Разработка модели экологического мониторинга водной поверхности от загрязнения нефтью и нефтепродуктами

Обеспечение экологической безопасности Республики Башкортостан и прилегающих к ней регионов и своевременное предупреждение чрезвычайных ситуаций требуют использования современных методов и средств эколого-аналитического контроля, в том числе и средств оперативного анализа состояния поверхностных вод Павловского и Кармановского водохранилищ, а также рек Белой и Уфы. Республика Башкортостан богата предприятиями добычи , хранения , транспортировки и переработки нефти .Работа этих предприятий может сопровождаться утечками нефти  и нефтепродуктов, что пагубно отражается на экосистему как самой Республики , так и сопредельных Республик и областей, через которые загрязнения несут воды рек Белой и Камы.   К числу наиболее актуальных проблем относятся создание и разработка новых приборно-методических средств для оперативного автоматизированного контроля и управления качеством поверхностных вод.

Теоретические основы предложенного метода мониторинга загрязнений водной поверхности

Емкостные уровнемеры, контактирующие своим чувствительным элементом с измеряемой жидкостью, используются для однородных жидкостей, сохраняющих свое агрегатное состояние в диапазоне рабочих температур и давлений (не выпадающих в осадок и не вскипающих)[7].

Принцип действия емкостных уровнемеров и датчиков основан на изменении электрической емкости чувствительного элемента пропорционально уровню погружения в контролируемую среду .Емкостные преобразователи можно применять для преобразования высоты (уровня) ис­следуемой среды (как правило, жидкостной) и диэлектричес­кой проницаемостью, отличной от диэлектрической прони­цаемости воздуха.

Конструкции емкостных уровнемеров различны для электропроводных и неэлектропроводных жидкостей (электро­проводными считаются жидкости с удельным электрическим сопротивлением  Ом-м и диэлектрической проница­емостью )[5]. Различие преобразователей состоит в том, что для электропроводных жидкостей один из электродов уровнемера покрыт изоляционным слоем.

Описание  предложенного метода контроля за загрязнениями водной поверхности

Принцип работы датчика-реле основан на изменении электриче­ской емкости чувствительного элемента первичного преобразователя в зависи­мости от контакта его с нефтью и (или) нефтепродуктами, разлитыми по поверхности воды. Это изменение ем­кости в передающем преобразователе (ППР) преобразуется в выходной сигнал - замкнутые и разомкнутые контакты выходного реле, а также подается на инди­кацию срабатывания - светодиоды HL1 и HL2.

Изготовленный нами емкостной уровнемер при изготовлении настроен на "наличие среды", т.е. реле срабатывает при погружении чувствительного элемента в нефтяную жидкость.

Электронный блок - сигнализатор  предназначен для сигнализации  наличия на поверхности воды нефтяного загрязнения. Применяется для звуковой, оптической сигнализации[4] .

Прибор включает в свой состав одну электронную плату, которая обеспечивает искробезопасное включение датчиков, обработку сигналов, поступающих с датчиков на плату, индикацию состояния датчиков и сигнализацию.

Схемой предусмотрена также беспроводная передача данных о наличии загрязнений водной поверхности в технологии GPRS.

Конструкция и принцип действия уровнемера

Принцип действия емкостного уровнемера - сигнализатора   предусматривает использование токонепроводящей жидкости для замыкания электрической цепи при изменении уровня зеркала этой жидкости относительно электрода, установленного на определенной высоте.

В цепи общего провода источника питания установлены резисторы , с которых снимаются сигналы состояния датчиков. Для усиления этих сигналов используется схема контроля, состоящая из усилителя и компараторов, после чего сигналы поступают на микросхему, которая управляет светодиодными индикаторами[6].

Компаратор представляет собой пороговое логическое устройство,  выход которого может принимать только два значения в зависимости от соотношений измеренного сигнала и параметров, определяющих условия срабатывания сигнализации (порогов или установок). Простейшая зависимость (т. е. функция компаратора) показана на рисунке 6.

Обратим внимание на то, что в области порогов h и H в поведении компаратора наблюдается гистерезис и состояние выхода компаратора зависит не только от соотношения входного сигнала и порогов, но и от предшествующей истории, т. е. от того, каким путем входной сигнал приближается к порогам. Если входной сигнал находится в области 1 и увеличивается, то компаратор переходит в состояние «ВКЛЮЧЕНО» при достижении порога H, если входной сигнал находится в области 2 и уменьшается, то компаратор переходит в состояние «ВЫКЛЮЧЕНО» при достижении порога h.

Для чего же вводят гистерезис в компараторы? Как правило, измеренный сигнал имеет как регулярную составляющую (постоянную или плавно меняющуюся), так и случайную, вызванную действием внешних электромагнитных помех. В отсутствие гистерезиса, при подходе измеренного сигнала к пороговому значению случайная компонента вызывает многократное срабатывание компаратора, что нежелательно в системе сигнализации (дребезг контактов, хаотические срабатывания различных устройств и проч.). Однако, если выбрать зону гистерезиса (H-h) чуть больше, чем размах случайных изменений измеренного сигнала, то компаратор будет срабатывать только один раз, повторных возвратов в исходное состояние не будет. Таким образом, исключаются случайные срабатывания компаратора, его состояние фиксируется более четко.

Для того, чтобы в регуляторах запрограммировать работу компаратора необходимо определить выполняемую функцию и задать пороги.

Читать работу полностью (оригинал работы):

Разработка модели экологического мониторинга водной поверхности от загрязнения нефтью и нефтепродуктами