УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к устройствам для отбора проб атмосферного воздуха, и может быть использована для контроля чистоты воздушной среды в городах и на промышленных площадках предприятий и транспортных магистралях.
Известно устройство для автоматического отбора проб атмосферного воздуха, содержащее воздушную магистраль, побудитель расхода, измеритель расхода, накопитель примесей и блок управления (Авторское свидетельство СССР N 1265520, МПК G 01 N 1/22, 1986). Недостатки этого устройства большая трудоемкость и невысокая достоверность отбора проб.
Известно также устройство для автоматического отбора проб атмосферного воздуха, содержащее воздушную магистраль, распределитель воздуха, блок пневмоклапанов, блок накопителей примесей с каналами отбора, блок стабилизации расхода, соединенный с побудителем расхода, и блок управления, включающий блок времени (Бронштейн Н.Н., Александров Н.Н. Современные средства измерения загрязнений атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с.44-46).
Недостатком устройства является необходимость доставки и регулярной замены непосредственно на месте отбора проб большого количества (32 шт.) накопителей примесей. Обслуживание приборов при этом достаточно трудоемко, надежность подсоединения накопителей невысока, при этом часто нарушается герметичность соединения. В устройстве используется 32 пневмоклапана по числу накопителей примесей, что усложняет блок управления. В устройстве отсутствуют регуляторы расхода, что является неудобным при эксплуатации. Изменение расхода воздуха производится дискретно, путем замены "критических" сопел. Использование "критических" сопел для стабилизации расхода требует использования достаточно мощного побудителя расхода, что приводит к резкому увеличению габаритов, веса и потребляемой мощности устройства. Достоверность отобранных проб зависит при этом от погрешности измерения времени отбора проб, режима работы "критических" сопел и квалификации обслуживающего персонала.
Данный недостаток устранен в устройстве для автоматического отбора проб атмосферного воздуха по патенту РФ №2057314, МПК G 01 N 1/22 от 27.03.1996. Он содержит воздушную магистраль, блок пневмоклапанов, блок накопителей примесей с каналами отбора, Распределитель воздуха, блок пневмоклапанов и блок накопителей примесей выполнены в виде автономного сменного модуля, заменяемого после окончания циклов отбора проб. В модуле блок пневмоклапанов установлен перед блоком накопителей примесей. Количество пневмоклапанов соответствует числу циклов отбора. Устройство содержит также
блок стабилизации расхода, включающий регуляторы расхода по каждому каналу отбора, воздушный коллектор и измеритель суммарного расхода, и соединенный с побудителем расхода. Устройство включает блок управления с блоком времени.
Однако данное устройство обладает низкой надежностью. Это объясняется его сложным устройством, т.к. оно содержит большое количество деталей и воздушных линий, что требует необходимости их пневмопереключения и разработки для него специальной системы управления.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Устройство для автоматического отбора проб атмосферного воздуха» (патент РФ №48414, МПК G 01 N 1/22 от 01.07.2005).
Данное устройство содержит воздушную магистраль, распределитель воздуха, блок пневмоклапанов, блок накопителей примесей с каналами отбора, блок стабилизации расхода, побудитель расхода и блок управления. В свою очередь блок накопителей примесей с каналами отбора выполнены в виде сорбционных патронов с несколькими типами различных сорбентов, причем пневмоклапаны установлены как на их входе, так и на их выходе, а блок стабилизации расхода и побудитель расхода выполнены в виде аспиратора, при этом блок управления соединен как с аспиратором, так и с блоком пневмоклапанов.
Данное устройство для автоматического отбора проб атмосферного воздуха позволяет выполнить большое число циклов отбора проб за счет возможности установки дополнительных сорбционных патронов, каждый из которых позволяет исследовать различные типы органических и неорганических соединений за счет применения в одном сорбционном патроне нескольких типов сорбентов. Достоверность пробы повышается, т.к. сорбционный патрон открывается только на период ее отбора. Надежность работы устройства повышается за счет сокращения числа его блоков. Эксплуатационные характеристики устройства улучшаются, т.к. используется выпускаемый и аттестованный промышленностью аспиратор, что приводит к сокращению трудоемкости выполняемых операций.
Недостатком данного устройства является большое время, необходимое для проведения качественного анализа пробы.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства, заключающееся в сокращении времени для проведения качественного анализа пробы.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в следующем:
- возможности поглощения различных типов органических и неорганических соединений за счет применения в одном сорбционном блоке нескольких типов плоских индикаторных
элементов;
- улучшении метрологических характеристик пробоотбора за счет уменьшения числа клапанов в 2 раза и исключения воздушной магистрали;
- возможности одновременного проведения большого числа отбора проб на наличие заражения различными отравляющими веществами за счет возможности установки плоских индикаторных элементов различных типов.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для отбора проб атмосферного воздуха содержит блок пневмоклапанов, блок сорбционных элементов, аспиратор и блок управления. При этом блок сорбционных элементов выполнен в виде плоских индикаторных элементов с разнообразным сорбирующим составом для распознавания наличия различных отравляющих веществ и размещенных в сквозных отверстиях корпуса сорбционного блока, верхняя часть которого закрыта вращающейся крышкой, в которой проделаны соответствующие отверстия для прохода атмосферного воздуха через плоские индикаторные элементы, причем пневмоклапаны установлены только на их выходе.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пробоотборника, на фиг.2 показан вид сверху на сорбционный блок с закрытыми отверстиями пробоотборника в его исходном состоянии и на фиг.3 - с открытыми отверстиями пробоотборника во время отбора пробы,
где: 1 - сорбционный блок;
2 - плоские индикаторные элементы;
3 - крышка;
4 - отверстие в крышке;
5 - пневмоклапаны;
6 - блок управления;
7 - аспиратор;
Основным элементом устройства для отбора проб атмосферного воздуха является сорбционный блок 1, в котором размещаются плоские индикаторные элементы 2, Сорбционный блок 1 представляет собой цилиндрический полый барабан, в котором выполнены отверстия для размещения плоских индикаторных элементов 2. Размеры корпуса определяются количеством элементов 2, которые необходимо испытывать в первую очередь (фиг.1). К основным техническим характеристикам плоских индикаторных элементов 2 можно отнести время обнаружения (не более 5 мин), время сохранения индикационного эффекта (не менее 10 мин), малые габаритные размеры (0×30мм), масса (5г), интервал рабочих температур (-40...+40°С), гарантийный срок хранения (2...10) лет.
Действие индикаторных плоских элементов 2 основано на сочетании различных
физико-химических принципов. По своим аналитическим характеристикам они не уступают индикаторным трубкам и превосходят их по тактико-аналитическим характеристикам, стоимости и простоте конструкции. С 2003 года они рекомендованы для замены индикаторных трубок.
Комплект индикаторных плоских элементов состоит из пяти индикаторных элементов, герметично упакованных во влаго- и воздухонепроницаемый чехол в виде ленты. Чехол разделен перфорацией на пять отсеков, снабженных надрезом для удобства вскрытия и маркировкой. Каждый комплект снабжен инструкцией по эксплуатации.
Комплекты индикаторных плоских элементов предназначены для обнаружения и оценки степени опасности заражения отравляющими и сильнодействующими ядовитыми веществами типа ФОВ (зарин, зоман и V-газы), иприт, люизит, фосген (дифосген), CS, CR, BZ, синильная кислота (хлорциан), хлор, аммиак, хлорацетофенон, адамсит, гептил, окись углерода, азотистый иприт, окислы азота, самин для воздуха, местности, военной техники в условиях умеренного и холодного климата.
Снаружи корпус закрыт крышкой 3, которая предохраняет плоские индикаторные элементы 2 от внешних возмущений и инородных тел в его как в исходном состоянии пробоотборника, так и после отбора проб. В корпусе крышки 3 выполнены отверстия 4, которые осуществляют проход воздуха через плоские индикаторные элементы 2 на рабочем режиме устройство для отбора проб атмосферного воздуха. Отверстия выполнены на крышке 3 по окружности.
В нижней части корпуса выполнены аналогичные отверстия, которые через пневмоклапаны 5 объединены в единую воздушную систему. Пневмоклапаны 5 предназначены для непосредственной подачи воздуха к конкретному плоскому индикаторному элементу 2 в процессе пробоотбора и его герметизации по окончанию пробоотбора. Управление пневмоклапанами 5 осуществляет блоком управления 6 который предназначен для подключения заданных плоских индикаторных элементов 2 для пробоотбора и их дальнейшей герметизации, а также настройки аспиратора 7 к работе, его работе и выключению.
В качестве побудителя расхода воздуха используется аспиратор 7, который одновременно определяет и поддерживает заданное значение расхода, а также время пробоотбора, т.е. он включает в себя таймер, расходомер и побудитель расхода воздуха. Таким образом, аспиратор 7 предназначен для прокачки воздуха через плоские индикаторные элементы 2 в течение заданного времени и с заданным значением расхода.
В исходном состоянии плоские индикаторные элементы 2 закрыты крышкой 3, аспиратор 7 не работает, пневмоклапананы 5 отключены (фиг.2).
Устройство работает следующим образом.
Для отбора проб атмосферного воздуха необходимо подать команду от системы управления 6 на проворот крышки 3 и срабатывание требуемого пневмоклапана 5 и подключить его для пробоотбора (фиг.3). Ячейки с плоскими индикаторными элементами 2 сообщаются с атмосферой. Одновременно устанавливается время включения этого канала для отбора пробы воздуха и величина объемного расхода воздуха, проходящего через него, а также включается побудитель расхода воздуха, установленный в аспираторе 7. По достижении заданного на блоке управления 6 объема расхода воздуха, измеряемого расходомером, происходит выключение побудителя расхода аспиратора 7. Одновременно пневмоклапан герметизирует данный плоский индикаторный элемент 2, что повышает достоверность взятой пробы. В случае нахождения в атмосферном воздухе признаков того отравляющего вещества, на которое настроена работа данного индикаторного элемента 2, происходит изменение цвета его сорбирующего состава. По изменению цвета можно сразу же выполнить качественную и некоторую количественную оценку нахождения отравляющих веществ в атмосферном воздухе.
Далее цикл отбора по сигналам блока управления повторяется по другому каналу отбора проб. Если параметры прокачиваемого воздуха через несколько индикаторных элементов 2 совпадают, то их можно подключить одновременно.
Данное устройство может быть использовано при дистанционном управлении для получения оперативной информации оценки загрязнения атмосферы с целью принятия дальнейшего решения.
Таким образом, устройство для отбора проб воздуха позволяет одновременно выполнить большое число разнообразных отборов проб за счет установки плоских индикаторных элементов различных типов, каждый из которых позволяет исследовать различные типы органических и неорганических соединений. Метрологические характеристики пробоотбора, а также надежность его работы улучшаются за счет уменьшения числа клапанов в 2 раза, а также исключения воздушной магистрали. Быстродействие пробоотборника увеличивается, т. к. его результат становится очевидным сразу же после прокачивания воздуха через плоские индикаторные элементы. Достоверность проб повышается, т.к. плоские индикаторные элементы открываются только на период отбора. Эксплуатационные характеристики устройства улучшаются, т.к. используется выпускаемый и аттестованный промышленностью аспиратор и плоские индикаторные элементы.