает связь между интенсивностью прошедшего излучения и концентрацией поглощающего вещества в растворе: поток параллельных лучей монохроматического излучения при прохождении через раствор поглощающего вещества концентрации С ослабляется по закону: