Устройство для экспрессного определения дисперсного состава аэрозолей

Полезная модель относится к области анализа, конкретно к области анализа материалов физическими методами с помощью оптических средств и вычислительных машин, комбинированных с другими машинами, предполагающих компьютерную обработку результатов.
Известен способ экспрессного определения дисперсного состава аэрозоля (патент RU №2287805 С2, G01N 21/91, опубл. 20.11.2006.), включающий отбор проб аэрозоля на фиксирующие индикаторные подложки и регистрацию частиц аэрозоля с последующей статистической обработкой результатов, отличающийся тем, что устанавливают зависимость веса и диаметра частиц аэрозоля от диаметра отпечатков этих частиц на подложке, сканируют фиксирующую индикаторную подложку с нанесенными частицами аэрозоля для получения контрастного изображения, используют компьютеризированную систему обработки видеоизображений фиксирующей индикаторной подложки с нанесенными частицами аэрозоля, при этом учитывают значения плотности анализируемого соединения, эмпирические коэффициенты указанной зависимости, значения фракционного диапазона и оценивают среднемассовый диаметр отпечатков на индикаторной подложке, также для получения видеоизображений применяют цифровые фотоаппараты или сканеры с переменным дискретным разрешением.
Наиболее близким техническим решением является лабораторное устройство для исследования воздушно-капельной среды над поверхностью гальванической ванны (далее - "устройство"), содержащее шторный затвор с приводом, фиксирующую индикаторную подложку для отбора проб аэрозоля, размещенную в рамке держателя (см. Гаршин В.И., Чередниченко О.П., Гераськова С.Е. К решению проблем капельного уноса над поверхностью гальванических ванн. // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 5 международной научно-практической конференции 29 февраля - 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2012», Ростов н/Д, 2012. - 540 с. С. 483-484, рисунок 1 - Аэрозольный зонд).
Указанное устройство имеет следующие недостатки:
1. Отсутствие приспособлений, облегчающих установку и фиксацию индикаторных подложек для отбора проб аэрозоля на заданном расстоянии от поверхности, на которой генерируются капли;
2. Ручная экспозиция шторного затвора;
3. Возможность использования в процессе исследования воздушно-капельной среды не более одной индикаторной подложки для отбора проб аэрозоля за один цикл выполнения замеров.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение качества и достоверности цифровых изображений капель аэрозоля за счет точного подбора высоты подложки над плоскостью затвора благодаря наличию механизма подъема и опускания барабана.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для экспрессного определения дисперсного состава аэрозолей, содержащее шторный затвор с приводом, дополнительно содержит корпус, размещенный на оси барабан с количеством граней не менее трех, снабженный механизмом поворота на фиксированный угол и механизмом подъема и опускания при выполнении замера, при этом фиксирующие индикаторные подложки размещены в посадочных местах, выполненных в гранях барабана, а барабан выполнен с возможностью извлечения его из корпуса;
- механизм поворота барабана на фиксированный угол может включать зубчатое колесо с профильными зубцами в количестве, кратном количеству граней барабана, фиксатор и привод зубчатого колеса;
- посадочные места под фиксирующие индикаторные подложки могут быть снабжены подпружиненными защелками;
- фиксирующие индикаторные подложки могут быть выполнены из оптически прозрачного материала;
- фиксирующие индикаторные подложки также могут быть выполнены из материала с заранее известной адгезионной способностью по отношению к аэрозолю, пробы которого берутся при экспрессном определении его дисперсного состава;
- механизм подъема и опускания барабана может быть синхронизирован с механизмом закрытия и открытия шторного затвора таким образом, что при открытии затвора барабан опускается на заданную высоту над шторками затвора, при закрытии поднимается таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственный поворот барабана.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для экспрессного определения дисперсного состава аэрозолей содержатся корпус, размещенный на оси барабан с количеством граней не менее трех, выполненный с возможностью извлечения его из корпуса и снабженный механизмом поворота на фиксированный угол и механизмом подъема и опускания барабана, фиксирующие индикаторные подложки для отбора проб аэрозоля, размещенные в рамках держателей в посадочных местах, выполненных в гранях барабана, и шторный затвор с приводом. Механизм поворота барабана на фиксированный угол может включать зубчатое колесо с профильными зубцами в количестве, кратном количеству граней барабана, фиксатор и привод зубчатого колеса.
Фиксирующие индикаторные подложки выполнены из материала с заранее известной адгезионной способностью по отношению к аэрозолю, пробы которого берут при экспрессном определении его дисперсного состава. Это позволяет несколько упростить процедуру выполнения замеров за счет учета данных предварительного исследования растекаемости аэрозольных частиц на подложке. Это также позволяет повысить качество и достоверность цифровых изображений капель аэрозоля за счет более точного определения исходных параметров частиц аэрозоля. Это также позволяет путем подбора соответствующего материала для подложки избежать стекания и размазывания осажденных капель по подложке и повысить качество и достоверность цифровых изображений капель аэрозоля.
Механизм подъема и опускания барабана синхронизирован с приводом шторного затвора таким образом, что при открытии затвора барабан опускается на заданную высоту над шторками затвора, при закрытии поднимается таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственный поворот барабана. Это позволяет избежать осаждения аэрозоля на соседние, не задействованные в данном замере подложки, чем повышается качество и достоверность цифровых изображений капель аэрозоля.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на
фиг. 1 показан общий вид устройства (пример);
фиг. 2 показан пример выполнения механизма поворота барабана на фиксированный угол;
фиг. 3 показан пример выполнения механизма подъема и опускания барабана.
Устройство содержит корпус 1, барабан 2 с количеством граней 3 не менее трех (на фиг. 1 показан барабан 2 с шестью гранями), размещенный на оси 4, механизм 5 поворота барабана 2 на фиксированный угол, механизм 6 подъема барабана 2, фиксирующие индикаторные подложки 7 для отбора проб аэрозоля, размещенные в посадочных местах 8, выполненных в гранях 3 барабана 2, и шторный затвор 9 с приводом 10.
Механизм 5 поворота барабана 2 на фиксированный угол содержит зубчатое колесо 11 с профильными зубцами 12, шариковый фиксатор 13 и привод зубчатого колеса 14, выполненный в данном примере в виде храповика с толкателем.
Механизм 6 подъема и опускания барабана 2 содержит направляющую 15 оси 4, тягу 16 с подшипником 17. Посадочные места 8 снабжены подпружиненными защелками 18.
Устройство работает следующим образом.
При выполнении замеров устройство в сборе располагается на заданном расстоянии от источника аэрозоля. В исходном положении шторный затвор 9 закрыт, барабан 2 повернут таким образом, что одна из его граней 3 с размещенной на ней в посадочном месте 8 фиксирующей индикаторной подложкой 7 (в дальнейшем - "рабочая подложка") расположена под заданным углом к плоскости шторного затвора 9. Расстояние между рабочей подложкой 7 и шторным затвором 9 регулируется с помощью механизма 6 подъема и опускания барабана 2.
Далее шторный затвор 9 открывается с помощью привода 10 на заданное время экспозиции. За это время на фиксирующей индикаторной подложке 7 осаждается некоторое количество капель аэрозоля. После закрытия шторного затвора 9 барабан 2 проворачивается с помощью механизма 5 на фиксированный угол, при этом на исходную позицию для замера поступает грань 3 барабана 2 с неэкспонированной (в дальнейшем - "чистой") подложкой 7.
После экспонирования необходимого количества подложек 7, установленных в барабане 2, барабан 2 извлекается из корпуса 1, подложки 7 удаляются из посадочных мест 8 и заменяются на "чистые".
Фиксирующие индикаторные подложки 7 с осажденными на них частицами аэрозоля подвергаются оцифровке методом цифровой фотографии или цифрового сканирования с сохранением результата в файл графического формата, например BMP. Полученные изображения обрабатываются программой для ЭВМ DUST (см. свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015612170). Результатом компьютерной обработки является распределение частиц аэрозоля по размерам и положению в пространстве, а также другие (вычисляемые в соответствии с заданным в программе обработки алгоритмом) параметры аэрозоля.
Механизм 6 подъема и опускания барабана 2 предназначен для предотвращения соприкосновения барабана 2 в процессе поворота с корпусом 1 и шторным затвором 9. В начале процесса поворота тяга 16 перемещает барабан 2 по направляющим 15 в сторону увеличения зазора между барабаном 2 и шторным затвором 9, давая при этом возможность барабану 2 вращаться в подшипниках 17. По окончании процесса поворота тяга 16 перемещает барабан 2 по направляющим 15 на заданное для выполнения замера расстояние над шторным затвором 9. Механизм 6 аналогично используется для исходной установки барабана 2 над плоскостью шторного затвора 9.
Рабочая подложка 7 расположена строго параллельно плоскости затвора 9 (например, если в результате замеров необходимо получить дисперсный состав аэрозоля, находящегося на заданной высоте над источником).
Снабжение посадочных мест 8 для фиксирующих индикаторных подложек 7 подпружиненными защелками 18 позволяет плотно зафиксировать подложки 7 в посадочных местах 8 и одновременно облегчает процесс извлечения подложек 7 из посадочных мест 8.
Выполнение фиксирующих индикаторных подложек 7 из оптически прозрачного материала позволяет выполнять их оцифровку методом "отражения", методом "на просвет" или использовать комбинацию обоих методов в зависимости от конкретных условий выполнения экспрессного определения дисперсного состава аэрозоля и поставленных задач, в результате чего возможно получить более качественные и достоверные цифровые копии следов капель на фиксирующих индикаторных подложках 7.
Выполнение фиксирующих индикаторных подложек 7 из материала с заранее известной адгезионной способностью (смачиваемостью) по отношению к аэрозолю, пробы которого берутся (предполагается брать) при экспрессном определении его дисперсного состава, позволяет несколько упростить процедуру выполнения замеров, за счет учета данных предварительного исследования растекаемости аэрозольных частиц на подложке 7. Это позволяет более точно определить исходные параметры частицы аэрозоля. Кроме того, путем подбора соответствующего материала для подложки 7 можно избежать стекания и размазывания осажденных капель по подложке 7, что позволяет значительно повысить точность определения геометрических параметров капель аэрозоля.
Синхронизация механизма 6 подъема и опускания барабана 2 с механизмом закрытия и открытия шторного затвора 9 осуществляется таким образом, что при открытии затвора 9 барабан 2 опускается на заданную высоту над шторками затвора, при закрытии поднимается таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственный поворот барабана 2, избежать осаждения аэрозоля на соседние, не задействованные в данном замере подложки 7, а также повысить качество выполнения замера.