АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОБООТБОРА Российский патент 1995 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к области охраны водного бассейна, преимущественно к технике отбора проб жидкости, и может быть использовано для отбора проб при контроле загрязнения водных объектов.

Известно устройство для отбора проб жидкости [1], содержащее регулятор расхода в виде сосуда постоянного уровня с подводящим и отводящим патрубками, насос, гидрораспределитель, пробоотборные сосуды и блок управления. Выход насоса соединен с входом гидрораспределителя, а к выходу каждого из каналов последнего присоединен соответствующий этому каналу пробоотборный сосуд. В каналах гидрораспределителя размещены управляющие клапаны с эластичными шлангами и пережимными элементами, в качестве которых использованы якори электромагнитов с пружинами.

Устройство работает с агрессивными средами и для его надежной работы в конструкции нежелательны сопряженные между собой трущиеся элементы из-за возможной коррозии, отложений на поверхностях и т.д., снижающие надежность устройства в целом. В силу этого известное устройство имеет недостаточно высокую надежность.

Наиболее близкой к предлагаемой и взятой за прототип является автоматическая система пробоотбора [2], содержащая дозатор, насос, гидрораспределитель и пробоотборную емкость, соединенные эластичными шлангами, управляющие клапаны, блок управления и приводы насоса и управляющих клапанов.

Анализ конструкции устройства-прототипа показывает, что в ней имеет место достаточно большое количество сложных в эксплуатации узлов, имеющих к тому же сопряженные друг с другом трущиеся элементы. К ним относятся приводы клапанов, насоса, гидрораспределителя. В условиях агрессивных сред эти элементы корродируют, покрываются пленкой содержащихся в жидкости примесей. Такое влияние среды приводит к отказам в работе, что свидетельствует о недостаточно высокой надежности устройства в целом. Кроме того, конструкция устройства сложна и некоторые ее узлы, например гидрораспределитель, требовательны к технологии изготовления.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства для отбора проб жидкости путем увеличения долговечности и конструктивного упрощения клапанов и насоса и их приводов, гидрораспределителя и устройства в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматической системе пробоотбора, содержащей насос с выталкивателем жидкости, дозатор, гидрораспределитель, приемник проб, управляющие клапаны, блок управления и приводы насоса и управляющих клапанов, согласно изобретению насос снабжен входным и выходным управляющими клапанами, гидрораспределитель выполнен в виде шлангов с управляющими клапанами, приводы насоса и управляющих клапанов выполнены в виде электропроводных нитей, снабженных источником электрического тока, каждый управляющий клапан снабжен эластичным шлангом и предохранительной вставкой, установленными внутри эластичных шлангов, при этом эластичные шланги выполнены с возможностью упругого взаимодействия с пережимными элементами, выход насоса соединен с входом дозатора, а выходы дозатора соединены с входами гидрораспределителя. Дополнительно предохранительная вставка может быть выполнена в виде вторпластовых лепестков, что исключает слипание, выталкиватель жидкости насоса может быть выполнен в виде диафрагмы с возможностью упругого взаимодействия с его приводом.

Пережимные элементы управляющих клапанов могут быть выполнены в виде скоб с проемом, охватывающим эластичный шланг клапана, и упором.

Из числа указанных выше отличительных от прототипа существенных признаков признаки, отражающие введение в конструкцию устройства управляющих клапанов насоса, предохранительных вставок клапанов и их размещение, конструкцию приводов насоса и клапанов, их пережимных элементов, гидрораспределителя и связи между элементами устройства, являются необходимыми и достаточными во всех случаях реализации устройства для отбора проб жидкости, на которые распространяется испрашиваемый объем охраны.

Признаки, характеризующие форму реализации выталкивателя жидкости, материал, из которого выполнены предохранительные вставки и конструкции пережимных элементов клапанов, отражают изобретение лишь в частном случае.

Наличие отличительных от прототипа признаков свидетельствует о выполнении условия патентоспособности изобретения ("новизна").

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в следующем.

В конструкции прототипа в качестве привода насоса использован электродвигатель с редуктором, сложный узел с вращающимися трущимися элементами, не обеспечивающими надежной работы устройства в условиях агрессивной среды. В условиях эксплуатации при ежедневном включении долговечность такого привода не превышает одного года.

Выполнение привода насоса в виде электропроводной нити, изменяющей свою длину при прохождении электрического тока, обусловило исключение из его конструкции трущихся элементов, которые могут корродировать и покрываться отложениями на трущихся поверхностях этих элементов. Изменение конструкции привода позволило заменить выталкиватель жидкости вращающегося типа на выталкиватель мембранного типа. При этом мембрана может быть выполнена с возможностью упругого взаимодействия с приводом, что позволило исключить из конструкции насоса упругий элемент возврата, например в виде спиральной пружины, и этим упростить насос. Выталкиватель в виде мембраны требует наличия входного и выходного клапанов. Насосы мембранного типа обычно имеют автоматически срабатывающие от изменения давления жидкости входные и выходные клапаны. Но в условиях агрессивной среды не обеспечивается их высокая надежность. В силу этого в предлагаемом устройстве насос снабжен входным и выходным управляющими клапанами, которые как и у прототипа, обеспечивают отсутствие контакта элементов клапана с агрессивной средой. Приводы клапанов выполнены, как и у насоса, в виде электропроводных нитей, изменяющих свою длину при прохождении электрического тока, т.е. приводы выполнены без трущихся сопрягаемых элементов. Привод управляющего клапана, выполненный на тяговом реле, выходит из строя через 2-3 месяца эксплуатации. Привод предлагаемого типа обусловил плавное безударное прижатие эластичного шланга, что увеличило долговечность последнего.

Таким образом, предлагаемая конструкция привода проста, дешевле в изготовлении, имеет повышенную надежность (в условиях гибкой деформации нити), способствует унификации узлов устройства. Кроме того, введение в конструкцию насоса входного и выходного управляющих клапанов обусловило выполнение им дополнительной функции предварительного дозирования жидкости. Величина дозы, соответствующая одному циклу работы насоса, обусловлена изменением величины внутреннего объема насоса в полости между входным и выходным управляющими клапанами. Предварительное дозирование насосом уменьшило слив с переливного патрубка дозатора и этим повысило представительность пробы.

Выполнение пережимного элемента управляющего клапана в виде скобы, в которой расположен эластичный шланг и упор, обусловило надежное срабатывание клапана и долговечность шланга.

Под воздействием агрессивной среды внутренний слой эластичного шланга ухудшает свои характеристики и в силу этого возможно местное залипание его при срабатывании клапана на прижим. Для обеспечения надежного срабатывания клапана в эластичный шланг каждого управляющего клапана введена предохранительная вставка и установлена в плоскости прижима. Вставка может быть выполнена в виде фторопластового лепестка.

Выполнение гидрораспределителя в виде набора шлангов с управляющими клапанами той же конструкции исключило наличие трущихся сопряженных элементов, упростило распределитель, повысило надежность устройства в целом и степень его унификации.

Предлагаемые связи узлов устройства, а именно, соединение выхода насоса с входом дозатора, выхода дозатора с входами гидрораспределителя подчинены решению поставленной задачи - упрощению устройства для отбора проб и повышению его надежности при условии качественного выполнения устройством функции отбора проб жидкости.

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения обеспечила достижение поставленной цели - повышения надежности устройства и его упрощения путем конструктивного изменения узлов устройства и введения в его схему дополнительных элементов.

На фиг. 1 изображена схема автоматической системы пробоотбора; на фиг. 2-4 сечение А-А на фиг. 1 - пережимной элемент управляющего клапана.

Устройство для отбора проб жидкости содержит корпус (на чертежах не показан), насос 1 с приводом, дозатор 2 с переливным патрубком 3, гидрораспределитель 4, управляющие клапаны 5, 6, 7, 8, 9, 10 с приводами, приемник пробоотборных сосудов 11, 12, 13, 14, блок 15 управления. Выход насоса 1 соединен с входом дозатора 2. Выходы дозатора 2 соединены с входами гидрораспределителя 4, выходы которого соединены с пробоотборными сосудами 11, 12, 13, 14. Выходы блока 15 управления соединены электрически с приводами насоса 1 и управляющих клапанов 5, 6, 7, 8, 9, 10.

Насос 1 содержит выталкиватель жидкости в виде диафрагмы 16, одновременно являющейся упругим элементом возврата благодаря тому, что она выполнена с возможностью упругого взаимодействия с приводом. Кроме того, насос 1 содержит входной управляющий клапан 5 и выходной управляющий клапан 6. Дозатор 2 представляет собой сосуд определенной емкости с входным патрубком, переливным патрубком 3 и выходными патрубками.

Гидрораспределитель 4 содержит шланги 17, 18, 19, 20 с управляющими клапанами 7, 8, 9, 10 (показаны схематично), являющиеся его каналами. Количество каналов обусловлено заданной периодичностью отбора проб жидкости. Выход каждого канала гидрораспределителя соединен с пробоотборным сосудом 11, 12, 13 или 14. Количество сосудов равно количеству каналов.

Каждый управляющий клапан 5, 6, 7, 8, 9 и 10 содержит эластичный шланг 21, пережимной элемент, выполненный в виде скобы 22 с упором 23. Скоба 22 имеет проем 24, через который пропущен эластичный шланг 21 и упор 23. Шланг имеет, таким образом, участок соприкосновения с упором 23 и стенкой проема 24. Скоба 22 одной стороной прикреплена к приводу клапана. Внутри эластичных шлангов 21, в плоскости прижима установлены предохранительные вставки 25. Предусмотрено их крепление в пределах эластичного шланга. Предохранительные вставки могут быть выполнены из фторопласта в форме лепестков.

Привод каждого управляющего клапана и привод насоса могут иметь одинаковую конструкцию. Привод выполнен в виде электропроводной нити 26, 27, 28 (для клапанов 7, 8, 9, 10 электропроводные нити позициями не обозначены). В примере конкретного выполнения эти нити выполнены из нихрома. Один конец нити изолированно прикреплен к корпусу, а другой, также изолированно, к скобе 22 (управляющего клапана). Нить, выполняющая роль привода насоса, вторым концом изолированно закреплена на жестком упоре диафрагмы 16. При прохождении электрического тока по нити изменяется ее длина. Для этого нить каждого управляющего клапана и насоса электрически по-канально соединена с выходом блока 15 управления (каналы соединения не показаны). Блок управления представляет собой программное электронное устройство с генератором временных интервалов и коммутирующими ключами, выводы которых в соответствии с программой выдачи проб подключаются к входам соответствующих приводов.

Работа устройства. В исходном состоянии электропитание с блока 15 управления не подается и нити 26, 27, 28 клапанов 5, 6, насоса 1, а также нити клапанов 7, 8, 9, 10 укорочены и удерживают скобы 22 в положении, при котором стенка проема 24 каждой скобы прижимает эластичный шланг 21 каждого клапана к его упору 23. Предохранительная вставка 25 при этом находится также в прижатом состоянии между стенками эластичного шланга. Таким образом, входной и выходной управляющие клапаны 5, 6 насоса 1, управляющие клапаны 7, 8, 9, 10 гидрораспределителя 4 находятся в запертом состоянии. При этом диафрагма 16 насоса 1 находится в оттянутом положении.

При включении устройства с блока 15 управления подается электропитание на нить 28 выходного клапана 6 и нить 27 насоса 1. Нити нагреваются при прохождении электрического тока и удлиняются. Скоба 22 клапана 6 под воздействием упругих сил стенок эластичного шланга 21 перемещается в сторону освобождения последнего от прижима, диафрагма 16 также под воздействием упругих сил перемещается в сторону уменьшения объема внутренней полости насоса, что обеспечивает выталкивание из нее воздуха. Затем, также по сигналу с блока 15 управления, электропитание снимается с нити 28, нити 27 и подается на нить 26 входного клапана 5. При этом уменьшение длины нити 28 приводит к перемещению скобы 22 выходного клапана 6 в сторону прижима эластичного шланга 21 к упору 23. В шланге прижимается и предохранительная вставка 25. Выходной клапан 6 закрывается , нить 26 удлиняется. Под действием упругих сил стенок эластичного шланга скоба 22 перемещается и освобождает его от прижима. Входной клапан 5 открывается. Нить 27 уменьшается в длине и перемещает диафрагму 16 в сторону увеличения объема полости насоса 1 - происходит всасывание жидкости через входной штуцер. По мере заполнения полости электропитание с нити 26 снимается, входной клапан 5 закрывается, подается электропитание на нить 28 и нить 27. При этом открывается выходной клапан 6. Удлинение нити 27 приводит к перемещению диафрагмы 16 на выталкивание порции жидкости из полости насоса через выходной клапан 6. После выталкивания жидкости электропитание с нити 28 снимаеся, клапан 6 закрывается, подается питание на нить 26, входной клапан 5 открывается.

Далее цикл повторяется. Насос 1 осуществляет предварительное дозирование жидкости, обеспечивая заполнение сосуда дозатора до необходимого для анализа объема пробы. При этом практически нет необходимости в работе переливного патрубка 3. Однако в конструкции дозатора 2 переливной патрубок 3 предусмотрен на случай возможных сбоев в подаче жидкости на вход насоса 1 или в работе его элементов. В соответствии с технологией отбора проб по сигналам с блока 15 управления подается электропитание на нить того или иного клапана 7, 8, 9 или 10 гидрораспределителя 4. Клапаны открываются, жидкость самотеком проходит по шлангу 17, 18, 19 или 20, заполняя тот или иной пробоотборный сосуд 11, 12, 13 или 14.

Описание предлагаемого устройства в статическом состоянии, раскрывающее его конструкцию, и описание работы свидетельствуют о принципиальной возможности практического осуществления изобретения в виде материального объекта-устройства для отбора проб жидкости и использования его для отбора таких проб при контроле загрязнения водных объектов, что является выполнением условия патентоспособности "промышленная применимость".

Использование: отбор проб жидкости при контроле загрязнения водных объектов. Сущность изобретения: устройство для отбора проб жидкости содержит насос с выталкивателем жидкости и приводом, дозатор с переливным патрубком, гидрораспределитель, управляющие клапаны с приводами, в состав каждого клапана входит эластичный шланг, пережимая скобами с упором и предохранительная вставка. Гидрораспределитель содержит шланги с управляющими клапанами, насос содержит диафрагму, входной и выходной управляющие клапаны. Приводы клапанов и насоса выполнены в виде электропроводных нитей, электрически соединенных с выходом блока управления и изменяющих свою длину при прохождении по ним электрического тока. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОБООТБОРА, содержащая насос с выталкивателем жидкости, дозатор, гидрораспределитель и приемник проб, управляющие клапаны, блок управления и приводы насоса и управляющих клапанов, отличающаяся тем, что насос снабжен входным и выходным управляющими клапанами, гидрораспределитель выполнен в виде шлангов с управляющими клапанами, приводы насоса и управляющих клапанов выполнены в виде электропроводных нитей, снабженных источником электрического тока, каждый управляющий клапан снабжен эластичным шлангом с пережимными элементами и предохранительной вставкой, установленной в плоскости прижима внутри эластичного шланга, при этом эластичные шланги выполнены с возможностью упругого взаимодействия с пережимными элементами, выход насоса соединен с входом дозатора, а выходы дозатора - с входами гидрораспределителя. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выталкиватель жидкости насоса выполнен в виде диафрагмы с возможностью упругого взаимодействия с его приводом. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что предохранительные вставки управляющих клапанов выполнены в виде фторопластовых лепестков. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что пережимной элемент каждого управляющего клапана выполнен в виде скобы с проемом, охватывающим его эластичный шланг, и упором.