Датчик-с-пальчик

(Индикатор загрязнения атмосферного воздуха)

Какие же лучше использовать газоанализаторы для создания системы мониторинга загрязнения атмосферы? Качественные селективные (избирательно контролирующие определённое вредное вещество) - стоят очень дорого и, к тому же, хотя и могут быть официально метрологически аттестованы (поверены), но останутся «глухи» к остальным загрязнителям, иногда самым непредсказуемым. Это касается как высокоточных и наукоёмких приборов (хеми-, флуоресцентных и т. п. ), так и электрохимических (значительно более дешёвых, но требующих ежегодной замены чувствительного элемента). Таким образом, на жалобы населения «задыхаемся! », владельцы дорогих импортных газоанализаторов могут однажды развести руками – прибор «молчит»!

Чтобы этого не случилось, есть смысл обратить внимание на полупроводниковые датчики загрязнения воздуха типа MQ135 – компактные, экономичные, дешёвые. Да, они не обладают особой селективностью, реагируя одновременно на целый ряд загрязняющих веществ (NH3, H2S, NOx, CO2 и др. ), но для первичного оперативного контроля, как уже говорилось, это преимущество, а не недостаток. Далее, для структур гражданской обороны важным свойством может оказаться вероятная чувствительность этих датчиков к боевым отравляющим веществам, в частности – к фосфор-органическим (по понятным причинам, проверить эту чувствительность у нас не было возможности). К тому же, эти датчики обладают экстремальной надёжностью: за весь наш 7-летний опыт работы с ними, отказов и неисправностей не было ни разу, там просто нечему ломаться! Датчики, в отличие от электрохимических, не стареют, не меняют со временем своих характеристик. В общем, с этим датчиком всегда будет видна динамика загрязнения атмосферного воздуха, и от нашего внимания не ускользнёт момент, когда обстановка вдруг изменилась и нужно срочно «поднимать шум», обзванивая вероятных виновников загрязнения и специальные службы.

Нужно сразу отметить, что, хотя производителем регламентируется нижний порог чувствительности 10 ppm NH3, мы успешно калибровали датчик начиная с 1. 8 ppm (для меньшей концентрации не было поверочной смеси), повторяемость измерений была вполне приемлемой. Конечно, для этих датчиков недостижимы фоновые «экологические» измерения в пределах до ПДК жилой зоны (0. 053 ppm ср. -сут. ), но, с другой стороны, и дорогой прибор, работающий в таком диапазоне, не сможет отследить высокую аварийную концентрацию, а уйдёт в «зашкал» (если, конечно, у него нет функции автоматической смены диапазона измерения). Наш же датчик, при устойчивой динамике с точностью 0. 1 ppm даже вблизи нуля, останется «в седле» до 100 ppm!

Отдельный плюс – цена датчика, всего лишь 100-200 р., остальные комплектующие обойдутся примерно в такую же сумму.

Итак, давайте построим наш индикатор загрязнения.

Для начала, обратим внимание, что датчик MQ135, по заверению производителя, чувствителен к влажности и температуре окружающей среды, причем влажностные характеристики у разных производителей подозрительно отличаются (это тем более странно, что от обоих производителей нас консультировало одно и то же лицо). В связи с этим, пришлось опереться на собственный опыт, который показал… отсутствие существенной зависимости показаний датчика от влажности воздуха. Ниже приведены графики изменения влажности (%) и концентрации (ppm) за один и тот же период времени.

Как видим, ни скачок 40-> 100%, ни падение 100-> 60% не отражаются заметным образом на результатах измерения концентрации вредных веществ.

Температура. MQ135 имеет отрицательный ТКС около 1. 2%/°С. Для его компенсации мы использовали термистор ММТ-1 с паспортным ТКС 2. 4-5%/°С. В идеале, оба ТКС нужно уточнить на лабораторном термостате и скорректировать схему термо-компенсации подбором соответствующих резисторов. Но можно этого и не делать, на точность измерения это не сильно повлияет.

Принципиальная схема содержит всего лишь 3 ОУ в одном корпусе LM324. На первых двух ОУ построен дифференциальный усилитель с высоким Rвх, на третьем – компаратор для индикации нулевого напряжения на выходе. Элементы MQ, NTC, R1, R2, R3 образуют термо-компенсированный мост, сигнал с которого усиливается в 11 раз до максимум 3. 4 V. Резистором R2 добиваются пограничного состояния компаратора (светодиод горит-не горит) при нуль-калибровке датчика чистым воздухом. В связи с минимумом элементов, вся схема собирается на любой подходящей плате либо навесным монтажом. В нашем случае были реализованы варианты бескорпусного «довеска» к контроллеру и отдельного устройства в корпусе от телефонной розетки.

MQ135 подключается к схеме через керамический разъём (фирменный или подходящий 7-контактный от старых радио-ламп), к этому разъёму припаивается кабель снижения (3 или 4 жилы в экране) и термистор NTC, всё это помещается в алюминиевую трубку диаметром около 20 мм и устанавливается вертикально на окне, в пластиковый держатель от труб водоснабжения. Кабель к трубке крепится капроновой стяжкой через отверстия в стенке трубки, разъём специально никак не фиксируется, держится на проводниках кабеля. От осадков датчик защищён алюминиевым колпачком, изготовленным из старого электролитического конденсатора большой ёмкости, в его кромку врезаны крепёжные микро-винты. Сама трубка также может быть изготовлена из такого же конденсатора подходящего размера. Алюминиевый корпус желательно заземлить для защиты схемы от атмосферного электричества, и укрыть от прямых солнечных лучей для защиты от перегревания (впрочем, наш датчик успешно работал и на солнечной стороне).

12 Следующая ⇒