Устройство для отбора проб аэрозолей Советский патент 1985 года по МПК G01N1/22 

t 1 Изобретение относится к технике отбора проб путем всасывания газа, содержащего взвешенные частицы и может использоваться для контроля за состоянием воздуха, а также в промьшленных установках для контроля за количеством пылевидных частиц. Известно устройство для определ ния содержания пыли в воздухе, содержащее корпус с заборным наконечником в виде горизонтальной цилиндрической,трубки, скрепленной с флюгаркой, устанавлива;ющей ее против ветра, фильтр, вентилятор с электроприводом, счетчик количества просасьгоаемого воздуха, регулятор расхода, датчик скорости вет ра, сходянрй электропривод L1J. Недостатком устройства является невозможность обеспечить изокинетичность при больших скоростях пет ри. Известно устройство для отбора проб аэрозолей, содержап1ее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля (аспиратор), исполнительный механизм для изменения площадивходного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля, следящую систему 2. Недостатком устройства является недостаточная эффективность контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе, а также обеспече ние изокинетичности отбора не в лю бом диапазоне скоростей ветра. Цель изобретения - повышение эф фективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб аэрозолей, содержащем заборны конический наконечник, приспособле ние для всасывания аэрозоля, испол нительньй механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости поток аэрозоля и следящую систему, связы вающзпо датчик с исполнительным мех низмом, заборный наконечник выполнен из упругой пластины, а исполни тельньы. механизм снабжен приспособ лением для возвратно-поступатель-2ного перемещения заборного наконечика . Исполнительньй механизм выполнен виде коаксиальных направляющих, яг, прикрепленных одними концами к заборному наконечнику, а другими к приспособлению для возвратнопоступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивньм сервомотором, связанным с датчиком скорости потока через следящую систему, а приспособление для возвратно-поступательного перемещения наконечника выполнено в виде кулачковой передачи и передачи винт-гайка и соединено .с сервомотором. Приспособление для всасывания аэрозоля выполнено в виде установленной во входном канале вентилятора шайбы, в отверстии которой расположен п-одАружинешшй конус, установленньй вершиной к вентилятору. На фиг.1 изображено устройство, общий вид,- на фиг .2 - схема устройства; на фиг. 3 - конический наконечник .. Устройство содержит корпус 1, часть 2 которого выполнена поворотной вокруг вертикальной оси и снабIжена коническим разрезным заборньм наконечником 3, выполненным из упругой гибкой пластины, свернутой в виде усеченного конуса. Поворотная часть 2 имеет съемную крышку 4. На поворотной части 2 на крон-штейнах 3 установлен датчик 6 направления ветра в виде флюгарки и датчик 7 скорости ветра- (крыльчатка) . В корпусе 1 расположен вентилятор 8 с электроприводом 9. В подводящей трубе 10 установлен автоматический регулятор расхода в виде шайбы 11, в отверстии которой расположен подпружиненный конус 12, направленный верпшной по потоку (к вентилятору 8). В нижней части корпуса выполнены отверстия 13 для .выпуска просасываемого воздуха.Корпус 1 укреплен на телескопической мачте 14.. Поворотная часть 2 несет внешнюю коническую направляющую 15, которая охватывает заборный наконечник 3, а коаксиально к ним внутри наконечмика 3 находится кольцевая на.правлякицая б в виде трубки. К основанию наконечника 3 прикреплены тяги 17, которые с помощью передачи винт-гайка 18 и червячной передачи 19 соединены с реверсивн сервомотором 20, служащим для воз вратно-поступательного перемещени наконечника 3 в направляющих 15 и 16. Сервомотор 20 подключен к вых следящей системы 21, к входу кото рой подключен электрический выход датчика 7 скорости ветра - крьшьчатки. На оси крыльчатки 7 может быть укреплен кулачок, за в 1кающий контакт при каждом обороте, или электрогенератор, настолько малой мощности, чтобы крыльчатка 7 могла его вращать при скорости ве ра 0,5 м/с. Для усиления сигнала датчика в следящей системе 21 пре дусмотрен усилитель. Следящая сис тема 21 выполнена в виде мостовой схемы, а цепь которой включен сервомотор 20. На выходе наконечника 3 установлен сепаратор взвешенных частиц в виде кольцевого фильтра 22, который укреплен на сетке 23, а эта сетка охватывает ролякя 24 и 25. Ведущий ролик 25 установлен в центре вращения поворотной части 2 и связан червячной 26 и зубчатой 2 передачами с валом сервомотора 28 который установлен на неподвижном корпусе 1. Концентрично с роликом 25 установлена зубчатка 29, входящая в за цепление с червяксм 30, соединенна с валом реверсивного сервомото ра 28. Зубчатка 29 скреплена с поворотной частью 2 и может поворачивать последнюю. Передачи 26 и 27 рассчитаны так что при одном полнсм повороте части 2 кольцевой фильтр 22 протягивается перед выходом наконечника 3 полностью, на всю свою длину. К сетке 23 прилегает вход поворотного патрубка 30, выход которог соединен с подводящей трубой 10. Патрубок 30 скреплен с поворотной частью 2 и всегда следует за наконечником 3. К вертикальному валу флюгарки 6 прикреплен рычаг 31, расположенный мезвду контактами 32 и 33, разнесенными в горизонтальной плоскости на заданное угловое расстоямне, иапрш4ер на 1/8 часть окружности. Контакты 32 и 33, а также рычаг 31 подключены к входу следя24щей системы 34, соединенной с реверсивным сервомотором 28, который эта следящая система с помощью системы реле может запускать в ту или кчую .сторону в зависимости от того, какой из контактов (33 или 34) замыкает рычаг 31, вращающийся вместе в флюгаркой 6. В подводящей трубе 10 установлен измеритель 35 объема просасываемого воздуха, который представляет собой протарированную крыльчатку.со счетчиком ее оборотов, по числу которых судят об объеме протянутого вентилятором 8 воздуха. Для питания описанных агрегатов прибор снабжен источником 36 постоянного тока в виде аккумулятора или выпрямителя, подключенного к сети переменного тока. Источник тока расположен в контейнере у основания телескопической мачты 14, для его подключения к прибору в корпусе 1 предусмотрен ввод 37. Устройство работает следующим образом.. Телескопическую мачту с прибором устанавливают в месте, где необхо- димо отбирать пробы воздуха, содержащего взвешенные частицы. Чтобы установить на сетке 23 кольцевой фильтр 22, открывают крьшку 4, Кольцевой фильтр 22 имеет метки, соотг BeTCTBjnoupie направлениям на север, юг, восток и запад и на промежу точные направления. Этот фильтр закрепляют на сетке 23 так, чтобы напротив наконечника 3 находился участок фильтра, соответствующий имеющемуся в данный момент направлению наконечника 3 (например, северо-западному) . После этого крышку закрьюают, поднимают прибор на телескопической штанге до заданной высоты и включают электропитание прибора.. . Вентилятор 8 начинает засасывать воздух через наконечник 3 с заданной постоянной величиной расхода, которая поддерживается автоматически как за счет постоянства оборотов вентилятора, приводимого а действие электромотором, так и за счет регулятора расхода воздуха. При увеличении расхода воздуха выше заданной величины подпружиненный конус 12 спытьшает увеличенное давление потока и вдавливается в шайбу 11,

S115

уменьшая зазор, а с ним и расход. Если же расход воздуха уменьшается, то конус 12 испытьшает меньшее давление потока и пружина приподнимает его, тем самым увеличивая зазор между шайбой и конусом, что приводит к увеличению расхода. Регулировочным винтом задают исходное положение конуса по отношению к шайбе 11 и задают величину расхода воздуха, про сасываемого через прибор вентилятором. И этот, расход зат.ем поддерживается автоматически,

Если ветра нет, то вкхвоченный прибор протягивает воздух через фильтр 22, а входное отверстие наконечника 3 будет находиться у кольцевого среза направляюцр1х 15 и 16 и будет иметь наибольшзто площадь поперечного сечения, например 20 см. Если постоанный расход всасьгоаемого воздуха принят равкьм 1 л/с, то скорость воздуха на входе накьнечника составит 0,5 м/с. При такой скорости несоблюдение изокинетичности (штиля) обусловит небольшую вполне дояустимую погрешность в определении содержания взвешенных частиц, поскольку при штиле в воздухе содержатся мелкие частицы, а крупные выпадают.

При отсутствии вет;ра флюгарка 6 неподвижна и рычаг 31 не касается ПК одного из контактов 32 и 33.

Когда поднимается ветер, направление которого не совпадает с направлением флюгарки, то последняя под влиянием ветра поворачивается и рычаг 3t заьажает одни из контактов 32 или 33 в зависимости от направления ветра.

Замыкание одного из упомянутых контактов приводит к появлению сигнала, по которому следящая система 34 запускает сервомотор 28 в таком направлении, при котором вращение поворотной части 2 приводит к отходу замкнутого контакта (32 или 33) от рычага 3t, тогда сервомотор 28 обесточивается и вращение поворотной частя 2 прекращается. При этом наконечник 3 оказывается повернутьм против ветра..

При описанном вращении поворотной части 2 сервомотор 28 с помощью передачи 27 вращает также и ролик 25, что приводит к протягиванию фильтра 22 перед выходом наконечник

3 на величину, соответствующую величине поворота наконечника 3. Таким образом, взвешенные частицы выделяются на частях фильтоа 22,соответствующих определенньп направлениям ветра.

Возникновение ветра приводит не только к повороту флюгарки и поворотной части 2, но также приводит во вращение крыльчатку 7, являющуюся датчиком скорости ветра с электрическим выходным сигналом. Этот сигнал попадает в следящую систему 21, которая запускает сервомотор 20, последний с помощью передач 19 и 18 и тяг 17 вьвдвигает наконечник 3 вдоль его продольной оси Из направляющих 15 и 16. При этом вьщвижение входного сечения наконечника 3 : меньшается. А поскольку расход всасываемого воздуха при этом остается неизменным, то уменьшение площади входного сечения наконечника сопровождается соответствующим увеличением скорости воздуха в этом сечении. Следует отметить, что на это увеличение скорости воздуха на входе наконечника не требуется затрачивать Дополнительной энергии вентилятора ввиду тоге, что засасываемый воздух уже имеет необходимую повьппенную скорость, которая является возросшей скоростью ветра. В то же время, ввиду неизменности расход просасываемого воздуха сопротивление тракта от наконечника до вентилятора тоже остается прежним, поскольку скорость движения воздуха в этом тракте остается неизменной.

Для соблюдения изокинетичности на входе наконечника требуется,чтобы при изменении скорости ветра на какую-то величину, на такую же величину изменялась (и с тем же знаком) и скорость воздуха на входе наконечника. Чтобы этого добиться, следует тарировкой найти зависимость между величиной сигнала датчика скорости ветра 7 и скоростью ветра в заданном диапазоне его скоростейi После этого в соответствии с указанной зависимостью надо подобрать передачи 19 и 18 от сервомотора 20 к наконечнику 3. Если упомянутая зависимость меаоду сигнапом датчика скорости ветра и скоростью ветра выражается прямой линей, то можно воспользоваться червячной передачей,а в случае более сложной зависимости но использовать кулачковую передачу Если площадь входного сечения (меньшего основания конического наконечника 3) при отсутствии ветра составляет 20 см, то в случае силь ного ветра гибкую упругую пластину, образующую конический наконечник 3, сервомотор вьщвииёт из направляющих 4 и 16 и его входное отверстие может уменьшиться до 0,1 см Такое сечение будет получено, если пластина будет вьтолнена из достато но тонкого упругого материала, например из тефлона или бериллиеврй бронзы, толщиной 0,1-0,2 мм, При уменьшении входного сечения наконечника до 0,1 см и принятом расходе всасываемого воздуха, равном 1 л/с, скорость воздуха в таком входном сечении составит 100 м/с. Tie. достигнет такой скоро ти, которая чрезвычайно редко встре чается даже в сильнейших тропически ураганах, При увеличении скорости ветра сервомотор 20 будет по сигналам дат чика скорости ветра 7 вьщвигать наконечник 3 из направляющих и этим будет уменьшать входное сечение наконечника именно настолько, что скорость засасываемого воздуха на входе наконечника будет все время соответствовать скорости ветра, т.е будет соблюдаться изокинетичность. При уменьшении скорости ветра сервомотор 20 будет втягивать наконечник в направляющие, увеличивая 11 мо 8 входное отверстие наконечника в соответствии с требованием изокинетичности воздухозабора. При этом устройство будет обеспечивать упомя-.нутую изокинетичность во всем диапазоне скоростей ветра, встречаюпщхся в природе. Предложенное устройство может буть использовано не только в виде предлагаемой стационарной установки, но также и на летательных аппаратах (на вертолетах, например). При этом датчик скорости можно вьшолнить не в виде крыльчатки, а использовать применяемьй в авиации датчик скорости, устроенный на принципе трубки Пито. Датчик направления ветра не понадобится. А протяжка фильтра будет осуществляться не по команде датчика направления ветра, а по команде часового механизма. Таким образом, предложенное устройство позволяет отбирать пробы газа содержащего взвешенные частицы, автоматически обеспечивая нзокинетичность на входе наконечника в большем диапазоне скоростей, когда приходится отбирать пробы в условиях частых и значительных колебаний скорости газа. Это позволяет повысить эффективность контроля за содержанием взвешенных частиц в,газе, что имеет важное значение при контроле за загрязнением воздуха,в геологоразведке, а также пря контроле за различными технологическими процессами.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ АЭРОЗОЛЕЙ, содержащее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля, исполнительный механизм для изменения Ш101цади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля и следящую систему, связывающую датчик с исполнительньм механизм ж, отли ч ающ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля, заборный наконечник выполнен из упругой пластины, а исполнительный механизм снабжен приспособлением для возвратно-поступательного перемещения заборного наконечника. 2.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что исполнительный механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника выполнен в виде коаксиальных направляю1фгх, тяг, прикрепленных одними KOHuaNei к заборному наконечнику, а другими г- к 1фиспособ дению для возвратно-поступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивным сервомотором, связанньм с датчиком скорости потока через следящую.систему, а приспособление для возвратно-поступательного перемещения наконечника вьшолнено в виде кулачковой передачи или передачи винт-гайка и соединено с сервомотором. 3.Устройство по n.f, от л ичающееся тем, что приспособление для всасывания аэрозоля выполнено в виде вентилятора с регулятором расхода воздуха. 4.Устройство по пп. 1 и 3, о тличающееся тем, что регуСП 4 СП 00 Ь9 лятор расхода воздуха вьшолнен в виде установленной в входном канале вентилятора шайбы, в отверстии которой расположен подпр :хиненный конус, установленный вершиной к вентилятору.