Устройство для изучения энергетического обмена у животных Советский патент 1982 года по МПК A01K1/02 

1

Изобретение относится к физиологии, в частности к-устройствам для изучения энергетического обмена у животных и может быть.применено в лабораторных исследоёаниях.

Известно устройство для изучения энергетического обмена у животных методом прямой и косвенной калориметрии .- Для повышения точности исследований по прямой калориметрии за счет исключения теплообмена камеры с находящимся в ней подопытным животным и окружающей среды камера охвачена вентилируемой воздушной рубашкой. 1 амера снабжена системами измерения и регулирования тепловыделений и удаления экскрементов.Вентиляция камеры и рубашки производится воздухом с одинаковой начальной температурой через соответствующие воздуховоды, а подача воздуха в рубашку при постоянной подаче воздуха в камеру устанавливается такой,что изменение температуры воздуха в рубашке (подогрев) за счет теплопритоков из окружающей среды равно изменению температуры воздуха в камере за счет тепловыделений подопытного животного. В результате средняя раз-„ ность температур между рубашкой и камерой равна нулю, что обеспечивает адиабатичность протекающего в камере процесса. Помимо нулевой разнос ти температур между рубашкой и каме10рой, основное требование, предъявляемое к устройству - постоянство расхода воздуха через камеру с целью достоверного определения теплопродукции животного. Но если подача воздуха

15 в камеру - величина постоянная и устанавливается экспериментатором в начале эксперимента, то подача воздуха в рубашку - величина переменная, зависящая как от теплопродукции

20 животного, так и от величины внешних теплопритоков. С ростом внешних теплопритоков или уменьшении теплопро- дукции животного подачу воздуха в ру башку необходимо увеличивать, а с уменьшением теплопритоков из окружаю щей среды или увеличением теплопродукции животного подача воздуха в рубашку уменьшается 1. Однако, ввиду того, что контуры, по которым происходит циркуляция воздуха через камеру и рубашку имеют общий участок, на котором происходит смещение и термообработка воздушных потоков, то изменение расхода . воздуха через рубашку приводит к тому, что объем воздуха, циркулирующий через общий участок, изменяется. В результате изменяется скорость дви{)feния воздуха на общем участке,что приводит к изменению гидравлическог сопротивления общего участка. Во избежание колебаний расхода воздухе через камеру необходимо произвести регулировку производительности.нагне тателя при помощи вентилей, что является трудоемкой операцией, приводит к потерям времени и снижает точность получаемых резу)1ьтатов. Цель изобретения - повышение точности исследований путем обеспечения постоянства расхода воздуха через ка меру с подопытным животным вне зависимости от расхода воздуха через рубашку и повышение точности работы . устройства за смет сохранения пос- . тоянным гидравлического сопротивления об(цего для камеры и рубашки участка воздушной системы. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для узучения энерге тического обмена у животных, содержа щем камеру, снабженную системами регулирования и измерения тепловыделений и удаления экскрементов и имею щую двойную рубашку из сообщающихся между собой полостей, одна из которы соединена с линией подачи воздуха, а другая - с линией отвода воздуха, камера снабжена регулятором расхода воздуха,выполненным в виде диска с электродвигателем и двумя соедйнёнными с ним с помощью шатунов шиберами, один из которых уста новлен на ли нии подачи воздуха, а другой --на линии отвода воздуха. Подача воздуха в рубашку в количестве, необходимом для Обеспечения адиабатичности процесса в камере, осуществляется через один регулирующий орган, а излишки воздуха,-минуя .вентилируемую рубашку, через второй регулирующий орган поступают на всасывающую сторону нагнетателя, обслуживающего воздушную рубашку, где смешиваются с покидающим рубашку воздухом. Таким образом, количество воздуха на входе в регулятор расхода и после него (на всасывающей стороне нагнетателя) остается постоянным. Для того, чтобы гидравлическое сопротивление системы не менялось, необходимо чтобы регулятор расхо,а вне зависимости от положения своих регулирующих органов, через которые протекает постоянное суммарное количество воздуха, обладал постоянным гидравлическим сопротивлением, т.е. падение давления на регулирующих органах регулятора или разность давлений до регулятора и после него должна быть величиной постоянной. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - регулятор расхода воздуха. Устройство состоит из камеры 1, окруженной рубашкой из прослоек 2 и 3, с расположенным внутри камеры 1 исследуемым объектом Ц. Отсос воздуха из каме(Ш 1 производится нагнетателем 5 с регулировочным вентилем 6. Подача воздуха в камеру 1 устанавливается вентилем 7- Подвод воздуха к вентилируемой прослойке 2 производится через воздуховод 8 с установленным на нем вентилем 9 К воздухоаоду 8 присоединен регулятор 10 расхода, позволяющий при изменении подачи воздуха в прослойку 2 сохранить сопротивление участка.CMD постоянном благодаря тому, что расход воздуха на участке остается постоянным. Отвод воздуха от регулятора 10 и прослойки 2 осуществляется нагнетателем 11, снабженным регулировочным вентилем 12. Регулятор 10 расхода подсоединен к воздуховоду 8 при помощи подающего воздуховода 13 и обводного воздуховода в которых установлены соответственно шиберы 15 и 16. Движение шиберам,15 и 1б сообщается соответственношатунами 17 и 18, которые закреплены на зубчатом колесе 19. Вращение колесу 19 сообщает шест терня 20, насаженная на вал электро;г двигателя 21. Электродвигатель 21 имеет встроенный редуктор, поэтому у него на выходном валу малое число оборотов (З об/мин). Сброс воздуха из прослойки 3 в которую он попадает из прослойки 2, производится через воздуховод 22. Этот воздух смеши вается с воздухом, протекающим через воздуховод 1 и по воздуховоду 23 поступает к нагнетателю 11, после которого смешивается с воздушным по током из камеры 1 (нагнетатель 5) и поступает в блок воздухоподготовки 2Ц. Для контроля температур служит измеритель 25, 26 и 27 температуры. Устройство работает следующим об разом. В начальный момент времени при по мощи вентиля 7 устанавливается необходимая экспериментатрру подача воздуха в камеру 1, которая в течение эксперимента должна оставаться постоянной. Регулятор 10 устанавливается в такое положение, чтобы разность показаний измерителей 2б и 27 температур была равна нулю tg -tg 0. Это значит, что через воздуховод 13 и шибер 15 в прослойку 2 подается воздух в количестве, обеспечивающем адиабатйчность протекающего в камере 1 процесса. Предположим, что во время эксперимента теплопритоки из 1ркружающей среды в прослойку 2 умень шились. Чтобы сохранить нулевую разность температур между прослойкой 2 и камерой 1, необходимо подачу возду ха в прослойку 2 уменьшить, прикрыва 15. С уменьшением расхода чере подающий воздуховод 13, расход воздуха через обводной воздуховод 1 и шибер 1б увеличится на ту же величину, так как шибер 16 приоткроется на величину, определяемую законом - « 0,85-1,036 ---. Благодаря такоЭвЗому перемещению шиберов 15 и 16, сопротивление участка DFE не изменится, что позволяет, изменяя расход воздуха через воздуховод 13, оставлять суммарный расход воздуха через воздуховоды 13 и 1, а следовательно, и через воздуховод 8 неизменным . В результате расход воздуха на yifacT ке CMD, являющимся общим для камеры 1 и рубашки 2, остается постоянным, что обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру 1 в течение всего эксперимента, вне зависимости колебаний температуры окружающей среды. При увеличении теплопритоков из окружающей среды и прослойки 2 шибер :15 приоткрывается, пропуская необходимое для адиабатического процесса В камере 1 количество воздуха, а шибер 16 прикрывается и расход воздуха через него уменьшается. Сопротивление же участка DFE по-прежнему остается постоянным, обеспечивая постоянный расход воздуха через камеру 1. Воздух, подогревшийся в прослойках 2 и 3, покидает их через воздуховод 22, смешивается с воздухом, циркулирующим через обводной воздуховод 14 и шибер 16, а смесь через воздуховод 23 засасывается побудителем расхода 11. Воздушные потоки, перемещаемые побудителями 5 и 11, смешиваются и поступают в блок воздухоподготовки 2k, после чего обработанный воздух поступает в рубаш-. ку 2 (через регулятор 10) и камеру 1. Цикл повторяется. Включение электродвигателя 21 производится , как только появляется отличная от нуля разность показаний:, измерителей температуры 27 и 2б С2 ts. . О- При tc -ts О необходимо прикрывать шибер 15 и yмeньшиtь подачу воздуха в прослойку 2 до тех пор, пока не установится равенство ° достигается вращением колеса 19 по часовой стрелке.Шибер 1б при этом приоткрывается. Если же tejts О,то подачу воздуха в прослойку 2 необходимо увеличивать, пока сравняются температуры t,, и tj. Это достигается вращением колеса 19 против часовой стрелки. При зтом ши,бер 15 приоткрывается, а шибер 16 прикрывается.Сопротивление же регу- i лятора 10 в обоих случаях остается неизменным. I .,-. Пример. Пусть разность температур между камерой 1 и окружающей средой 6 градусов. Теплопритоки в камеру размерами 0,7x0,x0,3 м составляет при этом ккал/ч. Чтобы отвести это тепло, в прослойку иеоб ходимо подать 13 м/ч воздуха. Если в камеру 1 поместить белую мышь, то для отвода выделяемых ею 0,455 ккал/ч необходимо 0,8 м/ч воздуха. Суммарный расход воздуха на участке CMD будет равен: 13+0,8 13,8 . Если в процессе эксперимента разность температур между окружающей средой и камерой 1 уменьшится до 2 градусов (за счет снижения температуры окружающей среды) , то для отвода 2,5 ккал/ч, проникающих из окружающей среды, необходимо в прослойку 2 7 подать «4,3 воздуха. Расход воздуха на участке CMD составит при это Vi « «.3 0,8 4 5,1 . Таким образом, отношение объемных расходов на общем для камеры 1 и прослойке 2 участке СМО, а следовательно, и отношение скоростей воздуха на этом 12i8. участке уменьшилось в --f 5,1 2,7-Рзза. Уменьшение в 2,7 раза скорости вызовет уменьшение сопротив ления участка CMD как минимум в (2,7)- 7,3 раза, что естественно, отразится на подаче воздуха в камеру 1. Благодаря же регулятору 10 удается избежать изменения гидравлического сопротивления участка CMD, так как при переменной подаче воздухй в прослойку 2, расход его на участке ЕС, а, следовательно, и на участке CMD, создается неизменным а течение всего эксперимента, что позволяет со ранить подачу воздуха в камеру 1 постоянной. Благодаря тому, что теперь колебания расхода воздуха через камеру 1 отсутствуют (расход воздуха на участке CMD постоянный в течение всего эксперимента и не зависит от меняющихся разнос тей температуры между окружающей сре

1

27

5 6

11 12

М

фиеЛ 8 дой и камерой 1), to4HOCTb получаемых результатов, особенно при изучеHHiji динамики тепловыделений, повышается. Формула изобретения Устройство для изучения энергетического обмена у животных, содержащее камеру, снабженную двойной рубашкой из сообщающихся между собой полостей, одна из которых соединена с линией подачи воздуха, а другая с линией отвода воздуха, системами регулирования и изменения тепловыделений и удаления экскрементов, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности исследований, камера снабжена регулятором расхода воздуха, выполненным в виде диска с электродвигателем и двумя соединенными с ним с помощью шатунов шиберами, один из которых установлен на линии подачи воздуха, а другой - на линии отвода воздуха. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 695625. кл. А 01 К 1/02, 1978. t /tMOffff/rfoere/ffff //