Устройство для отбора проб воздуха Советский патент 1987 года по МПК G01N1/24 

Изобретение относится к устройствам для отбора проб, в частности для отбора проб пыли и газа из воздуха, и может Найти применение в стационарных и передвижных контрольно-измерительных комплексах по контролю за загрязнением атмосферы.

Целью изобретения является повышение точности химического анализа пробы за счет .улучшения регулирования системы термостатирования.

На фиг. 1 .представлено предлагаемое-устройство, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - элемент теплопровода, продольный разрез.

Устройство для отбора проб воздуха состоит из каркаса 1 с теплоизоляционным кожухом 2, в котором установлена термостатируемая камера 3. Тер- мостатируемая камера 3 содержит входной патрубок 4 с форсажным нагревателем 5, поглотительный прибор 6, рас10

15

20

статируемой камере 3. После определенной выдержки времени, необходимой для выравнивания температуры внутри термостатируемой камеры 3, включается электроаспиратор 8, и исследуемый воздух засасывается через входной патрубок 4 в поглотительный прибор 6 Далее воздух проходит чере расходо- ,мерное устройство 7 и выбрасывается через выходной патрубок 9 из термо- статируемой камеры 3. При больших объемах исрледуемого воздуха и при его низких температурах, когда нагре вательные печи 17 не обеспечивают Необходимого подогрева исследуемого воздуха, включается форсажный нагреватель 5, расположенный на входном патрубке 4. Регулирование форсажного нагревателя 5 осуществляется при помощи термочувствительного злемен- та 11, установленного на термостатируемой камере 3 через теплоизоляцион ную прокладку 10. Термочувствительходомерное устройство 7, электроаспи- 25 Ь1й элемент 11 при помощи теплопровода 12 связан с окружающей средой и проходит через теплоизоляционный кожух 2.

.ратор 8 и выходной патрубок 9. На термостатируемой камере 3 через тепло- изоляционную прокладку 10 установлен термочувствительный элемент 11, кото- рьм через теплопровод 12, выполненный в виде в.тулки, связан с окружающей средой. Теплопровод 12 проходит через теплоизоляционный кожух 2. Внутри теплопровода 12 в пазах 13 расположены ребра 14, выполненные из теплоизоляционного материала и с одной стороны имеющие форму двутавра. На ребрах 14 консольно закреплены П-образные биметаллические пластины 15, касаю- щиеся термочувствительного элемента 11 стороной, выполненной из материала с высокой теплопроводностью. Термочувствительный элемент 11 через терморегулятор 16 связан с форсажным нагревателем 5. Автоматическое поддержание температуры в термостатируемой камере 3 осуществляется при помощи нагревательных печей 17 и датчика 18 температуры, а также вентилятора 19 с датчиком 18, связанными с регулятором 20. Вентилятор 19 установлен в люке 21 на каркасе 1.

Устройство работает следующим образом.

При температурах наружного воздуха ниже температуры статированиЯ включаются нагревательные печи 17. При помощи датчика 18 температуры устанавливают заданную температуру в термо

5

0

статируемой камере 3. После определенной выдержки времени, необходимой для выравнивания температуры внутри термостатируемой камеры 3, включается электроаспиратор 8, и исследуемый воздух засасывается через входной патрубок 4 в поглотительный прибор 6. Далее воздух проходит чере расходо- ,мерное устройство 7 и выбрасывается через выходной патрубок 9 из термо- статируемой камеры 3. При больших объемах исрледуемого воздуха и при его низких температурах, когда нагревательные печи 17 не обеспечивают Необходимого подогрева исследуемого воздуха, включается форсажный нагреватель 5, расположенный на входном патрубке 4. Регулирование форсажного нагревателя 5 осуществляется при помощи термочувствительного злемен- та 11, установленного на термостатируемой камере 3 через теплоизоляционную прокладку 10. Термочувствитель0

5

вода 12 связан с окружающей средой и проходит через теплоизоляционный кожух 2.

При температурах наружного воздуха выше температуры статирования отключаются нагревательные печи 17, открывается люк 21 и включается вентилятор 19. Для избежания градиентов температуры внутри термостатируемой камеры 3 точная доводка до температуры статирования исследуемого воздуха также производится при помощи форсажного нагревателя 5, при этом датчик 18 должен быть заведомо настроен на 0 температуру несколько, ниже температуры статирования, t(2-3) С.

Предлагаемая конструкция теплопровода 12 позволяет изменять быстро и автоматически скорость нагрева-охлаждения термочувствительного элемента 11, а следовательно, режим работы системы форсажа в зависимости от температуры окружающей среды. Изменение теплового сопротивления между термочувствительным элементом 11 и окружающей средой осуществляется при помощи изменения способа теплопередачи через теплопровод 12.

Когда зазор S между ребрами 14 с закрепленными на них биметаллическими пластинами 15 заполнен воздухом, теплопроводность которогоTk 0,0255 Вт/ /(м К) одного порядка с теплопроводностью теплоизоляционного кожуха 2,

5

0

5

31

то тепловая связь между термочувствительным элементом 11 и окружающей средой происходит посредством конвекции в щелевом зазоре, при этом коэф- фициент теплоотдачи низкий, л ; 5 Вт/ /(), Такая картина теплообмена происходит при незначительных отклонениях температуры окружающей среды от -температуры термостатирования ка- меры 3. При скачкообразном изменении температуры окружающей среды биметаллические пластины 15 имеют возможность выгибаться с изменением до максимального прогиба h в зависимости от изменения температуры в отрицательную- или положительную сторону. При этом теплопередача через теплопровод 12 к термочувствительному элементу 11 происходит путем теплопрО7 водности, что позволяет изменять скорость нагрева-охлаждения самого термочувствительного элемента 11, который через терморегулятор 16 регулирует работу форсажного нагревателя 5 при этом одна из половин биметаллической пластины, прилегающая к термочувствительному элементу 11, выполнена из материала с высокой теплопроводностью (медь или медные сплавы). При конвективном теплообмене .в щели (S и 3 мм) количество тепла, переда- Баемое от окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается по формуле

.Fut,(1)

где с6 - коэффициент теплопередачи,

Вт/(м2.К)

F - площадь поперечного сечения, м ; U t - температурный перепад между

окружающей средой и термостатируемой камерой, С. Количеством тепла, передаваемым через теплоизоляционную втулку 12 и ребра 14, выполненные из материала с низкой теплопроводностью, можно: пренебречь,-ТУ 0,01 - 0,02 Вт/(м-К). Выполнение ребер с одной стороны в виде двутавра предотвращает тепловые натечки по пластинам 15, когда прогиб .

Во втором случае, когда теплопередача происходит путем теплопроводносребрами при температурном перепаде 100°С, При этом между пластинами должен быть хороший механический контакт 40 (поэтому прогиб биметаллической плас- .тины выбирается равным зазору между ребрами, чтобы осуществлялось механическое прижатие между пластинами).

Из (4) вычисляют Ьд,„н 45 0,051 м; Ь,,„,, 0,059 м.

Высота теплопровода H-L+b; конструктивно Ь(2-3) мм, тогда

50

53 мм, Нмакс 62 мм. Исходя из формулы (3)

Н-Зависимость прогиба h от температуры можно считать в диапазоне 100 С линейной, что является важным для ти при прогибе биметаллических плас- gg процесса регулирования форсажных на- тин 15, тепловой поток, передаваемый - гревателей. Автоматическое изменение

зазора S от максимального до О по практически линейной зависимости от скачкообразного изменения температуот окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается по формуле . .

Q jFit,

(2)

коэффициент теплопроводности, Вт/(м К);

высота теплоотвода, MJ площадь поперечного геч.ения, м ;

температурныГг перепад между окружающей средой и термо- статируемой камерой. С, изменять скорость нагрева . твительного элемента 11 7

Н

(3)

-;ледует найти условие, когда отноше-А

ние г. будет максимальным, ь

Отклонение биметаллической пластины

- 12 --At,

(4)

oi - коэффициент линейного расширения, M/M Kj

L - длина пластины вдоль образующей теплоотвода, м;

5 - толщина биметаллической плас

Биметаллическая пластина может быть выполнена из красной меди с инваром, тогда Л 395 Вт/(м-К) ot l7,2i 10 М/(м К) , толщину пластины принимают исходя из конструктивных соображений.

Биметаллические пластины должны

„ о о перекрыть щелевой зазсгр Ь 3 мм между

ребрами при температурном перепаде 100°С, При этом между пластинами должен быть хороший механический контакт (поэтому прогиб биметаллической плас- тины выбирается равным зазору между ребрами, чтобы осуществлялось механическое прижатие между пластинами).

Из (4) вычисляют Ьд,„н 0,051 м; Ь,,„,, 0,059 м.

Высота теплопровода H-L+b; конструктивно Ь(2-3) мм, тогда

50

53 мм, Нмакс 62 мм. Исходя из формулы (3)

Н-ры окружающей среды упрощает настрой ку и регулирование системы термоста- тирования.

Формулу (4) можно записать в виде

П-( ,

(5)

Зная соотношение как постоянГ1

ную величину

Фмии-0. 0284; (|),,,,0322.

получают в диапазоне (0,0284+0,0322) Можно записать в формулу (5) в виде

, -(Н-Ь)2

h,.----i-.,t,

(6)

где ,0284-0,0322.

Соотйошение позволяет легко конструировать теплопровод для заданного температурного диапазона статиро- вания.

Высокая точность поддержания температуры статирования внутри камеры, а также точность поддержания температуры воздуха независимо от температуры окружающей среды обеспечивает высокую точность химанализа и достоверность проб при автоматическом контроле. Это позволяет улучшить методологию наблюдения, повысить качество и достоверность результатов контроля за загрязнением атмосферы.

Формула изобретения

Устройство для отбора проб воздуха , содержащее каркас с теплоизоля614726

циониым кожухом, размещенную внутри него термостатируемую камеру с входным и выходным патрубками, в которой J- размеп1ен поглотительный , измеритель расхода воздуха, нагревательное устройство, электроаспиратор, форсажный нагреватель, установленный на входном патрубке, термочувствительны элемент и терморегулятор.

10

отличающееся тем, что,

с целью повышения точности химического анализа пробы за счет улучшения регулирования системы термостатирования, термочувствительный элемент установлен с наружной стороны термоста- тируемой камеры на теплоизоляционной прокладке и сообщается с окружающей средой при помощи теплопровода, размещенного в теплоизоляционном кожухе и выполненного в виде теплоизоляционной втулки с внутренними пазами вдоль ее образующей, при этом теплопровод снабжен продольными ребрами, установленными в его пазах, и ребра выполнены из материала с низкой теплопроводностью и снабжены биметаллическими пластинами П-образной формы, консоль- но закрепленными на краях ребер со

стороны термочувствительного элемента, а отношение толш,ины биметаллической пластины к длине теплопровода находится в пределах 0,028-0,032, причем одна из половин биметаллической пластины, прилегающая к термочувствительному элементу, выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например меди или ее сплавов,.

Изобретение относится к устройствам для отбора проб пыли и газа из воздуха, может быть применено в стационарных и передвижных контрольно- измерительных комплексах по контролю загрязнения атмосферы и позволяет повысить точность химического анализа пробы за счет улучшения регулирования системы термостатирования. Устройство содержит термостатируемую камеру 3 с входным 4 и выходным 9 патрубками. Термочувствительный элемент установлен на камере 3 и сообщается с окружающей средой при помощи теплопровода, выполненного в виде втулки, снабженной ребрами, на которых закреплены биметаллические пластины П-образ- ной формы, расположенные консольно на краях ребер со стороны термочувствительного злемента. Отношение толщины биметаллической пластины к длине теплопровода находится в соотношении 0,028-0,032. 4 ил. i (Л

fpuz.Z

А

Фиг.

Составитель Л. Нечипоренко Редактор О.Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор И.Эрдейи

Заказ 6219/44 . Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

ФигМ