Криогенно-конденсационное устройство для отбора проб воздуха с примесями Советский патент 1982 года по МПК G01N1/22 

(З) КРИОГЕННО-КОНДЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА С ПРИМЕСЯМИ

Изобретение относится к физике , в частности к исследованию физических и химических свойств вещества, а более конкретно, к получению и под готовке образцов при иселедовании газовых смесей и аэрозолей и может, быть использовано при изучении загрязнений воздушной среды. Известно устройство для отбора проб воздуха с несколькими параллельно включенными ветвями аспирации, содержащее побудитель расхода, общую камеру разрежения, поглотительные приборы, счетчик времени и измерите ли расхода, подключенные к побудителю расхода последовательно через поглотительный прибор и общую камеру разрежения 1 . Недостатками данного устройства являются недостаточная эффективность пробоотбора, а также неопределенность в оценке коэффициенда проскока и боль шие потери на стенках воздуховодов и собирающих емкостей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является криогенно-конденсационное устройство для отбора проб воздуха с примесями, содержащее пробоотборник с входными и выходными патрубками и сорбционнофильтрующей насадкой на входе, заполненный жидким азотом и связанный трубопроводом с пробоотборником сосуд Дьюара и систему регулирования уровня жидкого азота в. пробоотборнике, состоящую из контактного датчика уровня, подключенного через свой нормально закрытый контакт к программному реле, соедине.нному с размещенным , в сосуде Дьюара регулируемым электронагревателем, подключенным к источнику питания 2 . Недостатком известного устройства является низкая эффективность, обусловленная переменной скоростью пробоотбора, в результате чего на охлаждаемой поверхности образуется слой кристаллов. Цель изобретения - повышение эффективности пробоотбора за счет обес печения проведения процесса пробоотбора с постоянной скоростью и исключения образования кристаллов на охла даемой поверхности во время переходн процессов, а также снижение мощности потребляемой при этом электроэнергии. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено теплообменником, электрообогреваемой ампулой с жидким кислородом (воздухом), размещенной в сосуде Дьюара и связанной через теплообменник с входом пробоот борника, дополнительным, контактным датчиком уровня жидкого азота, установленным ниже основного датчика уровня, электромагнитным клапаном, установленным в патрубе выхода газообразного азота и связанным с программным реле через нормально открытый контакт дополнительного датчика уровня, элементом задержки и электромагнитным реле, обмотка которого через нормально закрытый контакт дополнительного датчика уровня соеди нена с программным реле, при этом источник питания подключен к обмотке электромагнитного клапана и к элемен ту задержки через соответствующие группы контактов электромагнитного реле. На чертеже изображена блок-схема криогенно-конденсационного устройства для отбора проб воздуха с примесями . Устройство состоит из пробоотборника 1 с входными патрубками: для воздуха 2, для кислорода 3 для ввода ЖИДКОГОазота k и выходными патрубками : газообразного азота 5, и жидкого воздуха 6. На входе пробоотборника 1 установ;рена сорбционнсзфильтрующая насадка 7. В патрубке 5 выхода газообразного азота установле электромагнитный клапан 8, Пробоотборник 1 соединен трубопроводом Э, на котором установлен теплообменник 10, с ампулой 11, размещенной в сосуде Дьюара 12 и заполненной жидким кислородом (воздухом) 13. Ампула 11 обогревается спиралью Н, подключенной через ключ 15 к источнику 16 питания. Кроме того устройство состоит из элемента 17 задержки, электромагнитного реле 18 с первой группой 19 и второй группой 20 нормально открытых контактов и группой 21 нормально закрытых контактов, системы 22 регулирования уровня жидкого азота в пробоотборнике 1, состоящей из основного датчика 23 уровня с нормально закрытыми контактами 2, дополнительного датчика 25 уровня с группой нормально открытых контактов 26 и группой нормально закры- тых контактов 27) программного реле 28, подключенного через свой нормально открытый контакт 29 и через реле 30 к электронагревателю 31 жидкого азота в сосуде Дьюара 12. Подача жидкого азота из сосуда Дьюара в пробоотборник 1 осуществляется по трубопроводу 32. Обмотка 33 электромагнитного клапана 8 связана с элементом 17 задержки и с источником 16 питания через первую группу нормально открытых контактов 19 и через ключ 15. Устройство работает следующим образом. При замкнутых контактах 27 замыкаются контакты 29 программного реле 28; и срабатывает реле 30, которое замыкает цепь электронагревателя 31 через нормально закрытые контакты 2k основного датчика 23 уровня. Жидкий азот под действием собственных паров по трубопроводу 32 поступает в пробоотборник 1 через патрубок k до тех пор, пока не достигнет основного датчика 23 уровня. Дополнительный датчик 25 уровня расположен несколько ниже основного датчика 23 уров и поэтому срабатывает раньше него при повышении уровня жидкого азота в пробоотборнике 1. До момента срабатывания дополнительного датчика 25 уровня часть газообразного азота, образующегося в пробоотборнике 1 из жидкого азота в основном за счет теплообмена с засасываемым воздухом, пocfyпaюu йм из патрубка 5 через открытый электромагнитный клапан 8, заполняет пробоотборник 1 газообразным азотом, не конденсирующимся при температуре кипения жидкого азота (-19бС) при нормальном давлении. Тем самым вход патрубка 2 блокируется некоторым избыточным давлением газообразного азота и атмосферный воздух не поступает в пробоотборник через сорбционно-фильтрующую насадку 7.

При достижении жидким азотом дополнительного датчика 25 уровня, контакты 26 запирают обмотку электромагнитного реле 18,.которое своими нормально открытыми контактами 19 подключит обмотку 33 электромагнитного клапана 8 к источнику 16 питани При этом клапан 8 перекрывает патрубок 5 выхода газообразного азота на вход патрубка 3 и газообразный азот поступает только в атмосферу.

Одновременно через ключ 15 включается электронагревательная спираль Жидкий кислород (воздух) в ампуле 11 испаряется и под действием собственных паров по трубопроводу 9 посту-, пает в теплообменник 10, где испаряется за счет энергии окружающей среды и теплоемкости стенок камеры и газообразный кислород (воздух) поступает на вход патрубка 3 пробоотборника 1 в течение заданного времени , определяемого временем разрядки емкости элемента 17 задержки на управляющий электрод ключа 15 через ;нормально открытые контакты 20 при срабатывании электромагнитного реле 18. Емкость элемента 17 задержки заряжается от источника 16 питания через нормально замкнутые контакты 21 электромагнитного реле 18 в его отключенном состоянии. Подаваемые Таким образом на вход патрубка 3 пор,ции газообразного кислорода (воздуха) перемешиваются в пробоотборнике 1 с газообразным азотом, что ведет к прогрессирующей конденсации газовой смеси и, следовательно, к понижению давления в пробоотборнике 1, за счет чего блокировка входа 2 снймается и атмосферный воздух поступает через сорбционно-фильтрующую насадку 7 на вход патрубка 3, начи-, нается пробоотбор. Сжиженный воздух вместе с примесями выливается через патрубок 6 выхода жидкого воздуха.

Пробоотбор осуществляется до тех пор, пока с программного реле 28 не поступает команда на отключение электронагревателя 31 и уровень жидкого азота в пробоотборнике 1 падает ниже дополнительного датчика 25 уровня, контакты 26 которого при этом размыкаются, электромагнитное реле 18 отключается, при этом контакты 20 разрывают цепь разрядки емкости элемента 17 задержки, а контакты 21 замыкают цепь зарядки емкости элемента 17 задержки, электромагнитный

клапан 8 открывается и часть газосйбразного азота блокирует вход патрубка 2.

В случае необходимости, замыкание контактов 29 программного реле 28 может осуществляться операторами,что обеспечивает ручное управление пробоотбором при автоматической работе всех систем криогенно-конденсационного пробоотборника.

Для обеспечения ждущего режима работы, когда заполненный хладагентом пробоотборник 1 в те-1ение необходимого времени не производит отбор про-, бы, контакты 27 в цепи обмотки электромагнитного реле 18 управляются либо программным реле 28 по заданной программе, либо вручную.

Применение изобретения позволяет исключить возможность образования кристаллов на охлаждаемой поверхности в межцикловые интервалы времени, избавиться от дополнительных сорбционно-фильтрующих насадок, через которые принудительным движителем протягивается воздух, необходимый для разбавления газообразного.азота, и ликвидировать взрывоопасность, так как подача необходимых порций кислорода на вход пробоотборника, осуществляемая через тонкий трубопровод под действием давления собственных паров, образующихся при нагревании электроспирали, требует не более 0,5 Вт мощности электротока при отсутствии каких-либо клапанов.

Формула изобретения

Криогенно-конденсационное устройство для отбора проб воздуха с примесями, содержащее пробоотборник с- входными и выходными патрубками и сорбционно-фильтрующей насадкой на входе, заполненный жидким азоТом и связанный трубопроводом с. пробоотборником сосуд Дьюара и систему регулирования уровня жидкого азота в пробоотборнике состоящую из контактного датчика уровня, подключенного через свой нормально закрытый контакт к программному реле, соединенному с размещенным всосуде Дьюара регулируемым электронагревателем, подключенным к .источнику питания, о тличающееся тем, что, с целью повышения эффективности пробоотбора за счет обеспечения постоянной скорости и ликвидации возможности образования кристаллов на

охлаждаемой поверхности во время переходных процессов, устройство снабжено теплообменником, электрообогреваемой ампулой с жидким кислородом (воздухом), размещенной в сосуде Дьюара и связанной через теплообменник с входом пробоотборника, дополнительным контактным датчиком уровня жидкого азота, установленным ниже основного датчика уровня, и электромагнитным клапаном, установленным в патрубке выхода газообразного азота и связанным с программным реле через нормально открытый контакт дополнительного датчика уровня, элементом задержки и электромагнитным реле, обмотка которого через нормально закртый контакт дополнительного датчика уровня соединена с программным реле при этом источник питания подключен к обмотке электромагнитного клапана .и к элементу задержки через соответствуккцие группы контактов электромагнитного реле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 N 1/22, 1977.