Измерение температуры

Приборы для измерения температуры газовых потоков подразде­ляются на:

1. Термометры расширения. Наибольшее распространение получи­ли ртутно-стеклянные термометры (диапазон от -30 до +750°С) и би­металлические, действие которых основано на расширении твердых тел. Они изготавливаются в виде пластины или ленты, свернутой в спираль, состоящей из двух металлов (инвара и латуни) с разными коэффициентами расширения. Предел измерения от -40 до +400° С.

2. Манометрические термометры. Принцип действия основан на зависимости между температурой и давлением рабочего вещества, зак­люченного в замкнутую систему. Подразделяются на:

а) газовые, диапазон измерения от -60 до +550°С (наиболее распространены);

б) жидкостные (ртуть), диапазон от -30 до +550°С.

3. Термоэлектрические термометры (термопары ТПП  платинородий  платина до 1300°С; ТХА до 900-1000°С; ТХК  до 600°С).

4. Термометры сопротивления.

Измерение давления

Для измерения давления газов существует много различных при­боров, которые по принципу действия делятся на 5 основных групп:

1. Жидкостные до 210⁵ Па (2 кг/см²).

2. Поршневые; они наиболее точны и их применяют для контроля других манометров. Погрешность измерения составляет 0,01-0,02 от измеряемого давления.

3. Пружинные манометры. Пределы измерений от 0,5 до 1000 кгс/см². Погрешность ±1,5-2,5 от верхней шкалы.

4. Электрические манометры; применяют для измерения высокого давления до 310⁹ Па (310⁴ кгс/см²).

5. Пьезоэлектрические манометры; используется пьезоэлектри­ческий эффект кварца и некоторых других материалов.

Измерение влажности

Для измерения влажности используют следующие приборы:

1. Психрометры  сухой и мокрый термометр.

2. Волосяной гигрометр МВ-1.

Гигрометр с чувствительным элементом из органической плёнки (гигрометр пленочный М-3 9).

3. Гигрометр точки росы. Этот метод заключается в определе­нии температуры, до которой необходимо охладить газ (при неизмен­ном давлении), для того чтобы довести его до состояния насыщения (точки росы). Практически температуру точки росы определяют в мо­мент конденсации водяного пара на поверхность твердого тела (ме­таллического зеркальца).

Отбор проб воздуха

Одним из условий точного определения концентраций какого-ли­бо компонента в газовой смеси является правильный отбор пробы на анализ. Затем следует обработка отобранной пробы в соответствии с принятым методом анализа. Выбор адекватного способа отбора проб определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

В санитарно-химическом анализе пробы отбирают преимуществен­но аспирационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через жидкие поглотительные среды на твердые сорбенты или фильтры.

Воздух рабочей зоны

Пробы отбирают в зоне дыхания работаю­щих на местах постоянного и временного их пребывания. При этом не­обходимо учитывать:

• особенности технологического процесса, температурного ре­жима, количество выделяющихся вредных веществ;

• физико-химические свойства исследуемых веществ и возмож­ности их превращений (окисление, восстановление и т.д.);

• опасность и характер биологического действия вредного фак­тора.

Атмосферный воздух

При исследовании атмосферных загрязнений определяют как максимальные разовые концентрации, так и среднесу­точные. Для измерения максимальной разовой концентрации вредного вещества пробу воздуха необходимо отбирать 20 минут, а для средне­суточной концентрации пробу воздуха рекомендуется отбирать дли­тельное время способом круглосуточной аспирации или прерывистым способом, т.е. через равные промежутки времени.

Наблюдение за загрязнением атмосферы проводят на стационар­ных маршрутах и передвижных (подфакельных) постах.

Стационарные посты служат для проведения систематических наблюдений и оборудованы специальными павильонами с соответствую­щей аппаратурой.

Передвижные посты служат для разовых наблюдений в зонах не­посредственного влияния промышленных выбросов. Отбор проб под фа­келом проводят на высоте 1,5 м в течение 20 минут с интервалом 10 минут. Пробы отбирают последовательно по направлению ветра на расстояниях от источника выброса 0,2; 0,5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15; 20 км.

Методы анализа воздуха

Для анализа воздуха применяют различные физико-химические методы  хроматографию, фотометрию, вольтамперометрию, атомно-аб­сорбционную спектрометрию, ионометрию и др.

Хроматография

Хроматография представляет собой физико-химический метод анализа смеси веществ, основанный на распределении компонентов между несмешивающимися фазами, одна из которых  подвижная (инерт­ный газ, жидкость), другая  неподвижная (жидкость или твердое те­ло).

В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвиж­ной фаз различают газовую и жидкостную хроматографию.

Газовая хроматография является высокочувствительным, селек­тивным и быстрым методом анализа воздуха. Диапазон измеряемых кон­центраций в зависимости от типа детектора для органических соеди­нений составляет от 510^-12 г/см³.

Жидкостная хроматография применяется для качественного и ко­личественного анализа полициклических ароматических углеводородов, полимеров аминокислот, ПАВ, антиоксидантов, пестицидов, гербици­дов, лекарственных препаратов и т.д.

Обычно в качестве неподвижной фазы используют воду, а в ка­честве подвижной  органические растворители.

Чувствительность жидкостных хроматографов очень высокая и в зависимости от детектора составляет от 10^-7 г/мл до 10^-10 г/мл.

Масс-спектрометрия и хромато-масс-спектрометрия

Принцип масс-спектрометрии заключается в ионизации молекул органических веществ под воздействием различных факторов (элект­ронного удара, высокочастотного искрового разряда, химической ио­низации и др.) при сохранении основной молекулярной структуры. Об­разующиеся при распаде возбужденных молекулярных ионов фрагменты разделяются в массанализаторе на пучки, содержащие заряженные час­тицы определенной массы и энергии, и регистрируются в виде соответствующих масс-спектров.

Вольтамперометрия (полярография)

Сущность вольтамперометрии заключается в получении зависи­мости силы тока от напряжения при электролизе растворов. Метод применим для определения веществ, способных к электрохимическому окислению или восстановлению. При анализе воздуха аэрозоли вредных веществ переводят в раствор, состав которого указан в методике. Растворы подвергают анализу на полярографах.

Ионометрия

Для анализа воздуха применяют ионоселективные электроды. Из­вестно около 30 электродов для определения неорганических и неко­торых органических соединений.

Применяют два способа измерения: прямое потенциометрическое измерение и потенциометрическое титрование. Так как при контроле воздуха рабочей зоны концентрация вредных веществ в анализируемых растворах составляет 10^-6-10^-4 моль/л, для их определения ис­пользуют прямое потенциометрическое измерение.

Фотометрия

Метод основан на избирательном поглощении световой энергии при прохождении ее через раствор. Основным законом фотометрии яв­ляется закон Бугера-Ламберта-Бера, устанавливающий связь между ин­тенсивностью светопоглощения (оптической плотностью) растворов, концентрацией вещества и толщиной оптического слоя.

Автоматические средства контроля

Автоматический газоанализатор представляет собой прибор, в котором отбор проб воздуха, определение количества контролируемого компонента, выдача и запись результатов анализа производится авто­матически без участия оператора.

Для контроля воздушной среды используют газоанализаторы, ра­бота которых основана на различных принципах:

Термокондуктометрические анализаторы типа ТП. Принцип работы основан на зависимости теплопроводности смеси от ее состава.

Термохимические газоанализаторы типа СГГ, ЩИГ, СТГ, СТМ и др.

Принцип работы основан на измерении теплового эффекта ката­литической реакции, в которой участвуют контролируемый компонент, горючие газы, пары и их смесь.

Фотоколориметрические газоанализаторы типа "Сирена", ФЖС, ФКГ и др.

Использован принцип специфических реакций, сопровождающихся образованием или изменением окраски взаимодействующих веществ.

Развитие отечественных средств комплексного контроля атмос­ферных загрязнений нашло отражение в разработке автоматических га­зоанализаторов вредных веществ, создании комплексных лабораторий (типа ИАЗ-1), стационарных и передвижных лабораторий для контроля воздушного бассейна в городах и промышленных центрах (Пост-1, Атмосфера-П), создании автоматизированных систем контроля загрязне­ний атмосферы  АСКЗА (Воздух-1) и автоматизированных систем наб­людения и контроля за состоянием окружающей среды (атмосферы) АИКОС-А.