Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей Советский патент 1982 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к научным исследованиям по физике облаков и загрязнению атмосферы, а точнее к методам взятия проб аэрозолей в облаках, туманах и чистой атмосфере, и может быть использовано для изучения, облако- и осадкообразования и процесс;ов самоочищения атмосферы от загрязнённых веществ.

Для забора проб в облаках используют, например , репликатор, представляющий собой лентопротяжный механизм с плен14ой, покрываемой в процессе ее протяжки перед заборным соплом быстросохнущей смазкой. При заборе проб капли и. ледяные кристаллы по инерции проникают через свежий слой смазки до поверхности пленки. Смазка, засыхая, фиксирует форму уловленных облачных частиц. Метод сбора облачных проб хорош для набора статистически обеспеченного материала по дисперсности и концентрации.

Однако из-за испарения воды через поры пленки облачные частицы не сохраняются, а их реплики, по мере усыхания, деформируются и изменяют свои размеры, что не позволяет проводить, в частности, изучение химсостава капель и их льдообразующую активность.

Известен способ, согласно которому взятие проб жидких аэрозолей (капель) в облаках и тумане производят

to на стеклянные пластины, покрытые толстым слоем высокЛвязкого масла. После экспонирования в течение 0,051,0 с.пробу исследуют под микроскопом, получая сведения о дисперсном

15 составе и концентрации 2 .

Однако в процессе забора частиц нельзя использовать большие экспозиции, которые приводят к слиянию ка20 пел, а малые экспозиции, используемые в данной методике, приводят к ошибкам измерений ввиду больших флуктуации дисперсности и концентрации аэрозолей (капель, кристаллов и др.) в облаке. Кроме того, данный метод не позволяет улавливать высокодиспер сный аэрозоль из-за малости коэффициента его захвата. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе сопла и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения. Твердые аэрозольные частицЫ собирают на тонкой тефлоновой пленке закрепленной на поверхности вращающихся. сборных цилиндров, располр- . женных перед соплами, причем на вы-. ходе импактора расположен высокоэффективный фильтр из тефлона или стек ловолокна, Импактор прост в работе и обладает высокой эффективностью осаж дения частиц J. Однако устройство применимо только в свободной атмосфере, так как облачная вода заливает сопла и аэрозольную пробу на пленке. Цель изобретения - расширение области применения импактора путем обе печения возможности пробоотборника в облаках и туманах. Поставленная цель достигается тем, что импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью вращ ния поверхности осаждения, снабжен рас положенной между первым и вторым соплами платформой, установленной с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патрубок и выходной патрубок с капле отсекателем, при этом две из поверхностей осаждения, выполненных в виде дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью. На фиг. 1 показан импактор, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане, на фиг. 3 - устройство каплеотсекателя. , Устройство состоит из каскадов 1.., для фракционного осаждения аэрозоля, расположенных в корпусе 5, имею1цем заборную трубку 6. Каскад 1, уловитель твердого и жи кого аэрозоля, выполнен из установленных на платформе 7 дисков 8 и 9, первый из которых помещен в кювету 10 с жидкостью П, а второй аналогичен подложкам 12 и 13 последующих каскадов 2 и 3 перед которыми расположены профилированные сопла 14 и 154 Кювета 10 имеет эксцентрично расположенный относительно центра диска 8 входной патрубок 16 с уплотнителем 17 по его периметру у выхода 18 трубки 6 и выходной патрубок 1.9, снабженный каплеотсекателем 20, укрепленным к патрубку радиальными элементами 21. Кювета 10 выполнена с возможностью съема с платформы, для чего ее крепление к платформе осуществ.лено упругими скобами (не показаны).Перемещение платформы относительно заборной трубки 6 осуществляется тягой 22 по направляющим 23. Каскад импактора содержит высокоэффективный фильтр 2, Диски 12 и 13 посажены на вал 25, приводимый во вращение двигателем 26. Для привода во вращение дисков 8 и 9, посаженных на осях 27 и 28, служат, например, фрикционные шкивы 29 и 30 последовательно соединяемые с фрикционным шкивом 31t установленным на конце приводного вала 25. Привод дисков 8 и 9 может быть осуществлен и иным обра|зом. Отсос воздуха из импактора осуществляют через трубку 32. Импактор крепится на кронштейне 33. Устройство работает следую1чим обра зом. После установления заборной трубки 6 в набегающий поток воздуха, по-. следиий изокинетически проходит через нее и ударяется о слой вязкой жидкости - масла, равномерно покрывающего при его вращении. В результате налетающие облачные капли из потока захватываются маслом и смываются им в кювету 10, образуя водомасляную эмульсию, а более мелкие твердые аэрозольные частицы обтекают диск 8 и через патрубок 19 вместе с потоком воздуха проходят к последующим каскадам, имеющим последовательно сужающиеся сопла 14 и 15 и осаждаются соответственно своим размерам по фракциям на дисках 12 и 13 и фильтре 24. Отбрасываемые с диска 8 капли брызги) масла в силу своей инерции не могут следовать за линиями тока воздуха - носителя аэрозоля и оседают на стенках кюветы и поверхности каплеотсекателя 20; а более мелкие твердые аэрозольные частицы, увлекаясь потоком воздуха, проходят через зазор между стенками каплеотсекателя 20 и патрубка 19. Таким образом, на последую1цие каскады импактора попадает пылегазовый поток, свободный от капель масла, дн персность которого при этом не нарушается. Для получения устойчивой эмульсии плотность масла подбирается равной плотности воды. Вращение диска 8обеспечивает постоянное возобновление (восстановление) слоя масла на его поверхности, а также стекание и перемешивание эмульсии. При этом уплотнение места соединения трубки 6 с входным патрубком 6 и наличие на выходном патрубке 19 каплеотсекателя 20 исключают попадание капель масла из кюветы в .последующие каскады импактора. Наличие кюветы 10 с маслом 11 позволяет значительно увеличить время экспозиции облачных капель и, тем самым, повышать объем проанализированной пробы V и получать статистически обеспеченные результаты измерений, точность которых при этом повышается, так как относительная квадратичная ошибка при счете частиц рав на , где N - среднее число час тиц в объеме V. При отборе .аэрозольных проб из свободной атмосферы, передвигая плат форму У тягой 22, устанавливают диск 9первого каскада перед выходом 18 заборной трубки 6. При этом шкив 29 выходит из зацепления; а шкив 30 входит в зацепление с ведущим шкивом 31 и приводит во вращение диск 9. Вращение диска 9 также как и дисков 12 и 13 необходимо для равномерного распределения осаждающейся аэро зольной пробы по всей площади дисков что необходимо для дальнейшего изуче ния конденсационных и льдообразующих свойств аэрозоля. Использование диска 9 на первом каскаде позволяет улавливать им гигантские и сверхгигантские ( мкм) аэрозольные частицы, улучшая тем самым фракционное разделение твердых аэрозолей по каскадам импактора. Таким образом, применение двух ул вливателей на первом каскаде позволя ет отбирать аэрозольные пробы как в чистой атмосфере, так и в облаках и туманах. Использование диска, омываемого маслом, дает возможность осаждать капли на подложку, установленкую перпендикулярно потоку без загиба заборной трубки, где капли могли бы осаждаться в месте ее изгиба, а также предотвращает разбивание капель и кристаллов при их осаждении. При вращении диска обеспечивается возобновление слоя масла на его поверхности и стекание улавливаемых капель в кювету, образующаяся водомаслянная эмульсия предотвращает слипание капель даже при больших концентрациях частиц в атмосфере и значиteльнoм увеличении времени экспозиции. Наличие уплотнителя между кюветой и заборной трубкой, установленного по ее периметру, и каплеотсекателя на выходном патрубке предотвращает попадание капель разбрызгиваемого масла на последующие каскады импактора. Предлагаемый импактор является исследовательским прибором универсального типа, который прошел экспериментальную проверку и показал надежную работоспособность. Он , позволяет улавливать твердые аэрозольные частицы в свободной атмосфере размером от 0,01 до 200 мкм, а в облаке - жидкий аэрозоль размером свыше 1 мкм и твердый аэрозоль размером от 0,01 до 1 мкм. Формула изобретения Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения области применения импактора путем обеспечения возможности пробоотбора в облаках и туманах, он снаб 4{ен расположенной между первым и вторым соплами платформой, установленной с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патрубок и выходной патрубок,с кaплeotceкaтeлeм, при этом две из поверхностей осаждения, выполненных в виде дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Mossop S.C., Оно А. Hebberman К.I. Studies of, the Grystal in Natural Clouds, -t. Rech. Atmos. 1967, voi. 3, W 2. 2.Зайцев B.A.. Ледохович A.A. Приборы для исследо ния туманов и обла962 Тидрометеоиздат , 1970, ков. Л., с. 255. 3. Langren О.А. Determination of Particulate Compos it ion Concentration and Size Distribution Changes with tune. - Atmos. Environment, 1971, vol. 5, p. 6i 5-651 (прототип),

25 24 13 /5 1 14 J/ 7 jg го

26 t I/

fpus.l I