УСТРОЙСТВО ОТБОРА ВОЗДУШНЫХ ПРОБ

Полезная модель относится к устройствам отбора проб воздуха и может применяться в системах контроля чистоты воздушной среды в городах и на промышленных площадках предприятий и транспортных магистралях.
Известно устройство для отбора пробы летучего вещества с диффузионным телом и устройством для адсорбирования летучего вещества (Европейский патент 714020 от 22.11.95 МПК G01N 1/24, опубл. 29.05.96 "Изобретения за рубежом №20/9, вып.84). Устройство представляет собой диффузионный корпус цилиндрической формы, в котором расположено адсорбционное средство таким образом, что диффузионный путь адсорбционных летучих веществ образован радиально-симметрично. Адсорбционное средство покрыто проволочной нержавеющей сеткой, при этом адсорбционное средство установлено концентрично диффузионному корпусу, а диффузионный корпус представляет собой пористую полимерную поверхность. Диффузионный корпус с обоих концов закрыт колпачками, на одном из них выполнено отверстие.
К недостаткам такой конструкции следует отнести следующие. Отсутствие сменного дозирующего элемента, позволяющего отбирать требуемое количество влаги для назначенного времени экспозиции в условиях изменения сезонной влажности воздуха. Нестабильность градуировочного коэффициента, связанная с изменением проницаемости диффузионного корпуса из-за технологических разбросов размеров пор и засорения пор в процессе экспозиции на открытой местности, что в итоге приводит к неточности определения средней концентрации за время экспозиции отбираемого вещества из воздуха.
Известен пробоотборник пассивный («Пост пробоотборный», полезная модель №15023 от 23.02.2000, опубликована в БИ №25 10.09.2000). Он представляет собой емкость, заполненную поглотителем, сообщенную с окружающим воздухом с помощью отверстий, выполненных на двух противолежащих торцах емкости. Пробоотборник пассивный предназначен для отбора трития в виде газа, а
поглотителем выбран твердый окислитель, обеспечивающий низкотемпературное окисление водорода и твердым сорбентом паров воды.
Поскольку поверхности сорбции в данной конструкции пробоотборника расположены на торцах пробоотборника в виде плоскости, пробоотборник не обеспечивает равномерное распределение диффузионного потока к поверхности сорбции. В результате этого происходит изменение среднеинтегрального пути диффузионного потока к поверхности сорбции в процессе насыщения сорбента, особенно при высоких значениях влажности воздуха и относительно небольшом времени экспозиции.
Известно устройство для отбора проб воздуха (патент РФ №2237879 «Пробоотборник пассивный», МПК G01N 1/22 от 10.10.2004). В нем обеспечивается линейная зависимость набора пробы от времени экспозиции, а также пропорциональность между скоростью поступления в пробоотборник и концентрацией отбираемого вещества в воздухе при уменьшенном времени экспозиции. Он состоит из емкости, дозирующего элемента, выполненного в виде пластины с отверстием, съемного кольца, фиксирующего пластину, сорбционного узла, состоящего из корпуса и двух элементов равномерного распределения потока, поглотителя. В процессе хранения и доставки пробоотборника к месту проведения пробоотбора вместо кольца устанавливается резьбовая пробка с прокладкой, тем самым герметизируя внутреннюю полость пробоотборника. Его недостатком является невозможность одновременного определения нескольких вредных веществ, находящихся в воздухе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Универсальный пробоотборник для отбора проб воздуха» (патент РФ на полезную модель №49622, бюл. №33 от 27.11.2005). Основными частями такого пробоотборника являются емкость с противолежащими по торцам отверстиями, дозирующий элемент и сорбционный узел, установленные в корпус. Установленные сорбционные кольца представляют собой снаряженный поглотителем сорбционный узел. Затем устанавливают дозирующий элемент. Входные отверстия пробоотборника закрывают
герметизирующими резьбовыми пробками и доставляют на место пробоотбора. На месте пробоотбора пробоотборник освобождают от пробок, на место которых устанавливают кольца, фиксирующие дозирующие элементы. Совмещение нескольких типов сорбентов для разного класса органических соединений уменьшает время пробоотбора и как следствие, ускоряет доставку пробы для дальнейшего анализа.
Недостатком этого устройства является сложность эксплуатации, связанная с разборкой пробоотборника до и после отбора проб, а также наличие большого свободного внутреннего объема, что является нецелесообразным для его использования применительно к беспилотным летательным аппаратам.
Задачей полезной модели является упрощение эксплуатации пробоотборника и расширение диапазона определения вредных веществ.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени подготовки пробоотборника к работе, в уменьшении времени качественного проведения анализа за счет объединения сорбционных патронов с прозрачными корпусами в единый сорбционный узел.
Поставленная задача достигается тем, что устройство отбора воздушных проб содержит корпус, дозирующий элемент и сорбционный узел. При этом сорбционный узел выполнен из набора сорбционных патронов цилиндрической формы одинаковых геометрических размеров с различными сорбентами, улавливающими разные классы органических веществ и размещенные в выдвижном блоке таким образом, что их оси симметрии параллельны оси устройства, при этом на выходе сорбционных патронов установлены сетчатые элементы с различным пневмосопротивлением, а корпус выполнен разъемным.
На фиг.1 представлено устройство отбора воздушных проб в исходном положении, на фиг.2 - его сечение на уровне сорбционного узла и на фиг.3 - положение пробоотборника при изъятии сорбционных патронов,
где: 1 - корпус;
2 - стяжные болты;
3 - входной патрубок;
4 - выходной патрубок;
5 - дозирующий элемент;
6 - устройство для равномерного распределения воздуха;
7 - сорбционный узел;
8 - сорбционный патрон;
9 - направляющие для сорбционного узла.
При этом корпус 1 устройства отбора воздушных проб состоит из двух частей соединенных между собой стяжными болтами 2 с входным 3 и выходным 4 патрубками. На входе в устройство установлен дозирующий элемент 5 с устройством для равномерного распределения воздуха 6 (фиг.1).
Сорбционный узел 7 является основным исполнительным элементом устройства и состоит из сорбционных патронов 8, собранных в пакет с возможностью выдвижения за пределы корпуса (фиг.2).
Для того, чтобы через все сорбционные элементы проходило одно и тоже значение расхода воздуха, необходимо, чтобы их сопротивления были одинаковые. Это достигается подбором размера ячейки сетчатых элементов, установленных на выходе сорбционных патронов (на фигурах сетчатые элементы не показаны).
В процессе хранения и доставки устройства отбора воздушных проб к месту проведения пробоотбора на входной 3 и выходной 4 патрубки устанавливаются заглушки с прокладкой, тем самым герметизируя внутреннюю полость пробоотборника.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении сорбционный узел 7 находится в положении, соответствующее фиг.1.
В процессе работы отбираемая проба через входной патрубок 3, устройство для равномерного распределения воздуха 6 и дозирующий элемент 5 поступает на сорбционные патроны 8.
За время экспозиции поглотитель-сорбент поглощает отбираемую пробу со
скоростью, пропорциональной концентрации отбираемого вещества в воздухе. При этом значение расхода через все сорбционные патроны 8 устанавливается постоянным. Это достигается подбором размера ячеек сетчатых элементов сорбционных патронов 8, что обеспечивает единые условия на их входе.
После завершения пробоотбора на входной 3 и выходной 4 патрубки вновь устанавливаются заглушки с прокладкой, тем самым герметизируя внутреннюю полость пробоотборника до момента доставки их в лабораторию для десорбции. Этот фактор является критичной характеристикой для реализации многих методик, т.к. многие органические высокореакционные соединения могут быть подвершены диструкции уже на сорбенте вследствие взаимодействия с кислородом и влагой воздуха.
Для выполнения химического анализа проб сорбционный узел 7 необходимо вынуть за ручку (фиг.3).
В случае изготовления корпусов сорбционных патронов 8 из прозрачного материала можно сразу же по изменению окраски сорбента сделать предварительную качественную оценку о наличии вредных веществ в воздушной пробе. Затем каждый сорбционный патрон 8 в лаборатории подвергается тщательному физико-химическому анализу.
Для удобства обработки внутренней поверхности корпуса от вредных веществ он выполнен разъемным и требуется только снять стяжные болты 2.
Совмещение нескольких типов сорбентов для разного класса органических соединений в едином сорбционном узле приводит к уменьшению время пробоотбора.
Использование предлагаемого пробоотборника позволяет повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Он технологичен, т.к. легко разбирается и собирается.