مدلی برای تشخیص آلاینده های هوا با استفاده از حسگرهای گازی و روش سطح پاسخ

در این پژوهش سعی بر آن است تا با استفاده از روش های مدلسازی عملکرد حسگرهای تشخیص آلاینده های هوا بهینه سازی گردد.  در فصل اول به بررسی ، بیان مسئله و ضرورت انجام تحقیق پرداخته شده است. در فصل دوم بیشینه تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است و انواع حسگرهای مختلف در زمینه تشخیص آلاینده های هوا مورد رصد و پایش قرار گرفته است. براساس این پایش و با بررسی مزایا و معایب هر روش اکسیدهای فلزی بعنوان مناسبترین روش برای تشخیص آلاینده های گازی در هوا مشخص گردیده است. در فصل سوم ، با توجه به تنوع آلاینده های هوا و بدنبال آن گستردگی انواع اکسیدهای فلزی، بعنوان نمونه هدف ،چهار آلاینده گازی NO,SO2,H2S,VOC جهت بررسی کاندید شده و حسگرهای اکسیدفلزی رایج در زمینه تشخیص این چهار آلاینده معرفی گردیده است. بمنظور انتخاب مناسبترین حسگراکسیدفلزی  هر آلاینده  از روش تحلیل سلسله مراتبی AHP استفاده شده است. در این راستا ، چهار معیار تاثیر گذار در انتخاب نوع حسگر شامل ویژگی ساختاری، ویژگی عملکردی، ویژگی اقتصادی و ویژگی فناوری به همراه زیر معیارها شناسایی شده است. بمنظور مدلسازی و بهینه سازی عملکرد هر کدام از حسگرهای اکسیدفلزی انتخابی از روش طراحی آزمایش RSM و نرم افزار Design Expert استفاده شده است. متغییرهای مورد بررسی شامل دمای کار حسگر، غلظت حسگر، دبی گاز ورودی برسطح حسگر و میزان رطوبت موجود در گازمی باشد. مراحل و فرایند بهینه سازی برای دوگاز NO و بنزن بعنوان VOC انجام شده است. در فصل چهارم نتایج مدلسازی آماری داده های پرسشنامه ها با استفاده از  نرم افزارExpert Choice11  و براساس تحلیل سلسله مراتبیAHP  مورد ارزیابی قرار گرفته و حسگراکسیدفلزی برتر برای هر آلاینده انتخاب گردید. به ترتیب اکسیدهای فلزی SnO2/Pd، WO3-ZnO، NiO/Ag،ZnO-SnO2 برای گازهای NO، SO2،H2S و VOC انتخاب شده است. مدلسازی و بهینه سازی حسگر SnO2/Pd برای تشخیص گاز NO با چهار پارامتر دمای کار حسگر، غلظت حسگر ، فلوی گاز و رطوبت گاز صورت گرفته است. هدف کمینه کردن مدت زمان پاسخ حسگر اکسیدفلزی به غلظت 100ppm گاز NO می باشد. نتایج نشان می دهد تشخیص گاز NO در هوا تحت شرایط بهینه دمای کار221  درجه سانتی گراد، غلظت حسگر.86.8 میلی گرم بر لیتر، دبی گاز.76.2Sccm/min و رطوبت گاز 89% در مدت زمان 7.9 ثانیه مدلسازی و بهینه شده است. جهت تشخیص بنزن بعنوان نمونه ای از ترکیبات VOC در هوا، کامپوزیت ترکیبی از اکسیدهای فلزی اکسید روی و دی اکسید قلع انتخاب گردیده است. این کامپوزیت با مورفولوژی شبکه نانو سیم بصورت Zn2SO4 برای تشخیص بنزن  با غلظت 100ppb  در هوا بکار برده می شود. نتایج بهینه‌سازی نشان داد که حداکثر بازده حساسیت (60/97 درصد) در شرایط عملیاتی دمای کاری 34/299 درجه سانتی‌گراد و غلظت سنسور 42/12 میلی‌گرم در لیتر به دست آمد. در نهایت در فصل پنجم به جمع بندی نتایج و ارائه پیشنهادات پرداخته شده است..  این توضیحات مربوط به اقداماتی می باشد که توسط متقاضی انجام شده است. جهت تکمیل این پروژه مدلسازی عددی و بهینه سازی پارامترهای موثر بر عملکرد حسگرهای انتخابی در تشخیص آلاینده های هوا با روش های مهندسی صنایع باید انجام شود.