Лаборатория передвижная для экологического контроля окружающей среды

Полезная модель предназначена для оперативного экологического контроля окружающей среды. Техническим результатом, достигаемым в настоящей полезной модели, является обеспечение комплексного мониторинга характеристик окружающей среды, повышение мобильности и удобства в эксплуатации. Технический результат, достигается тем, что в лаборатории передвижной для экологического контроля окружающей среды, содержащей автомобиль-носитель, в салоне с тамбуром которого смонтированы автоматизированное рабочее место оператора, снабженное столом оператора и компьютером с принтером и программным обеспечением, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что на крыше автомобиля-носителя оборудованы воздухозаборное устройство и метеокомплекс, включающий блок датчиков скорости и направления ветра, блок датчиков температуры и относительной влажности и блок детектирования гамма излучения, соединенный с подъемным устройством выдвижной метеомачты, которое установлено в тамбуре салона, при этом воздухозаборное устройство пневматически подключено к приборной стойке, а автоматизированное рабочее место оператора в салоне выполнено в виде кресла, размещенного между столом оператора и приборной стойкой, и оно дополнительно снабжено метеопультом с датчиком атмосферного давления и переговорным устройством. Лаборатория содержит оборудование для отбора газовых, жидких и твердых сред, газоанализаторы оксидов азота, оксида углерода, диоксида серы, сероводорода, углеводородов.

Полезная модель относится к средствам наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды.

Известна передвижная комплексная лаборатория, смонтированная на транспортном средстве, которая снабжена метеостанцией для измерения диапазонов скорости ветра, температуры и направления ветра микропроцессорным газоанализатором, обеспечивающим необходимый контроль фоновых концентраций атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны, промышленных выбросов и технологических процессов, шумо-виброизмерительным комплексом, обеспечивающим акустические измерения и мониторинг шума окружающей среды, пробоотборными устройствами, обеспечивающими отбор проб воздуха на содержание пыли и аэрозолей, и автоматический отбор газов, паров и аэрозолей через поглотитель газоанализатором окиси углерода, обеспечивающим измерение концентрации окиси углерода в атмосфере, пробоотборным устройством для почв с насадкой, прибором газового контроля для измерения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны и промышленных выбросов и контроля зараженности почвы, грунта и воды, дозиметром-радиометром для контроля радиационной обстановки, рентгено-флуоресцентным спектрометром для определения содержания токсичных элементов, измерителем массовой концентрации аэрозольных частиц различного происхождения и химического состава и компьютером для обеспечения оперативного оформления результатов анализов. Автоматическая станция включает пульт управления, расположенный на полке в салоне транспортного средства, датчики скорости и направления ветра, устанавливаемые на мачте, размещенной на крыше транспортного средства, датчик температуры и влажности, расположенные с возможностью выдвижения по передвижной штанге. (RU 50175 U1, 27.12.2005).

Известная лаборатория предназначена для работы в чрезвычайных ситуациях, однако в ней не представлены системы жизнеобеспечения, энергоснабжения, а также технологическое и вспомогательное оборудование для постоянной повседневной работы.

Известна также переносная комплексная метеостанция, содержащая герметичный корпус с размещенной внутри него измерительной, микропроцессорной и передающей аппаратурой, метеодатчики, в которой корпус выполнен в виде теплоизолированной капсулы, снабженной электроподогревателем, выполненном в виде рубашки из угольной ткани, закрепленной на внутренней поверхности теплоизолированной капсулы, во внутреннем объеме которой размещена измерительная, микропроцессорная и передающая аппаратура, причем метеодатчики расположены снаружи капсулы и связаны кабелем, проложенным по герметичным каналам, с измерительной аппаратурой, при этом один из метеодатчиков - метеодатчик измерения температуры и влажности размещен в метеокорзине, стенки которой выполнены в идее жалюзи, закрепленной на герметичном корпусе. (RU 2199139, 20.02.2003).

Известная метеостанция является компактной и удобной в эксплуатации в районах с любым рельефом местности, однако, она не обеспечена средством передвижения, что снижает ее оперативные возможности.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является передвижная лаборатория для экологического контроля, смонтированная в автомобиле-фургоне с размещенной в нем контрольно-измерительной аппаратурой для измерения различных параметров, связной с бортовой ЭВМ, имеющей принтер, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, размещенным в изолированном отсеке в задней части кузова с отдельной дверью, при этом, лаборатория снабжена кондиционером, системой отопления, вытяжным боксом с вентилятором, компактной лабораторной мойкой, компрессором, линиями газоподачи от баллонов с инертными газами, системой водоподготовки для лабораторных нужд, генератором водорода, а также емкостями для дистиллированной воды лабораторного слива, столами рабочим, вспомогательным и письменным, измерительная аппаратура установлена на плите, снабженной амортизаторами и прикрепленной к лабораторным столам с выдвижными ящиками, в которых размещены химико-аналитическое оборудование и принадлежности, реактивы, кабели соединительные, лабораторная посуда, расходные материалы (RU 2251496, 10.05.2005).

Недостатком известной лаборатории является отсутствие оборудования и аппаратуры для обеспечения оперативного контроля за параметрами окружающей среды и неудобство обслуживания оператором всего лабораторного комплекса.

Техническим результатом, достигаемым в настоящей полезной модели, является расширение функциональных возможностей лаборатории и упрощение ее обслуживания оператором.

Технический результат, достигается тем, что в лаборатории передвижной для экологического контроля окружающей среды, содержащая автомобиль-носитель, в салоне с тамбуром которого смонтированы автоматизированное рабочее место оператора, снабженное столом оператора и компьютером с принтером и программным обеспечением, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что на крыше автомобиля-носителя оборудованы воздухозаборное устройство и метеокомплекс, включающий блок датчиков скорости и направления ветра, блок датчиков температуры и относительной влажности и блок детектирования гамма излучения, соединенный с подъемным устройством выдвижной метеомачты, которое установлено в тамбуре салона, при этом воздухозаборное устройство пневматически подключено к приборной стойке, а автоматизированное рабочее место оператора в салоне выполнено в виде кресла, размещенного между столом оператора и приборной стойкой, и оно дополнительно снабжено метеопультом с датчиком атмосферного давления и переговорным устройством.

В лаборатории передвижной автомобиль-носитель предпочтительно выполнен в виде автомобиля с высокой пластиковой крышей и колесной формулой 4×4.

Лаборатория передвижная в составе контрольно-измерительной аппаратуры содержит газоанализаторы оксидов азота, оксида углерода, диоксида серы, углеводородов, сероводорода, пневматически подключенные через коллектор распределения воздушной пробы к воздухозаборному устройству.

Как правило, технологическое оборудование включает баллоны с газовыми смесями: NO/N₂, SO₂/N ₂, СН₄/воздух, СО/воздух, диффузионные источники микропотоков NO₂, SO ₂, H₂S; генератор газовых смесей, вентили, ротаметры, газовые магистрали, компас. Лаборатория передвижная содержит выносные средства отбора проб воздуха, донных отложений и почвы, природных и сточных вод.

Лаборатория передвижная дополнительно оснащена холодильником для хранения отобранных проб воздуха, воды, почвы и реактивов.

Лаборатория передвижная оборудована следующими средствами жизнеобеспечения: кондиционером, обогревателями,

источником бесперебойного питания с комплектом внешних аккумуляторных батарей, вентилятором, огнетушителем.

На чертежах представлены следующие виды передвижной экологической лаборатории (ПЭЛ).

На фиг.1 представлен внешний вид лаборатории.

На фиг.2 - размещение оборудования и агрегатов в салоне и тамбуре ПЭЛ. Вид сверху.

На фиг.2 - вид на переднюю стенку салона.

На фиг.3 - вид на тамбур салона.

На фиг.4 - представлено размещение оборудования в тамбуре и метеодатчиков на крыше автомобиля.

На фиг.5 - показан вид на приборную стойку и расположение воздухозаборного устройства с коллектором.

Передвижная экологическая лаборатория содержит:

1) автомобиль - носитель 1, который может быть выполнен на базе ГАЗ «Газель», ГАЗ «Садко», УРАЛ, Форд-Транзит, Фольксваген-Транзит, УАЗ, вездехода «Трекол» и т.п.;

2) салон 2 с тамбуром 3;

3) средства жизнеобеспечения, включающие:

- автономный энергоузел 4 в виде бензинового двигателя с электрогенератором;

- источник 5 бесперебойного электропитания;

- комплект аккумуляторных батарей 6;

- щит 7 распределительный электропитания (ЩРП);

- кабельные каналы 29 с электророзетками и выключателями;

- катушка кабельная 23;

- теплоизоляционный контур;

- кондиционер 39;

- теплоэлектровентилятор 8;

- обогреватели 9 жидкостные;

- приточно-вытяжные вентилятор 10;

- преобразователь 11 напряжения 24/220.

4) Контрольно-измерительный комплекс, включающий:

- воздухозаборное устройство 12;

- стойку 13 приборную, содержащую:

а) газоанализатор 14 окислов азота (NO/NO₂/NO _x);

б) газоанализатор 15 оксида углерода (СО);

в) газоанализатор 16 углеводородов (CH) и метана;

г) газоанализатор 17 диоксида серы (SO₂);

д) генератор 21 водорода;

ж) коллектор 18 распределения воздушной пробы;

- метеокомплекс, включающий:

а) выдвижную метеомачту 32 с пультом 36;

б) датчик 19 температуры и относительной влажности;

в) датчики 20 скорости и направления ветра;

г) метеопульт 22 с датчиком атмосферного давления;

д) блок 44 детектирования гамма излучения.

- выносные средства отбора проб воздуха 33, воды 34 и почвы 35;

5) автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, включающее:

а) персональный промышленный компьютер 24 с клавиатурой 25 и мышью;

б) монитор 26;

в) принтер 27;

6) агрегаты 28 для калибровки и поверки газоанализаторов;

7) вспомогательное оборудование, включающее:

- холодильник 30;

- устройство 31 переговорное кабина-салон;

- огнетушитель 37;

- кресло 38 оператора.

Размещение основного оборудования представлено на фигурах 2-5.

Рабочий объем лаборатории разделен на тамбур 3 и салон 2. Вход в тамбур 3 осуществляется через задние распашные двери, а вход в салон 2 - через боковую сдвижную дверь.

Общее количество членов экипажа может составлять не более 3 человек, в том числе, 1 водитель и 2 оператора.

Из представленных фигур видно, что автомобилем-носителем служит переоборудованный грузопассажирский вариант автомобиля «Газель», грузовой салон которого переоборудован в теплоизолированный приборно-бытовой модуль, где размещено оборудование, аппаратура и рабочее место оператора.

Ниже приведена возможная стандартная комплектация различных систем ПЭЛ.

Средства жизнеобеспечения ПЭЛ, которые функционально обеспечивают электропитание и поддержание температурного режима, включают:

- автономный бензогенератор 4 «Honda EP 6500 CXS» с аккумуляторной батареей «ДПП96-110-960»;

- источник 5 бесперебойного питания (ИБП) «INELT Monolith 3000 LT» с комплектом аккумуляторных батарей 6 «FIAMM-GS»;

- преобразователь 11 напряжения 24/220 МАП «Энергия»;

- щит 7 распределительный электропитания (ЩРП);

- кабельные каналы 29;

- комплект кабелей;

- теплоизоляционный контур;

- кондиционер 39 мобильный «Bekar РАС»;

- теплоэлектровентилятор 8 «VSB-150»;

- обогреватели 9 жидкостные «ГАЗ 3221-8110104»;

- приточно-вытяжной вентилятор 10 «ВЕНТС»;

В состав контрольно-измерительной аппаратуры, размещенной на приборной стойке 13, входят:

а) газоанализатор 14 окислов азота - «NO_x2000G»;

б) газоанализатор 15 оксида углерода - «СО 11 ДЭ»;

в) газоанализатор 17 диоксида серы - «SF 2000 G»;

г) газоанализатор 16 углеводородов «ГАММА-ЕТ»;

д) генератор 21 водорода «ЭЛДИС-15 м»;

ж) коллектор 18 распределения воздушной пробы;

к) газоанализатор-конвертор 43 «CV 2000G».

Метеокомплекс содержит:

а) выдвижную метеомачту 32 с пультом 36;

б) метеостанцию "Weather Monitor II", включающую:

1) датчик 19 температуры и относительной влажности;

2) датчики 20 скорости и направления ветра;

3) метеопульт 22 с датчиком атмосферного давления.

в) блок 44 детектирования гамма излучения.

Выносные средства отбора проб содержат:

а) устройство 33 пробоотборное (аспиратор) ПУ-4Э с кассетой под сорбционные трубки и аллонж под фильтры АФА;

б) систему 34 пробоотборную ПЭ-1105 на поверхностную воду и ПЭ-1420 - на нефтепродукты в воде;

г) комплект буров «Эдельмана» 35 для отбора проб почвы и донных отложений.

Технологическое оборудование содержит компас и агрегаты 28 для калибровки и поверки газоанализаторов, включающие:

- баллоны с газовыми смесями NO/N₂, SO₂/N₂, СН ₄/воздух, СО/воздух;

- генератор газовых смесей «ЕТ-950»;

- диффузионные источники микропотоков NO₂ , SO₂, H₂S;

- вентили тонкой регулировки В ТР-1-М 160 с манометрами МП2-У;

- ротаметры;

- газовые магистрали.

Автоматизированное рабочее место оператора включает в себя:

- персональный промышленный компьютер 24 типа «Advantech» с клавиатурой и мышью;

- монитор 26 Ж/К;

- принтер 27;

- стандартное программное обеспечение;

- прикладное программное обеспечение.

Вспомогательное оборудование включает в себя:

- холодильник 30;

- устройство 31 переговорное кабина-салон;

- огнетушитель 37;

- кресло оператора;

- принадлежности и комплект ЗИП одиночный.

Салон укомплектован следующей мебелью:

- столом 40 оператора - у передней стенки;

- тумбой 41 - по левому борту у тамбурной перегородки;

- тумбой 42 - по правому борту у тамбурной перегородки.

Комплект оборудования лаборатории решает следующие задачи.

1. Газоанализаторы обеспечивают проведение в автоматическом режиме измерений массовых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе - окислов азота (NO_x ), оксида азота (NO), диоксида азота (NO₂ ), оксида углерода (СО), углеводородов суммарных и за вычетом метана (CH/NCH), метана (СН₄) и диоксида серы (SO₂).

2. Метеокомплекс обеспечивает проведение в автоматическом режиме измерений - скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности окружающего воздуха, атмосферного давления.

3. Средства отбора проб обеспечивают проведение оперативного:

- отбора проб воздуха на различные поглотители (сорбционные трубки, пылевые фильтры) с задаваемым расходом и временем отбора;

- отбора проб данных отложений и почвы;

- отбора проб природных и сточных вод из колодцев и водоемов природного и искусственного происхождения.

4. Система электропитания обеспечивает питание аппаратуры и оборудования рабочим напряжением переменного тока 220 В ± 10% при частоте (50±1) Гц от внешнего источника или автономного бензогенератора мощностью 5500 ВА.

5. Комфортный уровень температуры воздуха в салоне поддерживается средствами жизнеобеспечения (кондиционер, обогреватели, теплоэлектровентилятор).

6. Автоматизированное рабочее место оператора ПЭЛ обеспечивает:

- прием данных с метеокомплекса;

- прием данных с газоанализаторов;

- прием данных с блока бесперебойного питания;

- формирование базы данных;

- ручной ввод сопутствующих данных выносных пробоотборных устройств.

Воздухозаборное устройство для газоаналитической аппаратуры размещено на крыше.

Кронштейн с датчиками температуры и влажности, скорости и направления ветра в транспортном положении расположен на крыше автомобиля и на время измерений выдвигается вверх с помощью подъемного устройства метеомачты (на чертеже не показано).

При эксплуатации ПЭЛ поддерживается требуемый температурный режим: подогрев тамбура и салона осуществляется с помощью жидкостных обогревателей, использующих тепло двигателя, при его работе, или электрического тепловентилятора (только для салона) при выключенном двигателе автомобиля, работающего от преобразователя МАП «Энергия». Для охлаждения салона применяется кондиционер, работающий от преобразователя МАП «Энергия».

Вытяжные вентиляторы включаются вручную и используются в случае повышенной влажности в салоне.

Используемые в лаборатории газоанализаторы предназначены для оперативного осуществления анализа воздуха.

Хемилюминесцентный газоанализатор «NOx 2000 G» обеспечивает в автоматическом режиме измерение массовой

концентрации окиси азота (NO), диоксида азота (NO ₂) и суммы оксида и диоксида азота (NO_x ) в атмосферном воздухе.

Принцип действия газоанализатора основан на измерении светового потока (хемилюминесценции), возникающего при переходе молекул диоксида азота из возбужденного состояния в основное. Возбужденные молекулы диоксида азота образуются в результате химической реакции в реакционной камере между молекулами оксида азота и озона в соответствующих условиях.

Излучение регистрируется фотоумножителем, выходной ток которого пропорционален числу взаимодействующих молекул, т.е. концентрации оксида азота.

Для определения концентраций диоксида азота и суммы оксидов азота (NO+NO₂) анализируемый воздух проходит через молибденовый каталитический конвертор, в котором диоксид азота восстанавливается до оксида азота.

Концентрация диоксида азота определяется по разности регистрируемых величин излучений при подаче анализируемого воздуха в реакционную камеру через конвертор и в обход его.

Газоанализатор «SF 2000 G» обеспечивает в автоматическом режиме измерение массовой концентрации диоксида серы (SO₂) в атмосферном воздухе. Принцип действия газоанализатора основан на измерении светового потока (флюоресценции), возникающего при переходе молекул диоксида серы из возбужденного состояния в основное.

Газоанализатор-конвертор «CV 2000G» обеспечивает преобразование Н₂ S в воздушной пробе в SO₂.

Газоанализатор «ГАММА-ЕТ» обеспечивает измерение в автоматическом режиме массовой концентрации суммы углеводородов (CH), метана (СН₄) и суммы углеводородов за вычетом метана (NCH) в атмосферном воздухе.

Принцип действия газоанализатора основан на ионизации органических веществ в пламени водорода и последующем измерении возникающего ионизационного тока.

Источником водорода для газоанализатора является генератор водорода ЭЛДИС-15М.

Принцип действия генератора водорода основан на электрохимическом разложении воды на кислород и водород в электролизере с твердым полимерном электролитом под действием стабилизированного постоянного тока.

Газоанализатор СO11ДЭ обеспечивает в автоматическом режиме измерение массовой концентрации оксида углерода (СО) в атмосферном воздухе.

Принцип действия газоанализатора основан на измерении тока электрохимического окисления оксида углерода на рабочем электроде

электрохимической ячейки. Количество молекул СО, окисленных на электроде, пропорционально концентрации СО в анализируемом газе.

Для отбора проб воздуха используют пробоотборное устройство ПУ-4Э, которое содержит:

- аспиратор;

- кассету с держателями под сорбционные трубки, барбатер и аллонж;

- соединительные трубки.

Для отбора проб почвы и данных отложений предназначен комплект буров.

Большое количество буров различных вариантов позволяют использовать оптимальное бурение для каждого исследуемого горизонта до глубины 5 м.

Для отбора жидких проб лаборатория содержит пробоотборники воды ПЭ-1105 и ПЭ-1420.

Программное обеспечение рабочего места (АРМ) оператора в процессе эксплуатации оборудования ПЭЛ обеспечивает:

- ведение баз измерительных данных;

- прием, отображение и сохранение в базе данных (регистрации) информации, полученной от измерительной стойки приборной;

- регистрацию отобранных проб (сохранение информации об отобранных пробах в базе данных);

- доступ к зарегистрированным измерительным данным;

- просмотр базы данных отобранных проб;

- ведение журнала работы АРМ с возможностью просмотра и печати отчетов;

- запись результатов работы на гибкий магнитный диск (экспорт данных);

- формирование и печать сопроводительных талонов к пробам и отчетной документации по зарегистрированным результатам измерений.

АРМ оператора может быть организовано на базе промышленного персонального компьютера «Advantech» (процессор Pentium III, частота 500 Гц, оперативная память 128 Мбайт, видеоплата, обеспечивающая разрешение экрана 1024×768 точек, мультипортовая карта стандарта RS 232).

Генератор газовых смесей совместно с баллонами и источниками микропотоков обеспечивает получение поверочно-газовых смесей необходимой концентрации в широком диапазоне.

Компас предназначен для привязки положения метеодатчика направления ветра к сторонам Света.

Вспомогательное оборудование лаборатории укомплектовано холодильником автомобильным и переговорным устройством.

Холодильник предназначен для хранения в период работы ПЭЛ отобранных проб воздуха, воды, почвы и различных реактивов. Переговорное устройство предназначено для проведения переговоров между кабиной и салоном.

Результаты произведенных измерений уровней концентраций загрязняющих веществ и метеопараметров позволяют оперативно и объективно оценить экологическую ситуацию любого региона, доступного используемому автомобильному фургону.

1. Лаборатория передвижная для экологического контроля окружающей среды, содержащая автомобиль-носитель, в салоне с тамбуром которого смонтированы автоматизированное рабочее место оператора, снабженное столом оператора и компьютером с принтером и программным обеспечением, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что на крыше автомобиля-носителя оборудованы воздухозаборное устройство и метеокомплекс, включающий блок датчиков скорости и направления ветра, блок датчиков температуры и относительной влажности и блок детектирования гамма излучения, соединенный с подъемным устройством выдвижной метеомачты, которое установлено в тамбуре салона, при этом воздухозаборное устройство пневматически подключено к приборной стойке, а автоматизированное рабочее место оператора в салоне выполнено в виде кресла, размещенного между столом оператора и приборной стойкой, и оно дополнительно снабжено метеопультом с датчиком атмосферного давления и переговорным устройством.

2. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что автомобиль-носитель выполнен в виде автомобиля с высокой пластиковой крышей и колесной формулой 4×4.

3. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что в составе контрольно-измерительной аппаратуры она содержит газоанализаторы оксидов азота, оксида углерода, диоксида серы, углеводородов, сероводорода, пневматически подключенные через коллектор распределения воздушной пробы к воздухозаборному устройству.

4. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что технологическое оборудование включает баллоны с газовыми смесями: NO/N₂, SO ₂/N₂, СН₄/воздух, СО/воздух, диффузионные источники микропотоков NO ₂, SO₂, H₂S; генератор газовых смесей, вентили, ротаметры, газовые магистрали, компас.

5. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что содержит выносные средства отбора проб воздуха, донных отложений и почвы, природных и сточных вод.

6. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена холодильником для хранения отобранных проб воздуха, воды, почвы и реактивов.

7. Лаборатория передвижная по п.1, отличающаяся тем, что средства жизнеобеспечения содержат кондиционер, обогреватели, источник бесперебойного питания с комплектом внешних аккумуляторных батарей, вентиляторы, огнетушитель.