Пробоотборное устройство Советский патент 1984 года по МПК G01N1/22 

Эохычт

о

С71 ч1 Йзобрет ение относится к технике измерений параметров (отбора и анализа проб) газожидкостных смесей, потоков и может быть использовано в различных отраслях промьрленности, а также при изучении гидродинамических и теплофизических процессов, свя занных с определением фазового состава потока в напорных трубопроводах емкостях и аппаратах, на лабораторных установках. Известно устройство для отбора проб из трубопроводов с газожидкостной смесью, используемое для определения газосодержания потока, состоящее из двух соосных цилиндров, имеющих отверстия на боковых и торцовых поверхностях для взятия пробы, и што ка с поршнем, при помощи которых проба подается в отдельный анализатор. Все операции по отбору и подаче пробы в анализатор производятся вручную tK Помимо ручных операций, снижающих периодичность отбора, известное устройство не обеспечивает регулирование расхода пробы, поддержание постоянства е температуры и давления. Кроме того, данное устройство не позволяет получить пробу из различных зон поперечного сечения потока без конструктивных изменений пробозаборных элементов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является-пробоот борное устройство, содержащее подвижны относительно стенки емкости корпус, расположенные в нем поршель со сколь зящим электроконтактом и штоком с установленньм на его конце клапано ограничитель хода поршня, выполненный в виде размещенного в корпусе сменного стакана с концевыми выключателями, источник переменного давяе ния, присоединенный к корпусу со сто РОНЫ ограничителя хода поршня с элек тропневмоклапаном и регулируемым дренажом, программно-регистрирующее устройство, к которому подключены корпус, вьщвижной шток, концевые выключатели и электропневмокпапан, кроме того, корпус снабжен упором с отверстиями для протока отбираемой пробы, фиксирующим в открытом положении клапан, при этом поршень н клапан выполнены из неэпектропроводного материала. В данном пробоотборном устройстве совмещены функции анализа и отбора пробы, а основные операции автоматизированы. Управление работой устройства и измерения производятся дистанционно, имеется возможность определения и регулирования скорости отбора пробы, а также изменения объема отбираемой пробы. Подвижность корпуса устройства относительно стенки исследуемой емкости позволяет проводить отбор проб из различных зон емкости в плоскости установки пробоотборного устройства. Конструкция устройства обеспечивает полное удаление предащущей пробы из анализатора при проведении последующего замера, что позволяет получить представительную пробу fZl. Однако область использования устройства ограничивается трубопроводами и емкостями достаточно больших размеров, так как объем отбираемой пробы пропорционален ходу выдвижного щтока. В связи с этим невозможно производить отбор проб из щелевых каналов, трубопроводов типа труба в трубе или емкостей, имеющих внутренние конструктивные элементы, препятствующие полному перемещению выдвижного щтока с клапаном для взятия достоверной пробы. Цель изобретения - увеличение относительного объема пробы и достоверности ее. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем подвижный относительно стенки емкости корпус, расположенные в нем поршень со скользящим электроконтактом и шток с установленным на его выдвижном конц6 клапаном, ограничитель хода поршня, выполкенный в виде размещенного в корпусе сменного стакана с концевым выключателем, источник переменного давления, присоединенный к корпусу со стороны ограничителя хода поршня, с электропневмоклапаном и регулируемым дренажом, программнорегистрирующее устройство, к которому подключены корпус, выдвижной шток, концевой выключатель и электропневмоклапан, кроме того, корпус снабжен упором с отверстиями для протока отбираемой пробы, фиксирующим в открытом положении клапан, при этом поршень и клапан выполнены из неэлектропроводного материала, а поршень выполнен подвижным относительно штока. шток снабжен цилиндрическими выступами, установленными на его концах. Вследствие подвижности поршня относительно штока высота поднятия .клапана (ход клапана - ) сущес венно сокращается. Установка на кор пусе упора с отверстиями для протока отбираемой среды позволяет ограничить ход клапана ( v 0, и сделать его независимььм от величины прямого и обратного хода поршня. Таким o6pia3OM, с помощью предлага емого устройства можно производить отбор проб среды в непосредственной близости к конструктивным элементам находящимся внутри трубопровода или емкости и делающим невозможным использование пробоотборных устройств, в которых объем отбираемой пробы пропорционален ходу вьщвижного штока, жестко связанного-с поршнем и клапаном. При этом соответственно сокращаются габариты устройства и масса подвижных частей. Установка на поршне подвижного относительно корпуса устройства электроконтакта, соединяющего электрически шток и корпус при открытии поршнем клапана позволяет отказаться от одного концевого выключателя, что, в свою очередь, приводит к сокращению общей длины штока на величину, равную ходу поршня при отборе пробы, перемещение штока составляет величину, рав ную ходу клапана. В устройстве функции пробонакопителя и анализатора состава выполняет надпоршневая полость, образованная поршнем, внутренней поверхностью корпуса,, клапаном в закрытом положеНИИ и штоком, где в качестве измерительных электродов анализатора используется корпус и шток. В случае отбора неэлектропроводной среды, ана лизатор состава пробы представляет собой конденсатор, емкость которого зависит от расстояния между электродами и, диэлектрической проницаемости отбираемой средьи Когда поршень и кл пан выполнены из электропроводного материала, то емкость конденсатора, в основном, определяется величиной зазоров между поршнем и корпусом, а также клапаном и корпусом. Перемен ная составлякядая емкости, связанная с фазовым составом пробы, составляет незначительную часть от общей емкости устройства за счет большой постоянной составляющей емкости системы поршень-корпус и корпус-клапан. Малое относительное изменение емкости, пропорциональное относительному изменению измеряемой величины (например, газосодержание пробы), ограничивает чувствительность прибора и требует использования вторичных преобразователей с большими коэффициентами усиления , что связано с усложнением их конструкции и нестабильностью работы измерительной схемы. Аналогичная ситуация возникает при анализе состава электропроводной среды, когда анализатор пробы работает как резисторный датчик. Кроме того, изнашивание уплотнений клапана и поршня в процессе эксплуатации и различные технологические погрешности могут привести к случайному замыканию электродов анализатора между собой и его отказу. В связи с этим для повышения чувствительности анализатора состава пробы и надежности его работы клапан и поршень выполняют из неэлектропроводного материала. Тем самым, исключается возможность замыкания электродов анализатора, а чувствительность датчика повьш1ается в результате уменьшения постоянной составляющей измеряемой величины. На фиг. 1 изображено пробоотборное устройство при закрытом положении клапана, об1ций вид, продольный разрез на фиг. 2 - вид А на фиг. 1J на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - пробоотборное устройство при открытом положении клапана, об щий вид, продольный разрез. Пробоотборное устройство имеет гладкий цилиндрический корпус 1, соединенный со стенкой емкости 2 при помощи уплотнения 3 и цангового зажима 4. Корпус 1 разделен устаговленным на штоке 5 поршнем 6 с уплотнениями 7 и скользящим электроконтактом 8 на подпоршневую 9 и надпоршневую 10 п(:глости. Шток 5 имеет на концах цилиндрические выступы.11 и 12. К выступу 11 присоединен клапан 13, контактирующий через уплотнение 14 с корпусом t, на котором установлен упор 15 с отверстиями 16 и стойками 17. Шток 5 своим выступом 12 взаимодействует с втулкой 18, размещенной в ограничителе 19 хода поршня б с отверстиями 20. На внутренней поверхности ограничителя 19 хода установ51лен концевой выключатель 21, с которым взаимодействует кольцевой буртик 22 винта 23, завинченного в торец выступа 12 штока 5. Через штуцер 24 с накидной гайкой 25 и уплотнением 26 подпоршневая полость 9 соединена с источником 27 переменного давления в котором установлен управляющий элемент, например, электропневмоклапан 28 с дренажным отверстием 29 и сменной расходной шайбой 30. В шту цере 24 помещен герметичный электрораэъем 31, соединяющий концевой выключатель 21 и скользящий электроконтакт 32 датчика состава пробы, примыкающий к выступу 12 штока 5 с программно-регистрирующим блоком 33. Контакт 34 присоединен к корпусу 1, который является вторым электродом датчика состава пробы. Пробоотборное устройство работает следующим образом. В исходном положении клапаны 13 и 28 закрыты. При подготовке пробоот борного устройства к отбору пробы подается команда с программно-регист рирующего блока 33 на открытие электропневмокпапана 28, в результате чего воздух из источника 27 переменного давления поступает в подпоршневую полость 9 и перемещает поршень 6 влево, вплоть до его соприкосновения с выступом 11 штока 5. Под действием усилия, создаваемого поршнем, происходит перемещение штока 5 с клапаном 13, который удерживается в откры том положении упругими изогнутыми стойками 17 упора 15. При срабатьгоании электропневмоклапана 28 его дренажное отверстие 29 закрывается. При перемещении штока 5 кольцевой буртик 22 раз№ 1кает электроконтакт концевого выключателя 21, одновремен но с этим электроконтакт 8, установленный на поршне 6, замыкает между собой корпус 1 и шток 5 через выступ 11, что свидетельствует о готовности пробоотборного устройства к отбору пробы (фиг. 4). Отбор пробы осуществляется приподаче команды на закрытие электропневмоклапана 28 с программно-регист рирующего блока 33. Линия от источни ка переменного давления перекрывается и воздух из подпоршневой полости 9 удаляется через дренажное отверсти 28, где установлена сменная расходная шайба 30, позволяющая при необ7ходимости изменять скорость отбора пробы. Под действием возникающего перепада давления P -o.PbinM (где давление отбираемой среды, ,. атмосферное давление) происходит перемещение поршня 6 относительно корпуса 1 по штоку 5 и электрическое разъединение корпуса 1 со штоком 5 вследствие отхода контакта 8 от выступа 11 штока 5, что фиксируется как момент начала отбора пробы программно-регистрирующим блоком 33. При соприкосновении поршня 6 с выступом 12, происходит перемещение штока 5 с последующим закрытием клапана 13 и замыкание контактов концевого выключателя 21 кольцевым буртиком 22 винта 23, после чего включается измерительная электрическая цепь программно-регистрирующего блока 33, в состав которой входят корпус 1 с контактом 34 и шток 5 со скользящим электроконтактом 32. При закрытии клапана 13 надпоршневая полость 10, заключенная между поршнем 6, корпусом 1, клапаном 13 и штоком 5 становится измерительной зоной датчика-анализатора состава отобранной пробы. Корпус 1 фиксируется относительно стенки емкости 2 после установки пробозаборной части устройства в требуемой зоне иссследуемой емкости при помощи цангового зажима 4. За базовый объект принято серийно выпускаемое устройство типа ПУ-2, предназначенное для отбора проб растворов из аппаратов и емкостей с последующим прокачиванием проб через датчик анализатора и возвратом в емкость. По сравнению с базовым образцом предлагаемое устройство обладает меньшими габаритами и массой вследствие совмещения отбора и анализа проб в надпоршневой полости/ большей цикличностью отбора (порядка 5040 проб/мин) вследствие автоматизации операций по отбору и анализу проб возможностью регулирования и опрёделения скорости отбора проб и отбора проб из различных зон емкости путем подвижного соединения корпуса устройства и стенки емкости. Установка упора, фиксирующего клапан в открытом положении, позволяет расширить область применения пробоотборного устройства, используя его для отбора проб из различных трубопроводдв и емкостей, в том числе ограниченными линейными размерами, щелевых каналов и внутренними конст руктивными элементами Уменьшение массы подвижных частей приводит к п вьшению быстродействия и снижению динамических нагрузок, возникающих при работе устройства. Для изменения объема отбираемой пробы предлагаемое устройство позво ляет производить быструю переналадк при помощи сменных ограничительных

l /rr/rp6/

фиг 4 втулок, устанавливаемых между поршнем и. выступом штока со стороны ограничителя хода поршня с сохранением динамических характеристик и геометрических размеров остальных деталей устройства; Кроме Toroi, изготовление поршня и клапана устройства из незлектропроводного материала приводит к увеличению надежности работы измерительной схемы и чувствительности датчика анализатора,что повьшгает достоверность получаемых результатов . 6-6 f9

ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее подвижный относительно стенки емкости корпус, расположенные в нем поршень со скользящим электро. контактом и шток с установленным на его вьщвижном конце клапаном, ограничитель хода поршня, выполненный в виде размещенного в корпусе сменного стакана с концевым выключателем, источник переменного давления, присоединенный к корпусу со стороны ограничителя хода поршня с электропневмоклапаном и регулируемым дренажом, программно-регистрирующее устройство, к которому подключены корпус, выдвижной щток, концевой выключатель и электропневмоклапан, при этом корпус снабжен упором с отверстиями для протока отбираемой пробы, фиксирующим в открытом положении клапан, a поршень и клапан выполнены из неэлектропроводного г материала, отличающееся тем, что, с целью увеличения относительного объема пробы, достоверности ее, поршень выполнен подвижным относительно штока, при этом шток снабжен цилиндрическими выступами, установленными на его концах.