УСТРОЙСТВО МНОГОПОЗИЦИОННОГО БЕСКЛАПАННОГО ДОЗАТОРА
MULTI-POSITION VALVELESS DISPENSER

3
2
4
4
3
Многопозиционный бесклапанный дозатор предназначен для многопозиционного дозирования в технологические кассеты, например КСМ КММ, КБМ и др., разбавленных кислот (HNO, HSO, HCl и др., кроме плавиковой), растворов щелочей (NaOH, KOH, NHOH и др.) и солей, а также почвенных экстрагентов объемами до 100 см.
Область применения изобретения относится к агрохимическим методам анализа почв с использованием поточной технологии аналитических работ для оценки плодородия земель сельскохозяйственного назначения.
Устройство, например, может эффективно использоваться в аналитических лабораториях, проводящих массовые анализы химического состава почв (лаборатории агрохимслужбы, санэпидемслужбы, службы экологии, лаборатории проектно-изыскательских служб, учебных и исследовательских учреждений и других ведомств).
Известно дозирующее устройство ДЖ-10 для дозирования почвенных экстрагентов при подготовке почвенной пробы к массовому химическому анализу (Автоматизация аналитических работ и приборное обеспечение мониторинга плодородия почв и качества продукции растениеводства. Москва. Агробизнесцентр. 2010. Стр. 110. Авторы Ю.М.Логинов, А.Н.Стрельцов).
3
Дозирующий элемент этого устройства представляет неподвижный цилиндр из полупрозрачного пластика без конического наконечника. Регулировка дозы в этом устройстве осуществляется изменением глубины погружения сливной трубки в дозирующей элемент. Точность дозирования этого устройства составляет 1% при дозе 100 см, что является недостаточно удовлетворительной точностью. Нами была поставлена цель повысить точность дозирования.
В предлагаемом нами устройстве точность составляет 0,5%.
Конструкция и работа многопозиционного бесклапанного дозатора.
Десятипозиционный дозатор (фиг.3) состоит из герметичного коллектора (камеры) (1, фиг.1-3) в виде квадратного профиля (трубы) из прозрачного оргстекла или карбоната. Коллектор крепится на двух боковых вертикальных стойках 20, соединенных с массивным основанием 21. К этим же стойкам с боковых сторон крепится подъемный механизм кассет, состоящий из двух зубчатых ременных передач 22 (фиг.3). Внизу коллектора с шагом в 45 мм установлены 10 дозирующих элементов 4 (фиг.3), состоящих из неподвижного штока 16 и подвижного цилиндра 18 (фиг.1). Шток с помощью кольцевого силиконового уплотнителя и резьбового соединения герметично крепится снизу к коллектору. Трубка штока входит внутрь коллектора примерно на 15 мм и обеспечивает набор дозы после слива лишней жидкости из коллектора. Цилиндр 18 с конусным наконечником 14 (фиг.1) с помощью кольцевых силиконовых уплотнителей 13 (фиг.1-2) герметично соединен со штоком.
Дозирующий элемент предлагаемого мнопозиционного бесклапанного дозатора показан на фиг.1. Цилиндр дозирующего элемента имеет возможность передвигаться вдоль штока, обеспечивая тем самым установку объема необходимой дозы. Объем 19 (фиг.1) дозы будет находиться между концом сливной трубки и отверстием трубки штока, которая находится внутри коллектора. Для повышения точности дозирования при установке необходимой дозы конец сливной трубки всегда должен находиться, примерно, на середине длины конусного наконечника.
Вверху коллектора имеется 10 резьбовых отверстий, через которые с помощью ввинчивающихся пробок 17 (фиг.1) и герметичных уплотнителей вставлены сливные трубки, опущенные в дозирующие элементы до середины длины конусного наконечника. Высота сливных трубок 2 над крышкой коллектора 1 (фиг.3) определяется величиной давления воздуха в коллекторе при поступлении жидкости из бутыли в коллектор (при небольшой высоте сливных трубок будет самопроизвольный слив доз).
В крышке коллектора имеется отверстие с винтовым герметичным соединением для штуцера 23 (фиг.3), который с помощью трубки 24 (фиг.3) соединяет внутренний объем камеры коллектора с переключающим воздушные потоки краном 12 (фиг.3), который обеспечивает при определенных положениях ручки крана создание в коллекторе давления воздуха от компрессора или напуск атмосферного воздуха.
Внизу коллектора с противоположных сторон имеются входной и выходной штуцера для поступления и слива жидкости.
Внутри коллектора с правой стороны имеется перепускная трубка 15 (фиг.2), которая обеспечивает уровень жидкости в камере коллектора, необходимый для заполнения дозирующих элементов через входные отверстия штоков. При переполнении внутреннего коллектора жидкостью она сливается через эту трубку по трубке 6 в приемную емкость 11.
На боковых стойках 20 (фиг.3) блока дозирования имеются кронштейны 25 (фиг.3), на которые устанавливаются технологические кассеты.
Трубчатый коллектор, дозирующие элементы, сливные трубки и штуцера выполнены из полимерных химически стойких материалов и плексигласа или поликарбоната, который стоек к кислотам (в том числе и уксусной) и щелочам.
На боковой стороне коллектора имеется многоходовой кран 12 (фиг.2), переключающий воздушные потоки, создаваемые компрессором (насосом). Один из штуцеров крана постоянно соединен с накачивающим воздух компрессором 3, второй штуцер соединен с входом в герметично закрытую бутыль с дозируемой жидкостью 7 (фиг.2), а третий с входом в коллектор. В зависимости от положения и фиксации ручки этого крана в коллектор под давление может поступать жидкость из бутыли или воздух для создания давления в коллекторе, которое обеспечивает слив жидкости из дозирующих элементов в емкости технологических кассет. Одно из положений ручки крана обеспечивает соединение внутреннего объема коллектора с атмосферой.
Общая схема работы дозатора поясняется фиг.2. В начале работы открывают краны 10 (ВМ1 и ВМ2), а ручку крана 12 устанавливают в положение для соединения внутреннего объема коллектора 1 с атмосферой. Затем поворачивают рукоятку крана 12 в положение для создания давления в бутыли 7 с дозируемой жидкостью и включают компрессор 3. Подаваемое через шланг 8 давление воздуха над жидкостью в бутыли выталкивает ее по шлангу 9 в коллектор, заполняя дозирующие элементы 4. После заполнения всех дозирующих элементов выключают компрессор, соединяют камеру коллектора с помощью крана 12 с атмосферой и следят, чтобы все остатки жидкости в коллекторе 1 слились в емкость 7 через шланг 9 с краном 10. Шланги 8 и 9, соединяющие коллектор с бутылями 7 и 11, перекрывают кранами или клапанами; поворачивают рукоятку крана 12 в положение для создания давления воздуха в коллекторе 1 и включают компрессор 3, накачивая воздух в коллектор. При этом отмеренная жидкость под давлением воздуха сливается из дозирующих элементов 4 через сливные трубки 2 в приемные емкости 5-10 технологических кассет.
Быстрота и равномерность заполнения дозирующих элементов жидкостью обеспечивается производительностью насоса.
Объем дозы можно регулировать, опуская или поднимая подвижный цилиндр вдоль неподвижного штока, так чтобы конец сливной трубки обязательно находился примерно на уровне середины длины конусного наконечника. Внутренний диаметр наконечника намного меньше внутреннего диаметра основного цилиндра. Соответственно, площадь отбора жидкости уменьшается, уменьшая тем самым погрешность дозирования.
Компрессор (насос воздушный мембранный) входит в состав дозатора как серийное изделие и описывается в отдельном руководстве пользователя. Вместо него можно использовать перистальтический насос с несколько измененной гидравлической схемой, здесь не указанной.
Порядок установки и подготовка к работе дозатора десятипозиционного типа ДЖ-10.
Устройство следует устанавливать на ровной горизонтальной поверхности, в сухом отапливаемом помещение со стандартными условиями температуры и влажности, принятыми для химико-аналитических лабораторий.
Для установки и подготовки устройства к работе необходимо последовательно выполнить следующие операции.
Соединить блок дозирования, насос и бутыли между собой гидравлическими и воздушными шлангами в соответствии со схемой коммуникационных соединений (фиг.2).
Опустить заборный и сливной шланги в приемные емкости с дистиллированной водой. Для дистиллированной воды желательно иметь емкость не менее 10 л, для экстрагента - не менее 20 л. Плотно завинтить крышку со штуцерами в горловину бутыли с дистиллированной водой.
Открыть краны шлангов, соединяющих коллектор с бутылями.
Соединить коллектор с атмосферой с помощью рукоятки многоходового крана, находящегося с правой стороны коллектора.
Поставить на кронштейны дозирующего устройства технологическую кассету, проследив, чтобы сливные трубки попадали в отверстия емкостей и были погружены на 10 мм внутрь емкости.
Повернуть рукоятку крана в положение накачки жидкости в коллектор (вертикальное положение) и включить насос.
Проследить за равномерностью и быстротой наполнения водой дозирующих элементов и герметичностью соединений.
При большом потоке жидкости следует периодически выключать насос в период заполнения емкостей.
После заполнения всех дозирующих элементов выключить насос, повернуть рукоятку крана переключающего потоки в нейтральное положение (соединить с атмосферой) и слить в приемную емкость остатки жидкости из коллектора.
Закрыть краны шлангов, соединенных с бутылями.
Перевести рукоятку переключения крана в положение для создания давления в коллекторе и включить насос.
Проследить за сливом жидкости в емкости технологических кассет. Жидкость должна сливаться из всех дозирующих емкостей до конца (до уровня конца сливной трубки, находящейся в конусном наконечнике).
Установка дозы жидкости.
Подготовить технологическую кассету КСМ для взвешивания ее емкостей с дозой жидкости. Для этого необходимо вынуть емкости из гнезда технологической кассеты, надписать на них номера в соответствии с номером гнезда и взвесить на весах Е-200 (или аналогичных с погрешностью взвешивания 3-5 мг), используя специальную подставку.
После взвешивания пустой емкости вставить ее до половины высоты в соответствующее гнездо кассеты, чтобы легко было вынимать после заполнения дозой жидкости.
Поставить подготовленную технологическую кассету на кронштейн блока дозирования и произвести дозирование дистиллированной воды в емкости кассеты, как указано выше.
Взвесить каждую заполненную емкость на весах, как указано выше.
Вычислить погрешность дозирования и в случае отрицательных результатов отрегулировать соответствующий дозирующий элемент, поднимая или опуская подвижный цилиндр вдоль штока и сливную трубку так, чтобы конец ее находился примерно на середине длины конусного наконечника.
После получения положительных результатов необходимо освободить блок дозирования от воды, слив всю воду из коллектора через сливные шланги и из дозирующих емкостей. Опустить заборный и сливной шланги в приемную емкость с экстрагентом и произвести несколько циклов дозирования для промывки дозирующих элементов и гидравлической системы от остатков дистиллированной воды.
Дозатор готов к работе. После завершения работы при длительном перерыве в эксплуатации дозатор необходимо промыть дистиллированной водой, как описано выше.
Таким образом, нами предлагается устройство многопозиционного бесклапанного дозатора, состоящее из герметичного трубчатого коллектора (1, фиг.1 - фиг.3) в виде квадратного или цилиндрического профиля из прозрачного химически стойкого материала (стекло, оргстекло, карбонат и др.), в который закачивается дозируемая жидкость, а внизу, с наружной стороны коллектора, герметично крепятся дозирующие элементы (4, фиг. 2-3), в которые через верхнюю крышку коллектора опущены трубки (2, фиг.1; 2, фиг.2-3) для слива дозы при повышении давления воздуха в коллекторе, отличающееся тем, что дозирующие элементы имеют неподвижный шток 16 (фиг.1) с продольным сквозным отверстием, через который проходит сливная трубка 2 и вытесняется под давлением воздуха заполненный дозируемый объем жидкости 19, и подвижный цилиндр 18 (фиг.1) из указанного материала, который имеет конусный наконечник 14 (фиг.1) малого диаметра, в котором всегда находится сливная трубка 2 (фиг.1) в результате возможности перемещения цилиндра вдоль штока, что позволяет быстро установить необходимую дозу и более чем в два раза повысить точность дозирования.