A környezetvédelmi monitoring műszereinek megbízhatósága

Átírás

1 ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK 1 A környezetvédelmi monitoring műszereinek megbízhatósága Tárgyszavak: meghibásodások közötti átlagos idő; átlagos javítási idő; mechanikai, biológiai és elektromos behatások. A környezetet jellemző paraméterek monitoringját végző hálózatokban az alkalmazott műszerek megbízhatóságának ismerete egyre fontosabbá válik. A monitoringhálózatokat túlnyomórészt in-situ mérésekre használják, ahol a különleges éghajlati viszonyok döntő hatással lehetnek a műszerek helyes működésére. A műszergyártók által a műszerek megbízhatóságáról adott információk gyakran hiányosak vagy éppen hiányoznak. Más szóval hiányzik a meghibásodások közötti átlagos idő (mean time between failures MTBF) és más, a rendszer helyes működtetéséhez szükséges hasznos paraméterek ismerete. A rendszer megbízhatatlansága adatok elvesztésével jár lyukak keletkeznek az idősorokon, de ezen kívül a rendszer fenntartási költsége is növekszik. A rendszer másik fontos jellemzője az átlagos javítási idő (mean time to repair MTTR). Így monitoringhálózatnál nemcsak a funkcionális jellemzők fontosak, hanem az üzemkészség ideje is. A műszerek és a környezeti feltételek Egy műszer helyes működése egy adott időszakaszban a külső körülményektől függ. Az in-situ monitoringhálózat műszereinek mechanikus és elektronikai részei egyaránt rendkívül nagy igényeket támasztó követelményeknek vannak kiéve. Egy agrometeorológiai állomáson pl. a következő műszerek vannak: mérésadatgyűjtő berendezés, fénymérő, szélmérő, széliránymérő, napfénymérő, csapadékmérő, léghőmérő és nedvességmérő. Általában a környezeti monitoringhálózat a következő külső hatásoknak van kitéve:

2 légköri hatások: szélsőséges hőmérsékletek és páratartalom, napsugárzás, eső, savas köd, por, szennyező anyagok stb.; mechanikai hatások: rezgések, ütések stb.; biológiai hatások: állatok, virágpor, gombák stb.; elektromos hatások: hálózati ingadozások és tranziens jelenségek, elektrosztatikus töltés, légköri kisülések, az ember által keltett elektromágneses tér zavaró hatása stb. A környezeti feltételek és a műszerek közötti kapcsolat vizsgálatához három alapvető szempontot kell tekintetbe venni: minden környezeti paramétert mennyiségileg kell kifejezni; minden környezeti paraméter széles határok között változhat, e változás a külső környezet függvénye; a különböző elektromos és elektronikai alkotóelemek nem egyformán érzékenyek a különböző környezeti paraméterekre. A légköri feltételek A környezeti paraméterek közül a hőmérséklet a legfontosabb: előidézheti a működés fokozatos romlását és/vagy javíthatatlan hibákat is előidézhet. A tervezőnek kell ezeket, az egyes összetevőkben vagy áramkörökben jelentkező hatásokat kompenzálni. A szélsőséges hőmérsékletek közötti termikus ciklusok ártalmas hatással lehetnek az áramköri elemekre. Még a nem szélsőséges értékek közötti ciklusok és/vagy hőlökések is deformációkat, mechanikai feszültségeket és a hegesztések kifáradását okozhatják. Előidézhetik továbbá a nyomtatott áramkörök csatlakozásának megszakadását is. A napsugárzás a felmelegedésen kívül a védőanyagok (műgyanták, gumik, festékek) fokozatos tönkremenetelét is okozza. A védőanyagokat úgy kell megválasztani, hogy azok ellenállóak legyenek a napsugárzással szemben. A nem védett készülékekben a víz korróziót és rövidzárlatot okozhat. A víz a készülékekbe különböző módokon hatolhat be (pl. eső), de a behatolást leggyakrabban párakicsapódás okozza. A védelem egyik lehetséges módja a tartódobozok tömítése szilikongumival. Ez a védelem, különösen elektromos részek esetében, nem mindig elégséges, célszerű az elektronikus kártyákat részben vagy teljesen epoxigyantával bevonni. Az áramkörökben a csatlakozások a fő hibaforrások: itt a közvetlen fém-fém kapcsolat elkerülhetetlen. A csatlakozásokban a nedvesség káros hatásainak csökkentése érdekében aranybevonat alkalmazható. A csatlakozásokat szigetelni kell, és olyan anyagból készüljenek, amely a vízzel szemben ellenálló.

3 A tengeri övezetekben működő műszerek (mechanikai, elektromos és elektronikus) részei ki vannak téve a sós levegőnek, a só jelenléte fokozza a nedvesség káros hatását. Minden egyes alkotóelem nagyon érzékeny a sóra; a védelem a megfelelő burkolást és a legérzékenyebb elemeknek a készülék belsejében való elhelyezését jelenti. A csatlakozások megfelelő anyagból készüljenek és megfelelően legyenek szigetelve. Az egyes fizikai környezeti paraméterek érzékelőinek védelme bonyolultabb. Így a sólerakódás növeli a súrlódást a szélmérők forgó részében vagy irreverzibilisen szennyezi a kapacitív nedvességérzékelők dielektrikumát. Egyes környezetekben fontos a por jelenléte, amely hatással lehet a mozgó mechanikai elemekre és az elektromos részekre is. A por rövidzárlatot okozhat vagy azért, mert maga is vezet, vagy elnyelve a nedvességet, vezetővé válik. Mindez korróziót és rövidzárlatot okozhat. A nedvesség ellen alkalmazott burkolás por ellen is alkalmazható. Azonban egyes eszközöknek szellőzésre van szükségük (pl. alkotórészeik hűtése miatt); ha a szellőzőnyílások nincsenek védve megfelelő szűrőkkel, behatolási helyet nyújthatnak a por számára. A környezet monitoringműszerei más agresszív kémiai anyagoknak is ki vannak téve: így műtrágyának, üzemanyagoknak és kenőanyagoknak. E termékek megtámadhatják az áramköröket, a burkolóanyagokat és a tartályokat. Az agresszív kémiai anyagok korróziót és szennyeződést idéznek elő az áramkörökben. A kapacitív nedvességérzékelőkben a rovarirtók, a műtrágyák a dielektrikumok irreverzibilis megváltozását, így a mérési eredmények torzítását idézik elő. A nedvesség, por, sók elleni védekezési technikák a kémiai anyagok behatása ellen is alkalmazhatók, azonban a borítások, tömítések stb. anyagának megválasztásakor tekintetbe kell venni a kémiai veszélyeztetés jellegét. A mechanikai feltételek A műszerek mechanikai feszültségeknek is ki lehetnek téve, ez hatással lehet a működésre és csökkentheti az elektromos és elektronikus részek élettartamát is. Rezgések esetében a kapcsolatok (csatlakozások, hegesztések) megszakadhatnak, a kártyák kilazulhatnak és a mozgó részekkel rendelkező érzékelők (potenciométerek, kódoló berendezések) helytelen jeleket adhatnak. Ha a tartóberendezés sajátfrekvenciája megegyezik a részegységre ható rezgés frekvenciájával, rezonancia léphet fel, a rezgés amplitúdója olyan naggyá válhat, hogy tönkreteszi a műszert.

4 Az elektromechanikai és elektronikai komponenseket mechanikai ütés érheti a szállítás, az összeszerelés és a működés közben. Hasonlóan a tápvezetékeket és az összekötő vezetékeket is mechanikai károsodás (pl. váratlan feszülés) érheti, ami a kapcsolat megszakadásához vezethet. A biológiai feltételek Bármilyen méretű állatok (különösen mechanikai behatás révén), veszélyeztethetik a berendezések működését. Az egerek és a rágcsálók a nem megfelelően védett kábeleket és csöveket károsíthatják; a nagyobb állatok (tehenek, vaddisznók) leverhetik a műszereket tartó oszlopokat. Mechanikai károsodást okozhatnak a fák leeső ágai. A virágporok, magok és kisebb növényi részek a porhoz hasonló károsodást okozhatnak. A meteorológiai viszonyoktól függően gombák (pl. Aspergillus niger) telepedhetnek meg az elektronikus kártyákon vagy a berendezés más belső részein ez helytelen működéshez vezethet, ennek kimutatása nehéz. A gombák elleni védelem hasonló mint a nedvesség és a só elleni védelem víztaszító és gombaellenes gyantákkal való bevonás. Az elektromos feltételek A környezeti monitoringhoz alkalmazott műszereket 12 V-os telepekből, vagy ahol lehetséges, hálózatból táplálják. A hálózati áram gyakran szennyezett tranziens hatások révén, amit a terhelés hirtelen változása idéz elő. A feszültségimpulzusok, még ha rövid lefolyásúak is, tönkretehetik az integrált áramköröket, ha egy bizonyos szintet meghaladnak. A nem nagy amplitúdójú, de hosszú lefolyású vagy ismétlődő tranziens jelenségek, ha az általuk keltett többlet hőt a készülék nem képes leadni, tönkretehetik a műszert. A jobb minőségű készülékekben a gyártók igyekeznek a tranziens jelenségek terjedését meggátolni megfelelő csillapító eszközökkel. Az összes természetes veszélyeztető tényező közül a légköri kisülés a legveszélyesebb és kiküszöbölhetetlen. Közvetlen villámbecsapódás ritkán fordul elő, de a villámlás következtében a vezetékben fellépő (néhány kv nagyságrendű) túlfeszültség gyakori. Ez a légköri kisülés lökésszerűsége miatt jön létre. Így pl. viha-

5 rok során a szabadon lévő elektromos vezetékekben 10 kv tranziens feszültségek keletkezhetnek a villámlás helyétől akár 20 km vagy még nagyobb távolságokban is. Légköri kisülés során az adattároló rendszert a túlfeszültség elérheti mind az érzékelőkkel, mind a villamos hálózattal összekötő kábeleken keresztül. Többféle védőberendezés van, ami betehető a jelforrás vagy áramforrás és az adatgyűjtő készülék közé: nemesgáz villámvédő, varisztor (feszültségfüggő ellenállás), gyors félvezető harmonikus szűrő stb. Ez a fajta védelem elnyeli a tranziens jelenséget kísérő energiát, és megakadályozza, hogy a veszélyes feszültségek elérjék a készüléket. A nemesgáz villámvédők elektromechanikus készülékek esetében megoldják a problémát, de elektronikus eszközöknél egyedül nem elégségesek. A varisztorok jobbak, de a legjobb megoldás a félvezető szűrő és a nemesgáz villámvédő megfelelő együttes alkalmazása. Az elektromágneses tereket létrehozó és azt kibocsátó rendszerek (pl. távközlési rendszerek, radar, közvetítőállomások, elektromos távvezetékek stb.) városi, de gyakran vidéki környezetben is a természetes hátteret többszörösen meghaladó teret hoznak létre. Az ilyen nagyságú terek létezése a környezetszennyezés egy formája (elektromágneses szennyezés), ez erősen hathat a mérési eredményekre. A műszerek megbízhatósága, és így működési idejük, szorosan összefügg működésük külső körülményeivel. A technológiai megoldások kiválasztásakor tekintetbe kell venni az ár/teljesítőképesség összefüggést. (Schultz Gyögy) Battista, P.; Catelani, M. stb.: On the reliability of instruments for environmental monitoring: some practical considerations. = Microelectronics Reliability, 42. k sz p Dahmann, D.; Matler, U. stb.: Der photoelektrische Aerosolsensor (PAS), ein neues direkt anzeigendes Messgerät für Dieselmotoremissionen. = Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 62. k sz p Willer, U.; Kostjucenko, I. stb.: Evanescent-field laser sensor for environmental and process control. = VDI Berichte, sz. p

6 Röviden Hazánkban fészkelő nappali ragadozó madarak állományviszonyai Nappali Állományadatok ragadozó madarak párok száma párok száma csökken állandó növekszik Darázsölyv X Barna kánya X Vörös kánya X Rétisas X Kígyászölyv X Barna rétihéja X Hamvas rétihéja X Héja X Karvaly X Kis héja X Egerészölyv X Pusztai ölyv X Békászó sas X Parlagi sas X Szirti sas 2 5 X Törpe sas X Vörös vércse X Kék vércse X Kabasólyom X Kerecsensólyom X Vándorsólyom 0 7 X (Magyar Madártani és Természetvédelmi Egyesület évi tevékenységéről)