Установка для автоматического отбора проб воды из водотоков Советский патент 1992 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к гидрометрическим приборам и предназначено для отбора проб воды на мутность и химический анализ в малых водотоках (ручьях, реках, каналах, открытых коллекторах) на сети режимных гидрологических станций и постов, а также в гидроэкологических исследованиях экспедиционного характера, проводимых по программе изучения экологического состояния малых рек и других водных объектов с целью их сохранения от дальнейшей деградации.

Известно устройство для отбора проб воды (авт. св. СССР № 583384, кл. G 01 N 1/10, 1977), содержащее программный блок, водоприемные емкости, заборную трубу с запирающим элементом, снабженным пусковым приспособлением, мерный

стакан с поплавком и сливной трубкой, распределительную воронку и трубку для отвода воздуха.

В известном устройстве скорость втекания воды в водоприемные емкости отличается отскорости течения окружающей воды, что приводит к несоответствию мутности в пробе действительной мутности окружающей среды.Кроме того,известное устройство отличается сложностью конструкции, значительным количеством подвижных и вращающихся деталей. Данное устройство устанавливается в постоянной точке измерения, например, при помощи поплавка на якоре, что не всегда пригодно для малых водотоков.

Наиболее близким к изобретению является пробоотборник воды со взвешенными

XI

ы

наносами (авт. св. СССР № 1432773, кл. G 01 N 1/10,1987), содержащий сосуд для отбора пробы, водозаборную трубку и воздухоотво- дящую трубку, снабженную наконечником с размещенным в нем обратным поплавковым клапаном, запорное устройство в виде плоского эластичного элемента, перекрывающее внешние отверстия водозаборной и воздухоотводящей трубок, и управляемый спусковой механизм.

Недостатком известного устройства является единичность отбираемых проб в постоянной точке.

Цегь изобретения - обеспечение автоматического отбора проб воды определенного объема по заданной программе.

Поставленная цель достигается тем, что установка для автоматического отбора проб воды из водотоков, содержащая сборник проб, водозаборную трубку с запорным устройством и управляемым спусковым механизмом и воздухоотводную трубку, снабженную поплавковым обратным клапаном, снабжена программным коммутатором, сборник проб выполнен в виде кассеты с размещенными в ней пробоприемными сосудами, а водозаборная и воздухоотвод- ная трубки герметично введены внутрь каждого пробоприемного сосуда, запорное устройство водозаборной трубки выполнено в виде пробки положительной плавучести, а спусковой механизм выполнен в виде двуплечего рычага, шарнирнозакреппенно- го на кронштейне, герметичной капсулы м размещенной в ней электромагнитной катушки с сердечником с жесткой, подпружиненной относительно корпуса капсулы тягой, при этом длинное плечо рычага при помощи гибкой тяги соединено с пробкой, короткое шарнирно соединено с верхним концом жесткой, тяги, а электромагнитные катушки каждого спускового механизма подсоединены к соответствующим клеммам программного коммутатора.

Таким образом, обеспечивается автоматическое открытие запирающих элементов в заданное программой наблюдений время по команде коммутатора, обеспечивающего поочередную подачу импульса электроэнергии от автономного источника на обмотки электромагнитных катушек.

Воздуховодящая трубка снабжена подвижной плавающей пробкой для исключения водообмена заполненного пробой сосуда с окружающим пространством в течение длительного периода ее нахождения в потоке (до 7 дней) до ее извлечения оттуда. Для обеспечения нормальной однообразной работы установки кассета с-сосу- дами устанавливается в специальном

гнезде, которое в зависимости от глубины потока размещается на дне русла или непосредственно в водном потоке, причем кассета ориентируется таким образом, чтобы повергнутые против течения сопла водозаборных трубок не закрывали друг друга. Для предохранения трубок от повреждения и блокирования плывучим мусором и предметами выше их по потоку, на некотором

0 удалении устанавливается предохранительный экран в виде остроугольного рассекателя потока, перекрывающего часть потока по высоте, величина которой зависит от высоты выступающих из кассеты частей батомет5 ров-бутылок. При необходимости дополнительной маскировки сверху над кассетой на некотором возвышении над ней на тонких стенках устанавливается горизонтальный экран.

0 На фиг. 1 показана предлагаемая установка; на фиг, 2 - сосуд для сбора пробы; на фиг. 3 - программный коммутатор; на фиг. 4 - структурная схема электрического оборудования установки.

5 Установка содержит кассету 1 с пробоприемными сосудами 2, помещенную в гнездо 3, которое устанавливается в зависимости от глубины потока на дне (при глубине до 1 м) или на дополнительной под0 ставке непосредственно в водном потоке (при глубине более 1 м). На некотором расстоянии от водозаборных трубок 4 сосудов 2 устанавливается рассекатель потока 5, предназначенный для их предохранения от

5 повреждения и засорения плавающими предметами. От кассеты 1 по дну водотока проложен утяжеленный грузами кабель 6, другой конец которого под землей введен в герметичный контейнер 7. Внутри контей0 нора 7 на нижнем ярусе установлен блок питания 8 (сухие батареи или аккумуляторы с конденсатором), а в верхнем отсеке-авто- матический программный коммутатор 9 механического типа. Каждый из жестко

5 установленных в ячейках кассеты 1 сосудов 2 (стандартные однолитровые молочные бутылки) снабжен герметичной резиновой пробкой 10 с двумя трубками, одна из которых 4 - водозаборная служит для наполне0 ния бутылки водой, а другая 11 - воэдухоотводная, снабженная поплавковым обратным клапаном 12, служит для выхода вытесняемого водой воздуха. Водозаборные трубки 4 снабжены полиэти5 леновыми надвигающимися пробками 13 положительной плавучести, которые гибкими тягами 14 связаны с длинными плечами рычагов 15, имеющих точку опоры (ось вращения) на кронштейнах 16. Концы коротких плеч рычагов 15 связаны жесткими тягами

17 через герметичную подвижную диафрагму 18 с сердечниками 19 электромагнитных катушек 20. К основаниям катушек 20 прикреплены постоянные магниты 21, снабженные резиновыми аммортизаторами 22, Катушки жестко закреплены в герметичных пластиковых камерах 23, которые крепятся съемными хомутами 24 на корпусах сосудов 2. Обмотки каждой электромагнитной катушки 20 подключены парой проводов многожильного кабеля к своей паре клемм 25. 26 внешнего кольца 27 коммутатора 9. Коммутатор содержит часовой барабан 28 с недельным заводом (стандартные часовые барабаны недельных термографов и барографов), на внешней поверхности цилиндра которого установлены пара подпружиненных скользящих разнополюсных контактов 29, 30, подключенных через разъем 31 к конденсатору 38 (фиг. 4), запитанному от источника постоянного тока 8. Ось вращения 32 часового барабана 28 закреплена на пластиковой плате 33, которая перекрывается сверху герметичным колпаком 34 из прозрачного пластика. В теле этой же платы 33 жестко закреплено внешнее кольцо 27. В полости коммутатора установлена перфорированная коробочка (не показана) со сменным влагопоглотителем (типа силикагеля), Каждая из пары клемм 25, 26, располагающихся в направляющих канавках 35, 36 кольца 27, связана проводами с общим герметичным разъемом 37, к которому подключается кабель 6. При наличии на объекте наблюдений водомерного поста с многосуточным самописцем уровня воды (типа ГР- 38) он может быть также, при небольшой доработке, превращен в автоматический коммутатор с линейным контактным устройством.

Установка работает следующим образом.

Входящее в состав установки оборудование оперативно разворачивают на объекте исследований, желательно на участке русла с полным турбулентным перемешиванием потока, в зоне транзита взвешенных наносов. Заводят часовой механизм часового барабана 28 и устанавливают его на плате 33 на ось вращения 32 гак, чтобы подпружиненные контакты 29, 30 попали в направляющие канавки 35, 36 в точках, соответствующих текущему моменту времени, согласно шкале времени, на прозрачном кольце 27. После подключения разъемов 31 и 37 плотно закрытый колпаком 34 коммутатор 9 устанавливают на соответствующее место в контейнере 7, который герметично закрывают крышками на замках и надежно маскируют подручными материалами. В

кассету 1 устанавливают соответствующее программе наблюдений количество сосудов 2 (например, при недельном автономном режиме работы - 7 шт.). Перед этим водоза- борную трубку 4 каждого сосуда готовят к работе, для чего с приложением легкого усилия к тяге 17 сердечник 19 отрывают от постоянного магнита 21 и пробка 13 плотно надевается на сопло трубки 4. В процессе

0 кругового вращения часового барабана 28 подпружиненные тугоплавкие контакты 29, 30, скользя по направляющим 35, 36 внешнего кольца 27, в намеченное программой наблюдений время достигают определен5 ной пары тугоплавких контактов 25, 26. Происходит замыкание электрической цепи, и накопившийся на обкладках конденсатора 38 сильный заряд тока, пройдя по соответствующим данной паре контактов 25, 29

0 проводам многожильного кабеля 6, возбуждает магнитное поле в полости, подключенной к ним электромагнитной катушки (например 20-1). В магнитное поле катушки 20 втягивается стальной сердечник 19 и при5 липает к постоянному магниту 21. Резиновая прокладка 22 гасит при этом избыточный удар сердечника. При движении сердечника 19 вниз он, преодолевая сопротивление упругой диафрагмы -18 по0 средством жесткой тяги 17, воздействуя с усилением на короткий конец рычага 15 за счет более длинного хода другого конца рычага 15, стягивает с сопла трубки 4 пробку 13, которая, будучи легче воды, всплывает

5 вверх и отклоняется течением от трубки на гибкой тяге 14. Вода потока с содержащимися в ней взвешенными и растворенными веществами под давлением устремляется в полость сосуда 2 до тех пор пока из него не

0 выйдет воздух через трубку 11 до уровня его нижнего среза. При этом скользящий в перфорированных направляющих поплавковый клапан 12, прижавшись к концу трубки 11, прекратит водообмен содержащейся в сосу5 де жидкости с окружающим пространством для сохранения взятой пробы в максимально близком к исходному состоянии. Этому способствует также и постоянство температуры окружающей среды. По прохождении

0 заданного интервала времени аналогичным образом вступает во взаимодействие с подвижными контактами 29,30 следующая пара контактов 25, 26, срабатывают следующая пара контактов 25, 26, следую5 щая электромагнитная катушка (например, 20-2) и наполняется очередной сосуд 2 протекающей в этот момент времени по водотоку водой и т.д. до заполнения всех сосудов 2 в кассете 1. При очередном, теперь уже более редком посещении объекта наблюдений, кассету 1 с заполненными сосудами, используя слзбииу подводкой части кабеля 6, извлекают на дневную пгперхпогль, при небольших глубинах (до 1 с заходом вброд, при больших глуП Лп-чх - с мостика лодки с помощью бзгормг-.- - ч1 и1 энного взбалтывания содержит.. , -, ов через открытую горловину поpfiлмизкя с фиксацией времени их заполя ия п носные полиэтиленовые бутылчи с с млкм- ствующей маркировкой. г.о .уди тщательно ополаскивают проточной го/ ой, трубку продувают ручным гасосоп п ус га- насливаютс пробками на -кг.е- ту и другие детали по,,оодч;;. о;. установки очищают от налипши vi,v, n наносов, если они есть, после чего сосудм, подготовленные указанным образом ;с unno му циклу работы, устанавлипаюг о страде ленные гнезда кассегы 1 в соогветп ;.j (,о своими порядковыми номерами, кг,мо(пч представлены на боку капсул 23. Пропертот правильность хода часового мехешизмз f-n рабана 28 и при необходимости вносят коррекцию в его положение в соответствии со шкалой времени на кольце 27. После проверки напряжения на источнике постоянного тока содержимое контейнера герметично закрывают, а сам контейнер тщательно мэ скируют. Устзнаплииают на прежнее моего кассету 1. Подготовленная таким образом установка готова к следующему циклу автономной работы. При необходимости, о случае большой прозрачности воды, подводную часть установки маскируют сверху дополнительным тризонталышм щитом.

Преимущество предлргземой установки, по сравнению с традиционно применяемыми на практике техническими средствами и способами взятия проб, заключается в автоматизации пооцесса взятия и надежного сохранения проб с помощью достаточно простых, доступных и надежных в реальных полевых условиях технических средств. По сравнению с другими известными техническими средствами уста8

новка выгодно отличается малой стоимостью, незначительным злектропотреблени- см, приспособленностью для работы в неблагоприятных условиях и большой неуязвимостью для актов вандализма,

Экономический эффект от применения установки досжгаетср за счет значительной экономии дорогостоящего ручного труда в период самой напряженной работы гидрологической сети благодаря его автоматизации,

Внедрение предлагаемой установки позволит повысить качество материалов наблюдений и достоверность на их основании

научных и практических вынодов.

Формула и л о и р е т с н и я Установка для авюмагического отбора проб аоды из водчтоков, содержащая сборник проб, водозаборную трубку с запорным

устройством и упргпл ;омым спусковым механизмом и воздудоотполную трубку, снабженную поплзокозы.-л обратным клапаном, отличаю щ а я с я гем, что, с целью обеспг енич свюматического отбора определенного объема проб воды по заданной профгмм, оно снабжена програглмным уог.г/.учзн:, э; 1, сборник проб выполнен в виде ; arcrv с розм нцем ыми в ней пробоп- piiOMJibii- ii сосудами, а водозаборная и

позлуэ О01ьоднс1л трубки герметично ваеде- ны инугр;,: ,,,чого проОоприег ного сосуда, зэ;:орно8 устройство водозаборной трубки выполнзно н ппде пробки положительной плавучести, а спусковой механизм выполиен в вида двуплечего рычага, шариирно закрепленного на кронштейне, герметичной капсулы и размещенной в ней элоктро- магнитной катушки с сердечником с жесткой, подпружиненной относительна

корпуса капсулы тягой, при этом длинное плечо рычага при помощи гибкой тяги сое динено с пробкой, короткое -- шзрнирно соединено с верхним концом жесткой тяги, а электромагнитные катушки каждого спускового механизма подсоединены к соответствующим клеммам программного коммутатора.

Изобретение относится к гидрометрическим приборам и предназначено для отбора проб воды на мут иость и химический анализ в малых водотоках (ручьях, реках, каналах, открытых коллекторах). Установка содержит размещаемую в потоке кассету с сосудами для взятия проб, каждый из которых снабжен водозаборной и воздухоотводящей трубками и спусковым механизмом, при этом водозаборная трубка снабжена запирающим элементом, а воздухоотводящая - подвижной плавающей пробкой, Спусковой механизм состоит из разноплечего рычага, кронштейна и электромагнитной катушки со стальным сердечником, размещенной в герметичной капсуле и закрепленной на корпусе сосуда, при этом длинное плечо рычага через гибкую тягу соединено с пробкой, а короткое плечо рычага через жесткую тягу - с сердечником катушки. Электромагнитная катушка каждого спускового механизма подсоединена к соответствующей клемме программного коммутатора. 4 ил, сл

Фиг1

G&vaZ

ИЗ

v«

cbi/е.З

37