Пробоотборное устройство Советский патент 1989 года по МПК G01N1/22 G01N1/10 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовауо для плавного регулирова ия малых расходов рабочер среды в приборах и cиcтe ax отбора пробы г:рл аналит- ксгнтроле микроконцентрагцш состава веществ в различных отраслях промьшшенности.

Целью изобретения является повышение достоверности пробы за счет устранения влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе.

На фиг.1 изображено пробоотборное устройство, осевое сечение, }ia фиг. 2 часть устройства, выполненная по известной схеме, сечение, на фиг.З - то же, выполненная по предлагаемой схеме; на фиг.4 - график распределения концентраций примеси для различных конструктивных исполнений с частью устройства от источника примесей до выходного.отверстия, соответствующего графику.

Пробоотборное устройство включает подводящую линию, байпасную линию с установленным в ней пневмосопротив- лением, отводя1цую линию анализируемой среды и вентиль регулировки расхода рабочей среды, в корпусе 1 которого выполнены входной канал 2,

рабочая полость 3, цилиндрическая расточка 4 и байпасный канал 5.

В осевой расточке корпуса установлены сальник 6, игла 7, седло 8 уплотняемое втулкой 9 с выходным каналом 10. В байпасном канапе 5 установлено местное сопротивление 11. Управление вентилем Ьсуществляется с помощью ручки 12,

Устройство работает следующим образом.

При вращении ручки 12 игла 7 совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль оси вентиля, при это изменяется сечение щелевого зазора между коническими поверхностями рабочей части регулирующей пары седло 8 игла 7.

Поток рабочей среды через входной канал 2 поступает в рабочую полость 3, где распределяется на два потока: основной и дополнительный. Основной поток рабочей среды через регулируемый щелевой зазор между иглой 7 и седлом В поступает в выходной канал 10 и далее на анализатор микроконцентраций. Дополнительный поток через щелевой зазор между

o

5

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет исключить влияние посторонних приимесей на состав основного потока анализируемого газа, повысив тем самым точность результатов ана- лиза при сокращении времени переходного процесса.

Расчет соотношения размеров рабочей полости и цилиндрической расточки вентиля проводят исходя из задачи уменьшения (в данном случае, на порядок) влияния посторонних примесей на поток рабочей среды.

Известно, что концентрация растворенного вещества в растворе выражается отношением

Р m t- - V

(1)

где m - масса растворенного вещества, V - объем раствора.

I

Считая, что масса диффузионного вещества примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения за единицу времени, величина постоянная дпя вентилей фиг.2 и 3, что обеспе

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для плавного регулирования малых расходов рабочих сред при отборе пробы в приборах и системах аналитического контроля микроконцентраций состава газов в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - устранение влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе. Пробоотборное устройство выполнено в виде вентиля тонкой регулировки расхода, состоящего из корпуса, в котором размещена подвижная игла и съемное неподвижное седло. Корпус содержит входной, выходной и байпасный каналы. Новым является выполнение в рабочей полости со стороны сальника соосно с корпусом цилиндрической расточки, соединенной с байпасным каналом, образующей диффузионный барьер, площадь поперечного сечения которой F₂ с площадью сечения рабочей полости F₁ и площадью сечения иглы F₀ связаны соотношением F₂-F₀/F₁-F₀≥10. 4 ил.

иглой 7 и корпусом 1 поступает в рас- зо чИвается идентичностью конструктивточку 4, омывая иглу 7, и через байпасный канал и местное сопротивление 11 поступает в дренажную линию. До- полнительньй поток газа, проходя щелевой зазор между иглой 7 и корпусом 1 на границе перехода площади сечения рабочей полости в площадь сечения цилиндрической расточки, создает диффузионный барьер примесям, поступающим со стороны сальникового уплотнения.

Расточка 4 имеет площадь поперечного сечения более, чем в 1,5 раза превьшающую площадь сечения рабочей полости, что способствует снижению концентрации поступающих примесей (за счет увеличения объема пространства в зоне расточки), а также приводит к равномерному распределению давления и скорости дополнительного потока рабочей среды во всем объеме расточки.

Таким образом, переход из рабочей полости в полость, образованную расточкой, является границей диффузионного барьера, препятствующей проникновению примесей в.основной поток газяных элементов, ций имеет вид

вьфажение концентрадпя фиг.2 С, -

та

m

дпя фИГ.З С TJ-

i

Исходя из условия .е.

задачи С С,

(2),

объемы раствора рабочей

45

среды между двумя слоями на расстоянии 1 соответственно

0

2 где F.

F,.l - F,.l; - F, -1,

5

т.е.

и F - площадь сечения рабочей полости на участке расстоянием 1 соответственно для фиг. 2 и 3; Ffl - сечение иглы на участке расстоянием 1, (2) можно записать

вьфажение Ft-F

F -F г I g

10

(3).

Учитывая, что для анализаторов сред требуются малые расходы (до 250 л/ч), и исходя из условий миниатюризации конструкций вентиля, простоты изготовления (средний класс точности изготовления - зазор между корпусом и иглой 0,15 мм) и обеспечения требуемой надежности его работы, определяют для фиг.2 и 3 соответственно мм; dj,3,85 мм.

В этом случае F 12,6

ММ J

12 мм,подставив полученные значения в вьфажение (3), получают искомую площадь сечения цилиндрической расточки F. 18 мм.

Таким образом, соотношение площадей рабочей полости и цилиндрической расточки, обеспечивающее снижение концентрации примеси в 10 раз.

составляет

-15 F,

Физику диффузионного процесса, происходящего в осевом сечении рабочей полости, можно рассмотреть на следующем примере.

Распределение концентраций частиц примеси от их источника до выходного отверстия (фиг.4) показано для трех видов конструкций при условиях отсутствия паразитных объемов.

Из вьфажения распределения концентрации растворенного вещества в единице объема растворителя

та

F-1

где С - концентрация частиц примеси;

m - масса растворенного вещества

F - поперечное сечение канала;

1 - длина Kariana,

следует, что при равном сечении канала распределение конструкции по длине канала графически имеет вид наклонной прямой. Угол наклона зависит от соотношения конструктивных размеров проточной части канала и количества вымываемых частиц примеси, в том числе из паразитных объемов.

Прямая л- для случая, когда имеется цилиндрический канал без дополнительных конструктивных элементов. Ломанная линия с/ - для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка. Прямая - для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка, увязанная расчетными конструк5029766

тивными зависимостями, определенными по указанной методике.

Анализ графика (фиг.4) показывает, , что введение расточки (линия (f) обеспечивает снижение концентрации по длине канала и при оптимальном выборе конструктивных параметров канала (линия 6) полностью исключает попадание 10 частиц примеси в канал далее расточки.

Для известньк устройств наличие паразитных объемов и застойных зон значительно исказит картину распределения концентраций не в пользу последних .

Кроме этого, введение проточки обеспечивает снижение концентрации примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения.

По известному закону

dC

15

20

/и

T-D-F

dX

d t

(4)

где dj - масса вещества примеси, диффундирующая за время через площадку F (диаметром d, фиг.2), перпендикулярно -направлению диффузии X;

D - коэффициент диффузии, численно измеряемый массой диффундируемого вещества примеси через единичную площадку за время t 1 при градиенте концентраций dC

dX

1, .

В физическом смысле коэффициент 40 диффузии определяет скорость процесса диффузии.

Таким образом, из закона Фика (выражение (4)) , вытекает, что с уменьшением концентрации С умень- д5 шается масса.диффундирующего вещества примеси, а следовательно,уменьшается также скорость процесса диффузии, что способствует быстрейшему вымьшанию частиц диффундируемого вещества примеси дополнительным потоко

50

через дренажную линию на сброс.

Введение в рабочую полость вентиля расточки обеспечивает образование диффузионного барьера, который при оптимальном выборе конструктивных параметров вентиля исключает влияние посторонних примесей на состав основного потока.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит существенно (не менее, чем в три раза) сократить время переходного процесса при анализе и повысить достоверность пробы, т.е. повысить качество анализа состава рабочих сред.

Формула изобретения

Пробоотборное устройство, содержащее подводящую линию, байпасную линию с установленным в ней местным сопротивлением, отводящую линию ана- лиэируемой среды и вентиль плавной регулировки расхода, в корпусе которого установлено седло с иглой, закрепленной в штоке уплотнительным сальником, отличающееся

Вход

тем, что, с целью повышения достоверности пробы за счет устранения влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращения времени переходного процесса при анализе, рабочая полость вентиля со стороны сальника снабжена диффузионным барьером, выполненным в виде цилиндрической расточки соосно корпусу вентиля, площадь поперечного сечения которой F с площадью сечения рабочей полости F и площадью сечения иглы F связаны соотношением

10, причем вход

цилиндрической расточки через рабочую полость соединен с подводящей линией, а выход - с байпасной.линией.

StJXofMff дренаж

Фиг. 2

/////

VTTTT:

I

Выход

- Выход

CSpoc