Автоматический двухпозиционный сборник атмосферных осадков и сухих выпадений

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, в частности к устройствам для сбора атмосферных осадков и сухих атмосферных выпадений (атмосферного аэрозоля) с целью дальнейшего исследования их химического состава.
Уровень техники.
Известен автоматический осадкосборник, описанный в руководящем документе «РД-52.04.186-89 РУКОВОДСТВО ПО КОНТРОЛЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ» [http://base.consultant.ru], в котором приводятся сведения об использовании в комплекте аппаратуры комплексной лаборатории "Пост-1" - осадкосборника для сухих и мокрых осадков (ОС). Осадкосборник для отбора суммарных (сухих и мокрых) осадков представляет собой постоянно открытую полиэтиленовую воронку, укрепленную с помощью подставки над поверхностью земли. К воронке крепится полиэтиленовый сосуд, в который и происходит сбор осадков. При отрицательных температурах воронка с собирающим сосудом зацепляется на полиэтиленовый стакан такого же диаметра и высотой. Достоинства: простота в изготовлении и процесса сбора осадков.
Недостатки: невозможность отделения сухих атмосферных выпадений от мокрых осадков и снега и, как следствие, раздельного определения их химического состава. В данном документе описывается также автоматический осадкосборник, который позволяет производить отбор только мокрых осадков.
Известны публикации [Investigation of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) A thesis submitted to the Graduate School of Natural and Applied sciences of the Middle East Technical University by Eftade O. Gaga Deposition in Ankara April 2004. С. 73-74. Электронный ресурс: http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/3/12604857/index.pdfб] и [Askin ,  Tasdemir, S. Siddik Cindoruk / Atmospheric wet and dry deposition of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) determined using a modified sampler / Atmospheric Research / Volume 101, Issues 1-2, July 2011, Pages 341-353], в которых описывается модифицированный пробоотборник мокрых осадков под сбор дополнительно сухих осаждений. Пробоотборник содержит одну часть для сухих выпадений и вторую часть для мокрых осадков (Dry Deposition Part и Wet Deposition Part), установленные в одном корпусе, на корпусе установлен датчик осадков и управляемая крышка, внутри корпуса расположены электрический мотор, у воронки в части для сбора мокрых осадков установлен клапан, мини резервуар, уплотнитель, фильтр, резервуар, нагревательный элемент, счетчик времени.
К недостаткам можно отнести то, что устройство предназначено только для сбора углеводородов. Сбор с воронки собранных сухих выпадений производится путем опрыскивания и ее вибрации и дальнейшего их осаждения на специальные фильтры.
Известен автоматический пробоотборник для сбора мокрых (снег, дождь) и сухих (пыльца и т.п.) осадков [Wet&Dry Passive Sampler auto-powered (Deposimeter) http://www.nesasrl.eu/en/sensori_wedpannello.aspx]. Полностью автоматическое управление, крышка передвигается с мокрой части к сухой части в зависимости от окружающих условий.
Недостатки: используется достаточно сложный механизм передвижения крышки. Крышка обладает большой парусностью, что затрудняет эксплуатацию при сильном ветре.
Известен автоматический осадкосборник для сухих и мокрых осадков [CN 101750636 (В) - 2012-08-29], включающий корпус, в верхней части которого установлен индикатор дождя, в верхней части корпус снабжен цилиндром (резервуаром) для сбора сухих осаждений и цилиндром (резервуаром) для сбора дождевой воды, емкость для сбора дождевой воды установлена внутри корпуса, цилиндр для сбора дождевой воды снабжен уплотняющей крышкой, которая соединена с выходным валом поднимающего/вращающего переключающего механизма.
Недостатки: во-первых, в резервуар для сбора сухих осаждений может попасть снег, во-вторых, малая глубина сухого резервуара, что способствует выдуванию отобранных сухих осаждений.
Известен [RU 161697 U1, опубл. 27.04.2016], выбранный в качестве прототипа, в котором раскрыт автоматический осадкосборник, содержащий корпус, собирающую воронку и управляемую крышку, обе установленные в верхней наружной части корпуса, электронный блок управления, датчик осадков, емкость для сбора осадков и механизм перемещения крышки, приводимый в движение электродвигателем, соединенным с электронным блоком управления, при этом механизм перемещения крышки включает подвижную и неподвижную части и установлен внутри корпуса на прямоугольном фланце, закрепленном в верхней части корпуса, неподвижная часть упомянутого механизма представляет собой основание, имеющее форму круга, с двумя углублениями, выполненными на его рабочей поверхности друг против друга, подвижная часть механизма перемещения крышки включает трубу, нижняя часть которой соединена с валом электродвигателя, втулку, жестко закрепленную на трубе, выполненную с двумя прорезями, расположенными друг против друга на ее боковых поверхностях, подъемный вал, установленный внутри трубы с возможностью его перемещения в вертикальном направлении, наружная часть которого соединена с крышкой, ось, проходящую через подъемный вал перпендикулярно его оси и через втулку, при этом на краях оси закреплены два ролика, а в центре два подшипника, установленные таким образом, что они размещены друг против друга и в прорезях втулки.
К недостаткам данного аналога можно отнести: невозможность сбора сухих атмосферных выпадений.
Раскрытие полезной модели.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка автоматического сборника, в котором наряду со сбором атмосферных (мокрых) осадков осуществляют отбор сухих атмосферных выпадений в период отсутствия мокрых, как в пассивном, так и активном режиме.
Технический результат - универсальное устройство для сбора мокрых осадков и сухих атмосферных выпадений с улучшенными эксплуатационными возможностями в любых климатических условиях.
Еще одним техническим результатом, достигаемым при решении данной задачи, является также повышение точности и корректности определения химических веществ, входящих в состав атмосферных осадков, а также сухих выпадений (аэрозоля), за счет возможности осаждения аэрозоля при аспирации воздуха через фильтр, позволяя в дальнейшем определить концентрацию химических веществ, что является одной из основных задач экологических исследований окружающего воздуха.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый автоматический двухпозиционный сборник атмосферных осадков и сухих атмосферных выпадений содержит корпус прямоугольной формы, датчик осадков, установленный на одной из сторон корпуса, воронку для сбора атмосферных (жидких) осадков и емкость для сбора сухих выпадений, и управляемую крышку, закрывающую воронку в момент отсутствия осадков и открывающую воронку при их наличии, и наоборот закрывающую емкость для сбора сухих выпадений при наличии атмосферных (жидких) осадков и открывающую ее при их отсутствии, электронный блок управления и электромеханический механизм перемещения крышки, управляемый электронным блоком.
При этом емкость для сбора сухих выпадений закреплена с помощью, по меньшей мере, двух хомутов на стороне корпуса, противоположной той, на которой установлен датчик осадков.
Кроме того, для пассивного сбора упомянутая емкость содержит жидкость, предпочтительно дистиллированную воду, и сливной кран, а для активного сбора содержит фильтр с фильтродержателем, к которому подключается насос через счетчик объема газа.
Для защиты воронки от попадания водяных брызг сборник содержит предохранительный обод, установленный на корпусе концентрически с входным отверстием воронки.
А для сбора атмосферных осадков дополнительно содержит емкость, размещенную внутри корпуса под собирающей воронкой.
Кроме того, механизм перемещения крышки (раскрытый ранее RU 161697 U1, опубл. 27.04.2016] установлен внутри корпуса на прямоугольном фланце, закрепленном в верхней части корпуса.
При этом упомянутый механизм представляет собой электродвигатель с редуктором, который соединяется подъемно-вращательным устройством, на подвижный вал которого крепится крышка.
Работа заявляемого двухпозиционного сборника заключается в автономном определении наличия осадков и их автоматическом сборе, а также в предотвращении попадания твердых частиц (мусора, пыли) в приемный резервуар жидких осадков в период времени между осадками, а также для сбора сухих выпадений в период между мокрыми осадками.
Раздельный отбор мокрых атмосферных осадков и сухих атмосферных выпадений достигается введением в состав известного автоматического осадкосборника дополнительной емкости для осаждения сухих атмосферных выпадений, конструктивное решение которой позволяет проводить отбор как в жидкость (дистиллированная вода), так и на фильтр, размещаемый на специальном держателе, устанавливаемом внутри емкости. Воздух просачивается через фильтр с помощью побудителя расхода (насоса). Объем прокачиваемого воздуха регистрируется газовым счетчиком. Это позволяет определить концентрацию загрязняющих веществ, входящих в состав сухих атмосферных выпадений. Т.е. в предлагаемом устройстве реализуется как пассивный, так и активный отбор сухих выпадений.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства, в котором емкость для сбора сухих атмосферных выпадений дополнительно содержит фильтр.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение предлагаемого автоматического двухпозиционного сборника атмосферных осадков и сухих атмосферных выпадений, в котором емкость для сбора сухих атмосферных выпадений дополнительно содержит сливной кран.
Предлагаемый автоматический двухпозиционный сборник атмосферных осадков и сухих выпадений (фиг. 1 и 2) содержит датчик осадков 1, корпус 2, собирающую воронку 3, предохранительный обод 4, предназначенный для защиты открытой части воронки от водяных брызг, крышку 5, электромеханический механизм поворота крышки 6, емкость для сбора сухих атмосферных выпадений 7, фильтр 8 с фильтродержателем 9, ложемент 10, счетчик объемного расхода воздуха 11, насос 12, электронный блок управления 13, емкость для сбора жидких (мокрых) осадков 14, сливной кран 15 (фиг. 2).
Емкость для сбора сухих выпадений 7 представляет собой сосуд (бутыль) объемом 10 (десять) литров из твердого полиэтилена, у которого срезано дно. Емкость 7 закреплена с помощью двух хомутов на стороне корпуса 2, противоположной стороне, на которой установлен датчик осадков 1, сферической частью вниз.
3
Емкость для сбора жидких осадков 14 представляет собой полиэтиленовый сосуд (бутылку) емкостью 1 (один) дм, который свободно (без крепления) устанавливается внутри корпуса 2 под собирающей воронкой 3. Соединение сосуда с воронкой производится посредством силиконового шланга, один конец которого надевается на сливной патрубок воронки, а другой надевается на приемный патрубок сосуда 14.
Предохранительный обод 4, предназначенный для защиты открытой воронки от брызг, установлен на корпусе концентрически с входным отверстием воронки на болтах.
Сливной кран закреплен в крышке емкости 7 и используется при сборе сухих выпадений в жидкость (дистиллированную воду).
При отборе сухих выпадений на фильтр используются тонковолокнистые фильтры Петрянова АФ-ВП-20, АФА-ХП-20, АФА-ХА-20. Фильтры закрепляются в стандартный воронкообразный фильтродержатель 10, который закреплен на кольцевой ложемент 10. Ложемент представляет собой дискообразную конструкцию из хромированной проволоки. Диаметр ложемента выбран таким образом, что он может перемещаться внутри емкости с трением, что позволяет установить его на любом уровне внутри емкости, предпочтительно на уровне сочленения цилиндрической и сферической частей емкости 7.
3
Насос может быть любой марки производительностью от 0 до 1 м/час воздуха. При измерении объемного расхода используется счетчик газа «Омега» G6.
Основная часть электромеханического механизма перемещения крышки 6 находится внутри корпуса и располагается в его верхней части.
Предлагаемый автоматический двухпозиционный сборник атмосферных осадков и сухих выпадений работает следующим образом.
При попадании капель дождя на датчик осадков 1 электронный блок управления 13 получает сигнал от датчика осадков 1 и подает напряжение на электромеханический механизм перемещения (поворота) крышки. Крышка приподнимается и поворачивается на 180 градусов, закрывая емкость для сбора сухих атмосферных выпадений. В таком положении крышка 5 находится вплоть до окончания выпадения осадков. После прекращения осадков электронный блок управления 13 подает напряжение на электромеханический механизм перемещения крышки 6, и крышка перемещается в начальное положение, закрывая воронку 3 и открывая емкость для сбора сухих выпадений 7. При этом если выбран вариант активного сбора сухих выпадений (фиг. 2), на насос 12 подается напряжение и начинается аспирация сухих осаждений через фильтр 9. В варианте пассивного отбора (фиг. 1) сухие выпадения оседают вследствие седиментации в дистиллированную воду, которая после необходимого времени отбора сливается через кран 15 и отправляется на химический анализ.