УСТРОЙСТВО ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к технике пробоотбора и может быть широко использовано для автоматического отбора проб жидкости с помощью манипуляторов робототехнических устройств.

Широко известны батометры для автоматического забора жидкости с различных уровней водоемов, включающие гидростатический пружинный датчик давления, управляющий клапанами для пропуска воды через заборный сосуд.

В батометре (ав. св. N 146094, кл. G 01 N 1/10, опубл. БИ N 7, 1962) для поворота клапанов в закрытое положение последние соединены подпружиненной планкой, удерживающей их в открытом положении против действия пружины при упоре выступа планки в подпружиненный стержень, перемещаемый на требуемой глубине датчиком и освобождающий при перемещении планку, которая под действием пружины закрывает оба клапана. Для взаимодействия планки со стержнем обе детали имеют выступающие упоры. Забор воды с различных уровней при одном опускании батометра осуществляется при помощи нескольких заборных сосудов, закрепленных по окружности корпуса батометра. Клапаны этих сосудов управляются стержнями различной длины, перемещаемыми по мере сжатия пружины датчика. Устройство осуществляет отбор жидкости при открытии клапана, срабатывающего от разности между атмосферным давлением столба жидкости на глубине. Такое устройство не сработает на мелководье, из-за слишком малой разницы в давлениях. При этом конструкция достаточно сложна и трудоемка в изготовлении.

Известно устройство для отбора проб жидкости (ав.св. N 1546879, кл. G 01 N 10, опубл. 28.02.1990, Бюл. N 8). Устройство содержит пробоотборники, состоящие из наружного цилиндра с крышкой и клапаном. Внутри цилиндра установлен дополнительный цилиндр с поршнем, соединенный штоком со стержнем, который с грузом установлен в кронштейне с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Кронштейн подвешен на тросе с посыльными грузиками. При ударе по бойку одним грузом поршни перемещаются вниз, клапаны открываются и жидкость поступает во внутренние цилиндры. При посылке другого грузика внутренние цилиндры перемещаются вниз, открывая другие клапаны, и жидкость поступает во внешние цилиндры.

Конструкция достаточно сложна, требует отслеживания глубины погружения для посыла грузов, т.е. не может быть использована на робототехнических устройствах без дополнительных конструктивных проработок.

Известно устройство для отбора проб жидкости (ав. св. N 1605160, кл. G 01 N 1/10, опубл. 07.11,1990, Бюл. N 41). Устройство содержит цилиндр с перемещающимся в нем поршнем со штоком. Поршень снабжен ограничительным стержнем, длина которого меньше длины рабочего хода поршня, что позволяет обеспечить отбор жидкости с бентосом путем их всасывания с постоянной площади с любой глубины, в том числе и на мелководье.

Устройство требует отслеживания глубины погружения предварительно опускаемого груза. После достижения грузом заданной глубины пробоотбора, определяемой счетчиком длины вытравленного троса, с борта судна направляют по тросу пробоотборники, т.е. устройство не может быть использовано на робототехнических устройствах без дополнительных конструктивных проработок.

Известно устройство для отбора жидкости с находящимися в ней во взвешенном состоянии бентоносных животных, наиболее близкое по своей технической сущности к предлагаемому изобретению, выбранному в качестве прототипа (ав. св. N 1605162, кл. G 01 N 1/10, опубл. 07.11.1990).

Пробоотборник включает кронштейн с жестко закрепленным на нем цилиндром, с крышкой и клапаном. Внутри цилиндра установлен поршень со штоком, соединенный с рабочим грузом. Кронштейн установлен на тросе с возможностью перемещения и снабжен подпружиненным фиксатором и поворотным рычагом. Поворотный рычаг установлен с возможностью взаимодействия с грузом и фиксатором, а фиксатор со штоком поршня.

Устройство обладает рядом конструктивных признаков, формально совпадающих с признаками предлагаемого изобретения - цилиндрический корпус со штоком и поршнем внутри него, верхняя крышка, клапан герметизации пробы, стопорно-разъединительный механизм с пружинным фиксатором штока.

Анализ описанной конструкции выявляет следующие существенные отличия:
1. Фиксатор срабатывает от соударения его рычага с грузом, опускаемым на тросе на определенную глубину, что без дополнительной конструктивной доработки предполагает наличие человека, управляющего тросом с лебедкой и счетчиком глубины погружения при достаточно сложной системе кронштейнов, т.е. не может быть использован в робототехнических устройствах
2. Нижнее расположение фиксаторов относительно цилиндра пробоотборника влечет за собой возможность движения поршня сверху вниз, т.е. всасывание жидкости происходит через клапан верхней крышки, а не через донную часть.

3. Верхняя крышка снабжена шаровым клапаном для пропуска жидкости при ее всасывании в качестве пробы, а не атмосферного воздуха.

Такая конструкция позволяет брать пробу на глубине по крайней мере несколько большей высоты самого пробоотборника и не позволяет брать пробу при малом количестве жидкости или из мелкой лужи.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство для отбора проб жидкости включает в себя пробоотборный цилиндр с подпружиненным поршнем и штоком внутри него. Отличительными признаками, позволяющими осуществить забор жидкости на небольших глубинах вплоть до мелких луж или при малых количествах жидкости с помощью охвата манипулятора робототехнического устройства является наличие подпружиненного фиксатора подпружиненного штока с поршнем, установленного в верхней крышке, что позволяет всасывать жидкость через систему отверстий, выполненных в нижней крышке, снабженной запорным клапаном, при этом фиксатор освобождает подпружиненный шток с поршнем путем нажатия на него выступом одной из подпружиненных щек, сжимаемых через подшипники нажимными дисками, в свою очередь перемещаемыми схватом манипулятора робототехнического устройства. Другой клапан обеспечивает поступление атмосферного воздуха для вытеснения пробы жидкости из поршневой полости цилиндра.

Устройство для отбора проб жидкости по предлагаемому изобретению поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общий вид устройства в исходном положении; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Устройство включает пробоотборный цилиндр 1 с крышками 2 и 3. Крышки стянуты шпильками с гайками (не показаны). На крышке 2 на скалках 4 и 5 смонтированы щеки 6 и 7, причем щека 7 снабжена выступом 8, на щеках 6 и 7 на подшипниках 9 установлены нажимные диски 10. Скалки 4 и 5 зафиксированы ограничительными штифтами 11, а внутри скалок размещены пружины 12, при этом скалки 4 и 5 снабжены продольными пазами 13, 14. Внутри цилиндра 1 установлен поршень 15 с полым штоком 16 и пружиной 17. В верхней части штока размещен клапан 18 впуска атмосферного воздуха с пружиной 19, стаканчик 20 и уплотнение 21 перекрытия пазов 22. В верхней крышке 2 выполнен паз 23 под фиксатор 24 с пружиной. На боковом торце крышки 2 смонтирован дроссель 25. Система отверстий 26 выполнена в нижней крышке 3, а на торце крышки седло 27. В центральном отверстии крышки установлен толкатель 28 с пружиной 29 и клапан 30 с уплотнением 31 для герметизации проб жидкости. Толкатель 28 снабжен продольными пазами 32. Штифт 33 установлен в хвостовике 34 клапана 18, с возможностью перемещения штифта 33 вдоль пазов 32 до упора 35. Усилие сжатия пружины 19 больше усилия сжатия пружины 29 клапана 30.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении поршень 15 с полым штоком 16 находится в нижней части цилиндра 1. Пружина 19 находится в сжатом состоянии, а подпружиненный фиксатор 24 удерживает шток 16 от перемещения вверх, при этом пружина 19 поджимает клапан 18 через уплотнение 21 к внутреннему торцу штока 16, перекрывая пазы 22 впуска атмосферного воздуха. Толкатель 28 под действием пружины 29 находится в крайнем нижнем положении, причем запорный клапан 30 находится в открытом состоянии.

Устройство захватывается охватом манипулятора робототехнического устройства или рукой оператора за нажимные диски 10 (при этом допускается некоторое сжатие пружин 12), причем выступ 8 не доходит до торца фиксатора 23, при этом за счет собственного веса устройство поворачивается вокруг осей подшипников 9 и принимает строго вертикальное положение. В таком положении устройство перемещается к месту взятия пробы, а затем погружается нижней частью в исследуемую жидкость.

При нажатии на нажимные диски 10 с дополнительным усилием пружины 12 щек 6 и 7 сжимаются до тех пор, пока выступ 8 не сдвинет подпружиненный фиксатор 23, который при этом освобождает от стопорения шток 16 с поршнем 15, которые под действием пружины 17 начинают движение вверх, засасывая исследуемую жидкость через впускные отверстия 26. Сжимаемый над поршнем 15 воздух выталкивается через регулируемый дроссель 25. В конце процесса всасывания жидкости хвостовик 32 клапана 18 штифтом 33 нажимает на уступ 35 толкателя 28 вместе с клапаном 30 и уплотнителем 31 движется вверх, сжимая пружину 29, и в конечном положении запорный клапан 30 с уплотнителем 31 садится на седло 27, тем самым запирая в поршневой полости цилиндра 1 набранную для исследования порцию жидкости.

По окончании процесса забора пробы схват манипулятора (или рука оператора) переносит устройство к месту слива пробы исследуемой жидкости.

При нажатии на верхний торец клапана 18 уплотнитель 21 открывает пазы 22, через которые поршневая полость цилиндра 1 сообщается с атмосферой, при этом хвостовик 34 со штифтом 33 двигается по пазам 32 вниз, штифт 33 освобождает от своего воздействия уступ 35, а толкатель 28 перемещается под действием пружины 29 вместе с клапаном 30 и уплотнителем 31 в исходное положение, разблокируя тем самым седло 27, а исследуемая жидкость беспрепятственно вытекает через отверстия 26.

Для приведения устройства в исходное положение, нажимают на наружный торец штока 16 и, сжимая пружину 19, перемещают его вместе с поршнем 15 вниз до упора последнего в крышку 3, при этом подпружиненный фиксатор 24 автоматически зафиксирует шток 16 в исходном положении.

Предлагаемая конструкция для отбора проб жидкости позволяет отбирать пробы с помощью манипулятора робототехнического устройства, что особенно актуально в условиях работы в опасной для человека среде. При этом пробы можно брать с различных глубин, в том числе и на мелководье вплоть до небольших луж или при небольшом количестве жидкости, предназначенной для исследования.

Устройство отбора проб жидкости содержит пробоотборный цилиндр с крышкой, клапан герметизации пробы. Внутри цилиндра расположен поршень с штоком, снабженный стопорно-разъединительным механизмом с подпружиненным фиксатором с возможностью взаимодействия фиксатора с штоком. Пробоотборный механизм снабжен нижней крышкой. Подпружиненный фиксатор размещен в верхней крышке и выполнен с возможностью взаимодействия с одной из щек. Щеки установлены на подпружиненных скалках на верхней крышке. На щеках на подшипниках установлены нажимные диски. Внутри подпружиненного штока с поршнем в верхней его части смонтирован клапан впуска атмосферного воздуха. Хвостовик клапана установлен с возможностью скольжения вдоль подпружиненного толкателя и взаимодействия с последним в конце хода через штифт. Штифт закреплен на нижней части хвостовика. Штифт имеет возможность перемещения в пазах толкателя. На его конце выполнен клапан герметизации пробы, установленный в нижней крышке. В крышке есть система отверстий для впуска и выпуска жидкости. Устройство позволяет отбирать пробы с помощью манипулятора робототехнического устройства, что актуально при работе в опасной для человека среде. Устройство позволяет отбирать пробу с различных глубин, в том числе и на мелководье, вплоть до небольших луж. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство отбора проб жидкости, включающее пробоотборный цилиндр с крышкой, клапан герметизации пробы, расположенный внутри цилиндра поршень с штоком, снабженным стопорно-разъединительным механизмом с подпружиненным фиксатором с возможностью взаимодействия фиксатора с штоком, отличающееся тем, что пробоотборный механизм снабжен нижней крышкой, а подпружиненный фиксатор размещен в верхней крышке и выполнен с возможностью взаимодействия с одной из щек, установленных на подпружиненных скалках на верхней крышке, причем на щеках на подшипниках установлены нажимные диски, а внутри подпружиненного штока с поршнем в верхней его части смонтирован клапан впуска атмосферного воздуха, хвостовик которого установлен с возможностью скольжения вдоль подпружиненного толкателя и взаимодействия с последним в конце хода через штифт, закрепленный на нижней части хвостовика, при этом штифт имеет возможность перемещения в пазах толкателя, на конце которого выполнен клапан герметизации пробы, установленный в нижней крышке, снабженной системой отверстий для впуска и выпуска жидкости. 2. Устройство отбора проб жидкости по п.1, отличающееся тем, что усилие сжатия пружины клапана для впуска атмосферного воздуха больше усилия сжатия пружины клапана герметизации пробы жидкости.