ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУХА

Область техники
Полезная модель относится к устройствам контроля за содержанием радиоактивных веществ в приземном слое атмосферы.
Уровень техники
Известно устройство - аэрозольный измерительный пробоотборник (патент РФ №2212026). Аэрозольный измерительный пробоотборник содержит корпус воронкообразной формы и насадку. В широкой части корпуса закреплена перфорированная перемычка с установленным на ее поверхности фильтром. Насадка герметично соединена с корпусом. Перемычка выполнена в виде мембраны из упругого газонепроницаемого материала с перфорацией в центральной части. Насадка снабжена детектором, чувствительная поверхность которого соприкасается с фильтром и перекрывает зону перфорации мембраны.
Недостатком известного технического решения является невозможность автономной работы устройства.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является автоматический изокинетический пробоотборник аэрозолей (патент РФ №2349893). Автоматический изокинетический пробоотборник аэрозолей содержит воздуховод, средство для измерения расхода воздуха, побудитель расхода воздуха, установленный на выходе воздуховода и средства для управления расходом воздуха. Воздуховод имеет прямоугольное сечение и состоит из трех частей: верхней горизонтальной, центральной - вертикальной и нижней. Верхняя горизонтальная часть представляет собой сопло, снабженное подвижной заслонкой для изменения площади его сечения, апертура которого ориентирована навстречу набегающему потоку воздуха, соединенное с центральной - вертикальной частью. Центральная - вертикальная часть представляет собой вращающуюся колонку. Нижняя часть перпендикулярна центральной - вертикальной части и направлена в противоположную сторону от верхней горизонтальной части. В нижней части воздуховода последовательно сформирован измерительный объем, представляющий собой разъемное соединение, затем установлено средство для измерения расхода воздуха и затем побудитель расхода воздуха.
Недостатком прототипа является невозможность автономной работы устройства.
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение автономности работы устройства.
Поставленная цель достигается за счет того, что в пробоотборнике для определения загрязненности приземного слоя воздуха, содержащем фильтрующую головку с входным отверстием и первым отверстием, фильтр, держатель, побудитель расхода воздуха и трубу, фильтр установлен в фильтрующей головке между входным отверстием и первым отверстием, труба присоединена одним концом к первому отверстию с внешней стороны фильтрующей головки, держатель выполнен с обеспечением стационарного крепления пробоотборника, побудитель расхода воздуха установлен с обеспечением возможности прокачки воздуха через фильтр, в него введен флюгер и счетчик количества оборотов, а побудитель расхода воздуха содержит вращающуюся головку и, по крайней мере, две полые лопасти, причем полые лопасти присоединены одним из своих концов к вращающейся головке, а вращающаяся головка присоединена к другому отверстию трубы и выполнена с обеспечением указанной возможности прокачки воздуха через фильтр за счет прохождения воздуха, после фильтра, из трубы в полые лопасти, при том, что полые лопасти снабжены выходными отверстиями, а флюгер прикреплен к устройству с обеспечением возможности поворота устройства входным отверстием навстречу ветру.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показан внешний вид устройства.
Раскрытие полезной модели
На чертеже обозначены: выходное отверстие 1, полая лопасть 2, вращающаяся головка 3, второе отверстие 4, флюгер 5, труба 6, первое отверстие 7, фильтрующая головка 8, фильтр 9, входное отверстие 10, держатель 11, установочная часть 12.
Основными элементами устройства являются фильтрующая головка 8 и вращающаяся головка 3.
Фильтрующая головка 8 представляет собой объемное полое тело, в частном случае в виде усеченного конуса, со стороны меньшего основания которого выполнено входное отверстие 10, а со стороны большего из оснований которого выполнено первое отверстие 7. При этом, в частном случае, первое отверстие 7 и входное отверстие 10 выполнены соосно друг другу и фильтрующей головке 8. Входное отверстие 10 предназначено для входа в устройство потока воздуха из приземного слоя атмосферы. Входное отверстие 10 может быть выполнено любой формы, в частном случае входное отверстие 10 выполнено круглым. Первое отверстие 7 предназначено для выхода воздуха из фильтрующей головки 8. Первое отверстие 10 по периметру соединено с одним из концов трубы 6. При этом фильтрующая головка 8 выполнена сообщающейся с трубой 6 через первое отверстие 7. Первое отверстие 7 может быть выполнено любой формы, соответствующей форме поперечного сечения трубы 6. В частном случае первое отверстие 7 выполнено круглым. Внутри фильтрующей головки 8 между входным отверстием 10 и первым отверстием 7 расположен фильтр 9.
Фильтр 9 выполнен с обеспечением возможности оседания на нем загрязнений, например твердых аэрозолей, находящихся в воздухе (приземном слое атмосферы) и проходящем через фильтр 9. В качестве фильтра 9 может быть использована в частном случае фильтрующая ткань ФП (описание ткани ФП - фильтров Петрянова приведено, например на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%Dl%82%D1%80%D1% 8F%D0%BD%D0%BE%D0%B2-%D0%A1%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2,_%D0%98%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%8C_%D0%92%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87). Фильтр 9 располагают с обеспечением возможности перекрытия поперечного сечения фильтрующей головки 8. Фильтр 9 закрепляют в фильтрующей головке 8 таким образом, чтобы обеспечить наименьшее аэродинамическое сопротивление проходящего атмосферного воздуха, а также предотвратить смещение фильтра 9 в сторону первого отверстия 7 фильтрующей головки 8 потоком воздуха, поступающим через входное отверстие 10 и/или пониженным давлением, возникающим со стороны первого отверстия 7 за счет откачки воздуха из устройства в результате действия центробежных сил через полые лопасти 2, при вращении вращающейся головки 8 под действием ветра.
Труба 6 представляет собой пустотелый объект в виде стержня с размерами поперечного сечением меньшими, чем его длина. Труба 6 в поперечном сечении может иметь любую форму, соответствующую форме второго отверстия 4 и первого отверстия 7. Труба 6 одним из концов соединена с фильтрующей головкой 8 по периметру первого отверстия 7. Противоположным концом труба 6 соединена с побудителем расхода воздуха, в частности вращающейся головкой 3, по периметру второго отверстия 4. Труба 6, в частном случае, расположена соосно фильтрующей головке 8 и вращающейся головке 3. Труба 6 предназначена для соединения фильтрующей головки 8 и вращающейся головки 3 и транспортирования потока воздуха из фильтрующей головки 8 во вращающуюся головку 3. Труба 6 выполнена с обеспечением возможности крепления к ее внешней поверхности, т.е. поверхности обращенной наружу в сторону противоположную полости внутри трубы 6, держателя 11 и флюгера 5. При этом флюгер 5 и держатель 11 расположены по одну сторону от оси трубы 6.
Побудитель расхода воздуха состоит из вращающейся головки 3 и, по крайней мере, двух полых лопастей 2. Побудитель расхода воздуха установлен с обеспечением возможности прокачки воздуха через фильтрующую головку 8 (входное отверстие 10, фильтр 9, первое отверстие 7) и трубу 6.
Вращающаяся головка 3, в частном случае, выполнена в виде полого кругового цилиндра в одном из оснований которого выполнено второе отверстие 4. Второе отверстие 4 предназначено для соединения вращающейся головки 3 с трубой 6 по периметру второго отверстия 4. При этом второе отверстие 4 в частном случае выполнено соосно вращающейся головке 3. Второе отверстие 4 может быть выполнено любой формы, соответствующей форме поперечного сечения трубы 6. В частном случае второе отверстие 4 выполнено круглым. Вращающаяся головка 3 выполнена с обеспечением возможности размещения внутри нее счетчика оборотов вращающейся головки 3. Количество прошедшего через фильтр (через входное отверстие 10) воздуха пропорционально количеству оборотов вращающейся головки 3.
Счетчик количества оборотов установлен с возможностью определения количества оборотов вращающейся головки 3 с полыми лопастями 2 для дальнейшего пересчета количества оборотов в объем воздуха, прошедшего через входное отверстие 10. Вращающаяся головка 3 выполнена сообщающейся с полыми лопастями 2, присоединенными к вращающейся головке 3 по ее боковым (цилиндрическим) сторонам через соответствующие отверстия, выполненные во вращающейся головке 3 и в полых лопастях 2.
Полые лопасти 2 выполнены сложной формы, например близкой к форме лопастей авиационного пропеллера, имеющих внутреннюю полость с двумя отверстиями, выполненными на их концах и обеспечивающих сообщение полости с окружающей средой. Полые лопасти 2 выполнены с обеспечением возможности их вращения с вращающейся головкой 3 под воздействием перемещающихся атмосферных воздушных масс. Полые лопасти 2 выполнены сообщающимися с внутренним пространством вращающейся головки 3 через одно из указанных отверстий. Противоположное отверстие предназначено для сообщения полости внутри полой лопасти 2 с окружающей средой, т.е. для выхода потока воздуха из устройства, и является выходным отверстием 1.
Форма полых лопастей 2, их расположение относительно вращающейся головки 3 и соединение вращающейся головки 3 с трубой 6 выполнены с обеспечением возможности вращения вращающейся головки 3 с полыми лопастями 2 относительно трубы 6 под действием потоков перемещающихся воздушных масс (ветра).
Держатель 11 выполнен в виде стержня, в частном случае круглого поперечного сечения. Держатель 11 одним концом присоединен к трубе 6 со стороны ее внешней поверхности. Держатель 11 расположен перпендикулярно трубе 6. Держатель 11 присоединен к трубе 6 на расстоянии от фильтрующей головки 8 меньшем, чем расстояние от вращающейся головки 8 к держателю 11. Держатель 11 выполнен с обеспечением стационарного крепления пробоотборника. На противоположном конце держателя 11 выполнена установочная часть 12.
Установочная часть 12 может быть выполнена в виде конической части или острия, облегчающего установку устройства в земную поверхность. Установочная часть 12, в частном случае снабжена пластиной, выполненной в виде диска, надетого на держатель 11 соосно ему на некотором расстоянии от его конца, противоположного соединению держателя 11 с трубой 6. Указанная пластина предназначена для повышения устойчивости, предотвращения раскачивания, наклона или падения устройства под действием ветра, при его установке на земную поверхность. Установочная часть 12 выполнена с обеспечением возможности поворота устройства после его установки в земную поверхность относительно оси держателя 11 за счет воздействия потоков перемещающегося воздуха (ветра) на флюгер 5.
Флюгер 5 выполнен в виде пластины, присоединенной одним из ребер к трубе 6 параллельно ее оси, с обеспечением возможности поворота устройства по ветру. В частном случае флюгер 5 выполнен в виде четырехугольной пластины. Крепление флюгера 5 к трубе 6 выполнено по ту же сторону от оси трубы 6, что и крепления держателя 11 к трубе 6. При этом флюгер 5 располагают со стороны вращающейся головки 3 относительно держателя 11. Флюгер 5 предназначен для обеспечения постоянной ориентации входного отверстия 10 против направления естественного движения атмосферного воздуха (ветра) и поддержания условия изокинетичности, т.е. равенства скорости воздуха в атмосфере и на входе во входное отверстие 10 устройства.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом.
Устройство изготавливают описанным выше образом. Устройство устанавливают на местности, где необходимо производить измерения загрязнения воздуха. Устройство устанавливают установочной частью 12 в земную поверхность. При этом за счет выполнения установочной части 12 с острием облегчается установка устройства. Держатель 11 помещают в земную поверхность на глубину, равную расстоянию от конца держателя 11, противоположного соединению держателя 11 с трубой 6 до пластины, выполненной в частом случае в виде диска. За счет снабжения установочной части 12 указанной пластиной и ее прилегания к поверхности земли обеспечивается устойчивость устройства. При установке устройства обеспечивают возможность поворота устройства относительно оси держателя 11. При этом фильтрующую головку 8, трубу 6 и вращающуюся головку 3 располагают в приземном, (приповерхностном) слое над подстилающей поверхностью, т.е. поверхностью земли на высоте 1,5-2 м, в котором осуществляется основные виды (процессы) жизнедеятельности человека.
Потоки перемещающегося воздуха (ветра) воздействуют на поверхность флюгера 5. В результате воздействия воздушных потоков на флюгер 5 происходит поворот устройства вокруг оси держателя 11. При этом устройство поворачивается входным отверстием 10 навстречу движения воздуха в атмосфере (ветра). Потоки воздуха попадают в фильтрующую головку 8 через входное отверстие 10 проходят через фильтр 9.
Под воздействием ветра на полые лопасти 2, полые лопасти 2 поворачиваются вокруг оси устройства (вращающейся головки 3) приводя вращающуюся головку 3 во вращательное движение. Находящийся в полых лопастях 2 воздух через выходные отверстия 1 выбрасывается наружу. При этом возникает разрежение во вращающейся головке 3, трубе 6 и фильтрующей головке 8.
Таким образом внутри устройства возникает разрежение. За счет разрежения осуществляется подкачка воздуха при прохождении его через фильтр 9.
При прохождении воздушных масс через фильтр 9 частицы загрязняющего аэрозоля задерживаются на фильтре 9. Воздух после фильтра 9 поступает из фильтрующей головки 8 в трубу 6 через первое отверстие 7. Далее из трубы 6 через второе отверстие 7 воздух попадает во вращающуюся головку 3. Из вращающейся головки 3 под действием центробежных сил переходит в полые лопасти 2 и выводится из устройства через выходные отверстия 1. При этом при помощи счетчика оборотов, установленного во вращающейся головке 3, происходит определение количества оборотов, выполненных вращающейся головкой 3 с полыми лопастями 2 за время экспозиции прибора.
После экспозиции фильтр 9 вынимают из фильтрующей головки 3, и полученный образец используют для измерения суммарной активности собранных загрязнений (аэрозолей) на радиационной установке (определения интенсивности радиоактивного излучения собранными на фильтре частицами). Частное от деления измеренной суммарной активности аэрозоля на объем прокаченного через фильтр 9 воздуха, является искомой величиной объемной активности (концентрации) радиоактивной примеси в приземном слое атмосферы
Таким образом, выполнение устройства из фильтрующей головки с фильтром, вращающейся головки с полыми лопастями, трубы, флюгера и держателя с установочной частью обеспечивает автономность работы устройства, за счет осуществления прокачки воздуха через фильтр под действием тяги, создаваемой при вращении вращающейся головки с полыми лопастями под действием ветра без внешних источников энергии, например электропривода, а также автономную ориентацию устройства входным отверстием навстречу ветру, за счет использования в устройстве флюгера.