Устройство для экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей

Заявленное техническое устройство относится к области метеорологии и может быть использовано при мониторинге аэрозольного загрязнения приземной атмосферы.
Известно устройство для сбора сухих аэрозолей (патент РФ 2314511) в виде контейнера с депонирующим субстратом, выполненного из материала высокой теплоемкости и химически инертного к атмосферным компонентам, верхняя часть контейнера закрыта герметичной крышкой, а к открытой нижней части контейнера прикреплена сетка, на которую помещен субстрат, выполненный в виде формованных тонковолокнистых пластин с микропористой структурой из гидрофильного материала, имеющего более низкую теплоемкость чем материал, из которого выполнен контейнер, причем в верхней части боковой части контейнера выполнен ряд отверстий для формирования конвективных и турбулентных потоков воздуха внутри контейнера.
Описанные в изобретении пассивные пробоотборники аэрозолей развешиваются на ветвях или крепятся на стволах деревьев. Недостатком использования является невозможность экспонирования импульвераторов на открытых участках (луг, болото, лесная поляна).
Известно устройство для выявления кислотного загрязнения приземного слоя атмосферы в зимний период (патент РФ 2502059), включающее контейнеры с крышками и депонирующим субстратом, конструкцию из стоек и поперечин, жестко скрепленных между собой, при этом контейнеры для сбора сухих аэрозолей неподвижно закреплены на несущих перекладинах на расстоянии, обеспечивающем образование планшетообразной поверхности. Устройство снабжено растяжками для обеспечения устойчивости к ветровым нагрузкам.
Известное устройство применяется для сбора кислотных загрязнений приземного слоя, имеет ограниченную площадь опробования воздуха и не может быть использовано при мониторинге аэрозольного загрязнения атмосферы.
Наиболее близким аналогом является устройство для экспонирования контейнеров для сбора сухих аэрозолей на безлесных территориях (патент РФ 2459191), включающее стойки с закрепленными на них консолями с установленными контейнерами. Консоли выполнены из металлических стержней, которые установлены на жесткой конструкции, состоящей из стоек и поперечин, прочно соединенных между собой. Для увеличения площади опробования воздуха в приземном слое воздуха стойки с поперечинами образуют пространственную точечную, или кольцевую, или радиальную, или триангуляционную, или решетчатую структуру, обеспечивающую устойчивость ветровым нагрузкам. Устройство снабжено растяжками, обеспечивающими устойчивость к ветровым нагрузкам. Контейнеры для пассивного сбора сухих аэрозолей (импульвераторы) крепятся на консолях, при этом каждый контейнер содержит химически инертный сорбент в виде формованных тонковолокнистых пластин с микропористой структурой из гидрофильного материала.
Недостатком выбранного прототипа является то, что импульвераторы подвешиваются к консолям с помощью веревочной петли. Такое крепление не позволяет использовать импульвераторы с порошковыми сорбентами, которые при раскачивании ветром сильно рассеиваются, что существенно ограничивает их применение в зонах с высокой ветровой нагрузкой. Кроме того, известное устройство не позволяет увеличить площадь опробования воздуха в приземном слое при мониторинге.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении эффективности применения устройства в зонах с повышенной ветровой нагрузкой для импульвераторов с порошковыми сорбентами при мониторинге воздуха за счет обеспечения возможности многоуровнего опробования.
В этом состоит технический результат.
Технический результат достигается тем, что устройство для экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей, включающее трубчатые стойки и поперечины, прочно соединенные между собой и имеющие наружные растяжки для обеспечения устойчивости, согласно полезной модели соединение стойки с поперечиной выполнено опрессовкой, для этого в каждой стойке выполнено глухое отверстие размером равным внешнему диаметру поперечины, при этом поперечины соединены попарно, каждая пара поперечин образует ярус для экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей, по меньшей мере, на двух ярусах жестко закреплены на поперечинах несущие перекладины, расстояние между которыми равно ширине пассивного пробоотборника аэрозолей с расчетом того, чтобы крышки пассивных пробоотборников аэрозолей образовывали планшетообразную поверхность. Устройство содержит прижимную ячеистую решетку соразмерную планшетообразной поверхности, шарнирно закрепленную на одной из поперечин каждого яруса и имеющую по противоположному краю люверсы для фиксирования прижима пассивных пробоотборников аэрозолей нейлоновыми стяжками к поперечине. Для обеспечения жесткости и устойчивости конструкции в условиях сильных ветров, устройство для экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей содержит крепежный узел внутри периметра устройства, содержащий деревянный штырь, забиваемый в землю, в торец которого ввинчено металлическое кольцо, к которому крепятся внутренние растяжки, соединенные со стойками. Для уменьшения габаритов устройства при транспортировке стойки могут быть составными.
Устройство поясняется чертежом. На фиг. 1 представлено устройство экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей.
Устройство для экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей включает трубчатые стойки (1) и поперечины (2), соединение стойки с поперечиной под прямым углом одна к другой выполнено опрессовкой, для этого в каждой стойке выполнено глухое отверстие (на чертеже не показано) размером равным внешнему диаметру поперечины, для неподвижной установки пассивных пробоотборников аэрозолей используют несущие перекладины (3), при этом несущие перекладины (3) каждого яруса жестко соединены с двумя трубчатыми поперечинами (2) образуя прочную конструкцию на каждом ярусе экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей. Таких ярусов, должно быть не меньше двух. Крепежный узел (4) внутри периметра устройства состоит из деревянного штыря с ввинченным металлическим кольцом в торце деревянного штыря, к которому крепятся внутренние растяжки (5), обеспечивающие дополнительную жесткость конструкции. Для облегчения транспортировки в полевых условиях угловые стопки могут быть выполненных из составных частей. От потери пассивных пробоотборников аэрозолей при сильных ветрах, устройство снабжено ячеистой решеткой, шарнирно закрепленной на одной из поперечин каждого яруса и имеющей по противоположному краю люверсы для фиксирования прижима пассивных пробоотборников аэрозолей нейлоновыми стяжками к поперечине. Примеры полевых испытаний устройства показаны на фотографиях фиг. 2 и 3.
Пример 1. На ключевом участке в приграничной зоне лес-поле, характеризующейся активным ветровым режимом, организована аэрозольная площадка, представляющая собой огороженный лесной участок площадью 30-50 м очищенной от валежника. В центре участка устанавливают центральную конструкцию устройства из стоек (1) и поперечин (2). На парные поперечины каждого яруса жестко крепят несущие перекладины (3) с расстоянием между ними равным ширине пробоотборников. Затем внутри периметра устройства создают крепежный узел (4). Для этого в центре периметра вбивают деревянный штырь, в торец которого ввинчивают кольцо. К нему крепятся внутренние растяжки (5), соединенные со стойками (1). После этого производят загрузку пассивных пробоотборников порошковым сорбентом. Для этого внутрь контейнера (импульвератора) устанавливают круглый ложемент с порошковым сорбентом, после чего закрывают крышкой, защищающей порошок от атмосферных осадков. В верхней части корпуса импульвератора имеется выступ, который позволяет устанавливать пассивные пробоотборники на несущие перекладины с расчетом того, чтобы крышки пассивных пробоотборников аэрозолей образовывали планшетообразную поверхность. Чтобы исключить потерю пассивных пробоотборников аэрозолей в условиях сильного ветра на планшетообразную поверхность, составленную из крышек контейнеров, устанавливают прижимную ячеистую решетку соразмерную планшетообразной поверхности, шарнирно закрепленную на одной из поперечин каждого яруса и имеющую по противоположному краю люверсы для фиксирования прижима пассивных пробоотборников аэрозолей нейлоновыми стяжками к поперечине. На фиг. 2 показано устройство экспонирования пассивных пробоотборников аэрозолей с порошковыми сорбентами для мониторинга атмосферной радиоактивности в приземном слое воздуха путем оценки удельной активности искусственных и естественных радионуклидов в стоке сухих аэрозолей при их поступлении в хвойный древостой. Наблюдения начаты в 2017 г. их завершение - 2019 г.
Пример 2. В центральной части луга внутри ограждения обустроена аэрозольная площадка аналогично Примеру 1. Площадка расположена рядом с постом мониторинга состава воздуха с целью проведения параллельных с аэрозольным спектрометром Grimm 1.1 OS измерений. Цель исследований анализ изменчивости соотношения водо- и кислоторастворимых фракций в аэрозольном стоке с последующей сравнительной оценкой информативности активного и пассивного методов отбора аэрозоля. Первые результаты этих совместных параллельных полевых исследований, полученные с сентября до ноября 2016 г. выявили различия в соотношениях металлов в водо- и кислоторастворимой фракциях, которые позволяют обоснованно предположить, что водорастворимая фракция больше отражает субмикронную фракцию аэрозоля, тогда как кислоторастворимая - грубодисперсную. Полученные результаты повышают информативность интерпретации результатов измерения счетно-массовой концентрации аэрозольными спектрометрами серии Grimm и анализа химического состава аэрозольного стока с помощью пассивных методов отбора, что расширяет возможности аэрозольного мониторинга в фоновых районах.
Экспериментальные исследования данного устройства показали достоверное повышение ею надежности и эффективности при эксплуатации в зонах с высокой ветровой нагрузкой при применении порошковых сорбентов.