Koncepcja systemu do pomiaru zawartości lotnych związków organicznych w gazach działającego na podstawie matrycy czujnikowej

• Autorzy: Szczurek A. , Maciejewska M.

Warianty tytułu

EN

Concept of system for the measurement of volatile organic compounds based on sensor array

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono oryginalną koncepcję czujnikowego systemu służącego do ilościowego pomiaru lotnych związków organicznych (LZO), działającego na podstawie matrycy czujnikowej i dynamicznego trybu pracy. Istotę koncepcji stanowią bloki funkcjonalne realizujące następujące zadania: i) pobieranie próbek, ich przygotowanie i przesyła-nie do analizy, ii) przetworzenie pobudzenia chemicznego na sygnał pomiarowy, elektryczny, iii) kondycjonowanie sygnału pomiarowego, iv) akwizycję danych pomiarowych, v) wstępne przetwarzanie sygnału pomiarowego, vi) analizę danych pomiarowych. Prezentację koncepcji uzupełniono wynikami badań dotyczących czujnikowych pomiarów lotnych związków organicznych. Z podanych przykładów wynika, że zaproponowane rozwiązania umożliwiają i) bezbłędne rozpoznawanie mieszanin gazów zawierających jeden lub dwa lotne związki organiczne, jak również ich kategorii, ii) wyznaczanie zawartości lotnych związków organicznych z błędem rzędu kilku procent, jeżeli dominują one w składzie mieszaniny lub z błędem kilkunastu procent, jeżeli LZO stanowią składnik mniejszościowy, iii) wyznaczanie stężenia atomów węgla w przypadku wieloskładnikowych mieszanin LZO o znanym składzie jakościowym. Błąd oznaczenia wynosi od kilku do kilkunastu procent, w zależności od złożoności mieszaniny.

EN

There was presented a novel concept of sensor system for the quantitative measurement of volatile organic compounds (VOCs), based on the sensor array and the dynamic mode of operation. At the core of the concept there are modules which realize the following functions: i) sampling, sample treatment and its delivery for the analysis, ii) chemical to measuring electrical signal conversion, iii) sensor signal conditioning, iv) measurement data acquisition, v) sensor signal preprocessing, vi) data analysis. The concept presentation was illustrated with the results of experiments related to sensor measurements of VOCs. Based on the provided examples we conclude that the proposed solution allows for: i) errorless recognition of gas mixtures which contain one or two VOCs as well as their categories, ii) content determination of major VOCs (accuracy of several percent) and minor VOCs (accuracy of over a dozen percent) in a gas mixture, iii) determination of organic carbon atom concentration for multicomponent VOC mixtures of known qualitative composition. As for the latter, case the assessment error is between several and over a dozen percent depending on the complexity of the mixture.

Słowa kluczowe

PL

czujnik półprzewodnikowy; analiza gazów; związek aromatyczny

EN

semiconductor sensor; gas analysis; aromatic compound

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 35, nr 1
• Strony: 39--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab.

Twórcy

autor

Szczurek A.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zespół Inżynierii Cieplnej, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Maciejewska M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zespół Inżynierii Cieplnej, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. R.E. HESTER, R.M. HARRISON [Eds.]: Volatile Organic Compounds in the Atmosphere. Royal Society of Chemistry, 1995.
• 2. T.C. PEARCE, S.S. SCHIFFMAN, H.T. NAGLE, J.W. GARDNER: Handbook of Machine Olfaction: Electronic Nose Technology. Wiley-VCH, 2003.
• 3. Compendium of methods for the determination of toxic organic compounds in ambient air. EPA, Center for Environmental Research Information, 1999.
• 4. A. HULANICKI, S. GŁĄB, F. INGMAN: Chemical sensors definitions and classification. Pure and Applied Chemistry 1991, Vol. 63, No. 9, pp. 1247–1250.
• 5. G.F. FINE, L.M. CAVANAGH, A.A. AFONJA, R. BINIONS: Metal oxide semi-conductor gas sensors in environmental monitoring. Sensors 2010, Vol. 10, pp. 5469–5502.
• 6. A. SZCZUREK: Pomiary lotnych związków organicznych rezystancyjnymi czujnikami gazów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006.
• 7. W. WINIECKI: Organizacja komputerowych systemów pomiarowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997, s. 9.
• 8. B. KOŁWZAN: Zastosowanie czujników biologicznych (biosensorów) do oceny jakości wody. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 4, ss. 3–14.
• 9. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA: Gas sensing method applicable to real conditions. Measurement Science and Technology 2013, Vol. 24, No. 4, 045103 (9 pp).
• 10. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA: Gas sensor array with broad applicability. In: W. YANG [Ed.]: Sensor Array, InTech, Rijeka 2012, pp. 81–108.
• 11. C. WANG, I. YIN, L. ZHANG, D. XIANG, R. GAO: Metal oxide gas sensors: sensitivity and influencing factors. Sensors 2010, Vol. 10, pp. 2088–2106.
• 12. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA: Assessment of VOCs in air using sensors array under various exposure conditions. Proc. of IEEE Sensors Applications Symposium, Brescia (Italy) 2012, pp. 1–5.
• 13. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA, B. FLISOWSKA-WIERCIK, Ł. BODZOJ: The stop-flow mode of operation applied to a single chemiresistor. Sensors and Actuators B 2010, Vol. 148, pp. 522–530.
• 14. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA, B. FLISOWSKA-WIERCIK: Method of gas mixtures discrimination based on sensor array, temporal response and data driven approach. Talanta 2011, Vol. 83, pp. 916–923.
• 15. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA: Single gas sensor measurement system with different signal sub-sampling approaches. Proc. of 5th WSEAS International Conference on Sensors and Signals (SENSIG’12), Sliema (Malta) 2012.
• 16. A. SZCZUREK, M. MACIEJEWSKA, Ł. OCHROMOWICZ: Sensor array data profiling for gas identification. Talanta 2009, Vol. 78, pp. 840–845.
• 17. M. MACIEJEWSKA: Analiza danych w czujnikowych pomiarach zanieczyszczeń powietrza. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2012.