Устройство для контроля атмосферного воздуха

(5 РЕТЕНИЯ АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВУ риборостроительсирати и О,П. Подство СССР00. 1985;томатизированныезнения атмосферНИИНТИ, 1984, сеТРОЛЯ АТЧОСся к средствам сферного воздух и рекреационна границах ГОСУДАР СТВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССР(ГО С ПАТЕ НТ СС С Р) ОПИСАНИЕ(71) Севастопольский иный институт(56) Авторское свидетельМ 1008685, кл. 6 01 ЧЧ 1/Примак А В, и др, Авсистемы контроля загряного воздуха. Киев. УкРрия 17. с. 14 - 17,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНФЕРНОГО ВОЗДУХА(57) Изобретение относитконтроля загрязнения атмоха в промышленных, жилыных зонах городов,Устроистно относится к:редствам охраны окружающел среды, в частности, к средствам контроля загрязненил атмосферного воздуха в промышленных и жилых зонах; награницах санитарно-защитных эон предприятий промышленности и транспорта,Известны устройства, реализующие способ контроля качества атмосферного воздуха путем измерения концентраций загрязняющих ингредиентов в точках койтрб-ля, сравнива ия измеренных значений концентраций с предельно-допустимыми значениями и осуществления контрольтгьэхопераций по анализу влияния на точки контроля источников выброса в атмосферу за- . грязняющих ингредиентов, концентрации которых прев.шают предсльно-доПус 1 й"-" мые значени , Контрольные операции по анализу выбро:ов осуществляются на ис-" санитарно-защитных зон предприятий промышленности и транспорта и может иСпользоваться как первйчное "информационное звено мониторинговой системы контроля окружающей среды. Целью изобретения является упрощение процесса контроля атмосферного воздуха. Устройство включает тракты 12 контроля и замера, состоящий каждый из датчиков измерения концентраций ингредиентов и метеопараметров, блока масштабирования, коммутатора и датчика "временй; каналы 6 передачи-приема. центральную станцию 13, включающую приемную часть канала передачи-приема и формирователь сигналов калиброванного уровня, центральный пост 14, включающий дополнительный коммутатор, аналого-циф ровой преобразователь,-дополнительный датчик времени"и преобраэователь кодов результата контроля, 12-6-13-14, 1 ил, С: точниках в эависймостй отазимута ветра и угла рассеивания загряэйейия. Эти устройства включают"иэмерйтельнйй комплекс, содержащий датчики вредных ингредиен-тов (диокиси серы, оксида углерода и т,п.) и - ф метеорблогических параметров (скорости и 0 направления ветра, темйературы и влажно- (Я сти воздуха), совмещенный с контрольно- .Ъ. йзмерительнойстанцйей (КЗС), осуществляющей сбор измерений, их масш- ) табирование, преобразование масштабиро веаЪ ванных измерений в коды, например, с помъЩье" аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а затем предварительную обработку информации и выдачи ее в канал передачи-приема на центральную станцию (ЦС), выполненную в виде комплекса автоматическихустройств, обеспечивающих управление через другой канал10 20 25 30 35 40 Этому устройству присущи недостатки, уже указанных известных устройств и, кроме того, низкая оперативность, определяемая временем, затрачиваемым на 45 затрачиваемое на распространение загряз някйцйх ингредиентов от источника выброса до контролируемой зоны или до границы санитарно-защитной зоны предприятия 1- . ой категории при опасной скорости ветра не 55 передачи-приема системой КЗС, прием и обработку накопленной информации (причем прием осуществляется с использованием дополнительного коммутатора), поступающей от КЗС с периодичностью, определяемой датчиком времени и не превышающей частости одного-двух циклов в час, и выходных устройств, обеспечивающих выдачу результатов обработки на вход ЭВМ информационно-вычислительного центра Основными недостатками этих устройств являются:"ограниченная оперативность контроля (неча 1 це одного раза за 30 мин), необходимость использования двух каналов передачи-приема между КЗС и ЦС, высокая стоимость элементов и связанные с этим высокие издержки на эксплуатацию.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля атмосферного воздуха, включающее измерительный комплекс, состоящий из газоаналитических будок, каждая из которых оснащена датчиками метеопа раметров, последовательно соединенных через модули согласования метеодатчиков с первым входом первой КЗС, и датчики ингредиентов, последовательно соединенных через газоаналитический комплект с первым входом второй КЗС (тракты контроля и замера), а выходы первой и второй КЗС через каналы передачи- приема соединены с первым входом ЦС, один выход которой через другой канал передачи-приема соединен со вторыми входами первой и второй КЗС, второй выход ЦС соединен со входом ЭВМ вычислительного центра, а второй вход ЦС соединен с первым выходом ЭВМ вычислительного центра, другие выходы ЭВМ подключены к диспетчерскому пункту, к которому также подключены вторые входы ЭВМ,газоанализ газоаналитическим комплексом, способным, как известно, определять концентрации ингредиента по взятой прае воздуха в течение одного часа, Время же,превышает 12-ти мин, В таких условиях контроль атмоСферного воздуха осуществляется с запаздыванием. Оперативность и упрощейие контроля атмосферного воздуха могут быть повышены за счет изменения самого процесса контроля. Целью предлагаемого изобретения является упрощение процесса контроля атмосферного воздуха,Поставленная цель достигается тем, что5 в известное устройство для контроля атмосферного воздуха, содержащее тракты контроля и замера, каждый из коммутатора,блока масштабирования, датчиков ингредиентов и метеорологических параметров,датчика времени и канала передачи-приема, дополнительный коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем вкаждом тракте контроля и замера коммутатор подсоединен управляющим входом к5 выходу датчика времени и соединен выходом со входом канала передачи-приема, внего введены формирователь сигнала калиброванного уровня, подсоединенный ин.формационными входами к выходамканалов передачи-приема и соединенныйвыходом с информационным входом дополнительного коммутатора, подключенноговыходом к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, преобразователь кодов результата контроля,соединенный информационным входом свыходом аналого-цифрового преобразователя, и дополнительный датчик времени, а вкаждом тракте контроля и замера выходыдатчиков ингредиентов и метеорологических параметров соединены через блок масштабирования с информационнымивходами коммутатора, причем выходы датчика времени подключены к управляющимвходам дополнительного коммутатора ипреобразователя кодов результата контро- .ля,Ввод в устройство дополнительногодатчика времени и формирователя сигналовкалиброванного уровня позволяет подаватьна вход аналого-цифрового преобразователя измерения от датчиков в виде аналоговыхсигналов, согласованных по динамическомудиапазону с входом аналого-цифрового преобразователя. При этом аналоговый сигнализмерения от датчика, согласованный по динамическому диапазону за счет масштабирования с входом канала передачи-приема,через коммутатор поступает на вход формирователя калиброванного уровня, где восстанавливается, затем калибруется ипоступает на вход аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого представляется в виде кода, и, следовательно,достигается однократное преобразованиеаналогового сигнала в код с помощью единственного в устройстве аналого-цифровогопреобразователя,Коммутатор с помощью сигнала от датчика времени подключает один из опраши10 15 20 счет управле 1 я дополнительным датчиком, 30 35 датчиков из с ):тавэ измерительного комп 45 представленчертеже; на 1;оторомвведе ны следующие обозначения; 1 - Датчики ."М" - блок датчиков метсопараметров, включающий измерители направленияи скорости ветС а, температуры и влажности; 55 ваемых датчизв к каналу передачи-приема, одновременндополнительный датчик времени вырабатывает сигналы для дополнительного ком мутатора и преобразователя кодов резуль 1 ата контроля, причем одним сигналом дополнительного датчика времени дополните ьный коммутатор подключает выход формирователя сигналов калиброванного уровня к входу аналогоцифрового преобразователя, а вторым - переводит преооразователь ксдов результата контроля в е.ким приема кодов с выхода аналого-цифрового преобразователя, Следовательно, с помощью эт х двух датчиков времени обеспечивается циклический опрос всех датчиов, а в цикл работы включены интервалы времени опроса каждого из датчиков и ин гервалы времени для обработки сигналов.Новым по отношению к известным устройствам является сокращение числа кодовых преобразований измеренного сигнала, упрощен сбор измерений, а все виды последующей обрапотки осущестчляет преобразователь кодо, результата квйтроля, Новым является и то, что ввод дополнительного датчика времени обеспечивает использование в устройс 1 ве не двух. а одного толькб канала передачи-приема, Кроме того, зэ времени или;использованием его сигналов мЬжно опрац ивать любой и 1 и любые датчики из состав 4 измерительного"комплекса в течение цикл )проса, упра злять периодичностью опрос Все зто позьоляет повысить оперативность сбора и анализа параметровконтроля атмосферного воздуха как за счет сокращения числа операций сбора и кодирования, так и за счет управленияопросом лекса устройсва, Так, если датчиками за- грязняющих ичгредиентов являются те же; что и в протогипе, то увеличив их группу вдвое и организовав поочс редный опрос датчиков кажд 1 й из групп через цикл, можно вдвое сокр, пить время, затрачиваемое на обновлени измерений концентраций ингредиентов,Пример предлагаемого устройства 2 - Датчики Ъ" - блок измерителей концентраций загрязняющих атмосферный воздух ингредиентов, епример дис сида серы, оксида углерода и др 3 - блок масштабирования; 4 - коммутатор; 5 - датчик времени; 6 - канал передчи-приема; 7 - формировэтель сигналов калиброванного уровня; 8 -дополнительный коммутатор; 9 - аналогоцифровой преобразователь (АЦП); 10 - дополнительный датчик времени; 115 преобразователь кодов результата контроля; 12 - контрольно-замерная станция(КЗС); 13 - центральная станция (ЦС), 14 -центральный пост (ЦП).В исходном состоянии выход каждогоиз датчиков 1 и 2 через блок масштабирования 3 подключен к соответствующему входукоммутатора 4, управляющий вход которогоподключен к выходудатчика времени 5. Выходкоммутатора 4 подключен к входу канала передачи-приема 6. Совокупность зтихустройств образует КЗС 12,Выход канала передачи-приема 6 подключен к входу формирователя сигналов к".либрованного уровня 7, Приемная частьэтого канала с формирователем 7 образуетЦС 13,Выход формирователя 7 подключен кВХОДУ ДОПОЛНИтЕлЪногО коммутатора 8, а управляющий вхсд коммутатора 8 подключен5 к одному выходу дополнительного дагчикавремени 10, другой выход которого подключен к первому входу преобразователя кодоврезультата контроля 11. Выход коммутатора8 через аналого-цифровой преобразователь9 подключен ко второму входу преобразователя 11, Дополнительный коммутатор 8, до-полнительный датчик времени 10,аналого-цифровой преобразователь 9 в совокупйости с преобразователем кодов результата контроля 11 сбразуют ЦП 14,Работа устройства состоит в следующем. С выхода каждого из датчиков 1 непрерывно поступают замеры в виде уровнейэлектрическихнапряжений. С выхода первой группы дат иков 2 замеры поступают нэ30 минут раньше, чем с выходов второйгруппы датчикс в 2, Соответственно прототипу датчики 1 - непрерывного типа, а датчики 2 - дискре гного. Уровни напряже ий свыходов датчиков 1 и 2 прикладываюгся ксоответствующим входам блока масштабирования 3, Блок 3, например выполненныйс использованием резисторных делителей,усилителей тока или напряжения, обеспечивает согласование выходных сигналов с входом в канал передачи-приема 6. Такимвходом, например, является вход передатчика частотно-модулированного сигнала,частота которого однозначно связана суровнем напряжения входного сигнала, Например, при минимальном напряжени"уровня (Оы = О В) частота составляет 300Гц, а при максимальном уровне, например,Отах = 10 В, составляет 2400 Гц, В диапазоне уровней вхсдного напряжения 0-10 Вчастота выходного сигнала ЧМ-передатчика входу АЦП 9 и, следовательно, поступлениелинейно изменяется от 300 до 2400 Гц. По- сигнала калиброванного уровня на входэтому в условиях примера блок масштаби- аналого-цифрового преобразователя 9, друрования 3 преобразует поступающие гим сигналом с другого выхода дополнисигналы до уровня О - 10 В, 5 тельного датчика времени 10До прихода сигнала от датчика времени преобразователь кодов результата контро 5 на управляющий вход коммутатора 4 его ля 11 открывает вход, соединенный с выховыходотключенотканалапередачи-приема дом АЦП 9 и принимает код, в который6, Например, при последовательном опросе преобразован аналоговый сигнал калибродатчиков КЗС датчик времени 5 вырабаты ванного уровня.вает последовательность ("гребенку" ) сиг- Дополнительныйдатчик времени 10 соналов, по первому иэ которых коммутатор 4 ответственно циклу работы устройства выподключает первый вход к входу канала пе- рабатывает сигналы синхронно средачи - приема 6, по второму - отключает "гребенками" сигналов, вырабатываемыхпервый и включает второй вход коммутато последовательно датчиками времени 5 в сора 4 к выходу и т.д. до отключения послед- ставе КЗС, причем после последнего сигнанего входа коммутатора 4 от канала ла "гребенки" до формирования первогопередачи-приема 6. Если устройство ис- сигнала "гребенки" первой опрашиваемойпользует несколько КЗС, то на каждой из КЗС обеспечивает выдачу в преобразованих датчик времени 5 вырабатывает знало тель кодов результата контроля 11 сигнала,гичную "гребенку" сигналов для коммутато- по которому этот преобразователь 11 перера 4, но первый импульс от этой "гребенки" водится иэ режима приема кодов сигналоввоздействует на управляющий вход комму- в режим обработки данных. В этих прометатора 4 после завершения опроса всех дат- жутках времени преобразователь 11 обес-.чиков предыдущей КЗС. 8 результате 25 печивает первичную, вторичную иработы датчиков времени 5 в одном из кана-. последующие виды обработки данных измелов передачи-приема 6 передается фазомо-. рений, например, так как это предусмотредулированный сигнал в течение времени но в известном способе,подключения одного входа коммутатора 4 к Из описания работы устройства следуэтому каналу, Длительность подключения 30 ет, чтодополнительный коммутатор 8 можетможет составлять от долей секунды до од- быть выведен иэ его состава, однако в услоной-двух сек. За это время будет передано виях организации КЗС, совмещенной с ЦС,несколько десятков и даже сотен периодов его наличие упрощает рассмотренное устколебания частоты в диапазоне 300-2400 ройство, Это видно из фиг. 1, на которой вГц, 35 составе ЦС пунктирными линиями предС выхода канала передачи-приемавы- ставлены элементы такой КЗС. Отметим, чтополненногопо примеру в виде приемника преобразователь кодов результата контрочастотно-модулированных сигналов, вос- ля может быть представлен как мини-, микстановленный на уровне напряжения сиг- ро-ЭВМ и даже ПЭВМ.нал поступает на вход формирователя 40 Работоспособность устройства провесигналов калиброванного уровня 7. Этот рена на экспериментальном образце, а егоформирователь согласует выходы ЧМ-при- экономическая эффективность по отноше емников со входом АЦП 9 по динамическому нию к прототипу, оцененная по показателюдиапазону сигнала с учетом особенностей отношения приведенной стоимости протовыходов каждого из каналов передачи-при типа к заявлейному устройству, достигаетема, Напрймер, по условиям примера уро,5-3,0. Устройство включает элементы шиЧМ-ивень сигнала иэмереййя после рокого применения, а по сравнению с су-приемника лежит в диапазоне 0-10 В, а ствующими обладает следующимивход аналого-цифрового преобразователя 7 преимуществами;имеет диапазон 0-1 В. Здесь достаточно 50 -упрощаетдействиянадсигналами,чтооткалибровать лишь уровни сигнала по на- сокращает число реализующих устройствопряжению, например с помощью делителя элементов и количество используемых канана резисторах С выхода формирователя 7 лов передачи-приема;аналоговый сигнал калиброванного уровня - расширены возможности оперативнопоступаетнасигнальныйвходдополнитель го сбора и анализа параметров контроляного коммутатора 8, В момент подключения атмосферного воздуха;коммутатора 4 на управляющий вход комму- - устройство быстро окупаемо итато а 8- емо и можетни 1т р отдополнительногодатчика време- быть использовано для контроля атмо фни 0 поступает сигнал, обеспечивающий ного воздуха в городах, на территориях проподключение коммутатора 8 его выхода, к мпредприятий и как перк первичное звено1781654 10 20 Составитель О.Подустедактор Т,Иванова Техред М,Моргентал Корректор М,Тк аказ 4273 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 Произв дственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,мониторинговой системы контроля окружающей среды.Фо р мул а и зоб рете н и я Устройство для контроля атмосферного воздуха, содержащее тракты контроля и замера, состоящий каждый из коммутатора. блока масштабирования, датчиков ингредиентов и метеорологических параметров, датчика времени и канала передачи-приема, дополнительный коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем в каждом тракте контроля и замера коммутатор подсоединен управляющим входом к выходу датчика времени и соединен с входом канала передачи-приема, отл ич а ю щее с я тем, что, с целью упрощения процесса контроля атмосферного воздуха, в него введены формирователь сигнала калиброванного уровня,подсоединенный информационными входами к выходам каналов передачи-приема и соединенный выходом с информационным входом дополнительного коммутатора, под ключенного выходом к информационномувходу аналого-цифрового преобразователя, преобразователь кодов результата контроля, .соединенный информационным входом с выходом аналого-цифрового преобразователя, 10 и дополнительный датчик времени, э в каждом тракте контроля и замера выходы датчиков ингредиентов и метеорологических параметров соединены через блок масштабирования с информационными входами ком мутатора, причем выходы датчика времениподключены к управляющим входам дополнительного коммутатора и преобразователя кодов результатов контроля.