УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к газовым пробоотборникам, а именно к устройствам для аспирационного отбора проб воздуха в пробоотборные сосуды для последующего измерения содержания в нем вредных газов при санитарном контроле, и может быть использовано в системах контроля воздушного бассейна городов, а также производственных помещений.
Известно устройство для отбора проб воздуха, содержащее побудитель расхода, элемент сравнения, дроссели, повторитель со сдвигом и повторитель-усилитель (авторское свидетельство СССР N 894427, кл. G 01 N 1/22, 1981). В пробоотборном сосуде известного устройства отсутствует поглотитель, в связи с чем пневмосопротивление пробоотборного сосуда не меняется и, следовательно, расход воздуха от него не зависит.
При возникновении сопротивления в пробоотборном сосуде происходит дестабилизация установленного ранее расхода, которая ничем не компенсируется. Следовательно, устройство поддерживает требуемый расход только при отсутствии поглотителя, что сильно сужает диапазон анализируемых веществ. Все дроссели, установленные в линиях отбора, рассчитаны на один расход и предназначены для отбора одновременно четырех проб. Однако для изменения расхода в устройстве надо перенастроить дроссели с применением поверочных средств, что затрудняет эксплуатацию устройства и сужает круг анализируемых веществ.
Известно устройство для отбора проб воздуха, содержащее побудитель расхода, диафрагму и переменное пневмосопротивление, образующие основную линию (авторское свидетельство СССР N 974197, кл. G 01 N 1/22, 1982).
Переменное сопротивление поддерживает на входе в диафрагму постоянное давление, независимо от сопротивления пробоотборного сосуда. Побудитель расхода создает на выходе диафрагмы разрежение (не менее 0,7 атм), необходимое для критического режима истечения воздуха через диафрагму. Такой режим помогает стабилизировать расход отбираемой пробы воздуха. Однако поддержание расхода в устройстве, аналогичного расходу в описываемом устройстве, потребовало бы побудитель с мощностью, приблизительно на порядок большей, чем в описываемом устройстве, что делает невозможной переносную модель известного устройства. Применение в известном устройстве одной диафрагмы обеспечивает поддержание определенного расхода, что ограничивает число анализируемых компонентов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту
к предлагаемому техническому решению является «Устройство для отбора проб воздуха» (патент РФ №2039349, МПК G 01 N 1/22 от 09.07. 1995). Оно содержит побудитель расхода, диафрагму и переменное пневмосопротивление. Устройство снабжено расположенным на выходе диафрагмы стабилизатором перепада давления и байпасной линией, связывающей выход и вход побудителя расхода. Переменное пневмосопротивление смонтировано на байпасной линии. Вход байпасной линии и вход диафрагмы связаны с выходом побудителя расхода. На основной линии имеется клапан, вход которого соединен с выходом стабилизатора перепада давления, а выход с атмосферой. Устройство снабжено набором клапанов с диафрагмами и стабилизаторами перепада давления на них. Выход клапанов связан с атмосферой. Вход клапанов расположен на выходе стабилизаторов перепада давления. Ветви набора клапанов связаны с основной линией.
Устройство работает следующим образом.
Побудитель создает разрежение на выходе из пробоотборного сосуда. Анализируемый воздух проходит через пробоотборный сосуд, побудитель расхода, диафрагму, стабилизатор и сбрасывается в атмосферу. Расход воздуха задается диафрагмой. Для поддержания постоянного расхода через пробоотборный сосуд достаточно поддерживать постоянный расход через диафрагму, так как воздух от пробоотборного сосуда до диафрагмы нигде не сбрасывается. Постоянство расхода через диафрагму обеспечивается при двух условиях: постоянном перепаде давления на диафрагме и постоянном давлении на входе в диафрагму. Постоянный перепад давления на диафрагме создается стабилизатором перепада давления. Постоянное давление на входе в диафрагму создается переменным пневмосопротивлением. Таким образом, при возникновении или изменении сопротивления пробоотборного сосуда расход через него остается постоянным. Необходимый расход задается включением клапана.
Недостатками этого устройства являются низкая надежность устройства и низкая экономичность работы побудителя расхода воздуха.
Низкая надежность устройства объясняется большим количеством деталей и воздушных линий, что требует необходимости их переключения или требует разработки для него системы автоматического управления. Для поддержания постоянного расхода воздуха через пробоотборный сосуд требуется несколько стабилизаторов давления (в патенте приводится пример с пятью стабилизаторами). Кроме того, требуется установка регулятора для управления величиной переменного пневмосопротивления для поддержания постоянства давления на входе в диафрагму.
Низкая экономичность работы побудителя расхода воздуха объясняется тем, что во всех случаях он работает на максимальном режиме, а достижение постоянства расхода
добиваются переменным пневмосопротивлением в байпасной линии. Кроме того, изменение расхода носит дискретный характер, задаваемый диафрагмой.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в автоматическом поддержании заданного значения расхода воздуха при анализе широкого спектра загрязнителей воздуха с различными пневмосопротивлениями и при сокращенном количестве деталей.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для отбора проб воздуха, представляет собой воздушную магистраль, содержащую пробоотборное устройство, побудитель расхода воздуха, диафрагму, стабилизатор давления и сообщенную с атмосферой. Диафрагма выполнена перенастраеваемой таким образом, что она совместно со стабилизатором давления обеспечивает автоматическое поддержание давления на выходе из диафрагмы, при этом выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха.
Сущность работы устройства поясняется чертежом.
Устройство для отбора проб воздуха содержит пробоотборное устройство 1, побудитель расхода воздуха 2, стабилизатор 3 и диафрагму 4.
Отличительной особенностью устройства является то, что диафрагма 4 выполнена перенастраиваемой. Вся воздушная магистраль представляет собой одну основную линию, соединенную с атмосферой.
Другой отличительной особенностью устройства является то, что выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха.
Условия работы устройство для отбора проб воздуха.
3
Первое условие - предварительная настройка диафрагмы 4 с дальнейшей работой стабилизатора давления 3, в результате чего обеспечивается поддержание постоянства давления на выходе из устройства (p=const). Это условие обеспечивает поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали при незначительном изменении входного давления и при неизменном режиме работы побудителя расхода 2.
Второе условие - наличие отрицательной обратной связи между побудителем расхода воздуха 2 и выходом устройства. Это условие обеспечивает поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали при значительном изменении входного давления за счет изменения режима работы побудителя расхода 2.
И в том и в другом случаях, изменение расхода в воздушной магистрали осуществляется плавно.
Настройка устройства для работы на заданный режим.
3
Перенастраиваемая диафрагма 4 предназначена для настройки устройства для работы на заданном режиме. Это осуществляется следующим образом. Диафрагма 4 устанавливается в положение, соответствующее величине пневмосопротивления пробоотборного устройства 1. Причем само пробоотборное устройство 1 в схему не устанавливается и в настройке не принимает участие. Производится запуск установки с целью вывода побудителя расхода воздуха 2 на номинальный режим, настройки работы на этом режиме стабилизатора 3 и экспериментального определения величины давления p.
По завершению режима настройки, пневмосопротивление диафрагмы 4 выводится на ноль, что соответствует равенству ее проходного сечения диаметру трубопровода. Пробоотборное устройство 1 устанавливается на вход устройства, после чего оно готово к работе с поддержанием заданного значения расхода.
Устройство работает следующим образом.
Побудитель расхода воздуха 2 создает разрежение на выходе из исследуемого пробоотборного устройства 1. Анализируемый воздух проходя через него, далее через побудитель расхода 2, стабилизатор давления 3, диафрагму 4, сбрасывается в атмосферу. Поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали может осуществляется на двух режимах.
1 режим соответствует изменению входного сигнала в узких пределах.
1
2
3
3
Предположим, что при подключении пробоотборного устройства с большим пневмосопротивлением сорбционного элемента от заданного значения привело к незначительному уменьшению р, а, следовательно, и р, т.к. режим работы побудителя расхода 2 не менялся. Стабилизатор давления 3 уменьшит пневмосопротивление таким образом, чтобы компенсировать его увеличение на входе в устройство. Площадь его проходного сечения увеличится таким образом, что будет способствовать увеличению расхода в воздушной магистрали, а значит и увеличению р. Следовательно, значение давления р останется неизменным.
2 режим соответствует изменению входного сигнала в широких пределах.
1
2
3
Предположим, что при подключении пробоотборного устройства пневмосопротивление сорбционного элемента резко возросло по сравнению с заданным значением, что имеет место при его засорении. Это приведет к значительному уменьшению p, а, следовательно, и р, т.к. режим работы побудителя расхода 1 пока не изменился. Стабилизатор давления 2 уменьшит пневмосопротивление дросселя 3, но его технических возможностей не хватает для того, чтобы компенсировать это изменение. Это приведет к отклонению значения р от заданного значения. Это отклонение через отрицательную обратную связь
3
передается на побудитель расхода 2. Режим его меняется таким образом, чтобы компенсировать влияние этого очень большого пневмосопротивления сорбционного элемента. В данном случае, побудитель расхода 2 увеличит свою производительность. Дальнейшее регулирование расхода будет происходить в соответствии с вторым условием до тех пор, пока давление p станет равным первоначальному значению. Этот режим работы устройства соответствует изменению входного сигнала в широких пределах.
Таким образом, при возникновении или изменении сопротивления пробоотборного устройства 1 расход через него всегда остается постоянным.
Однако, практически оба режима реализуются одновременно, что способствует плавному поддержанию постоянства значения расхода через исследуемое пробоотборное устройство 1 при любых параметрах его сорбционного элемента.
Таким образом, устройство для отбора проб воздуха является универсальным, автоматически и плавно обеспечивает в широких пределах стабильный расход отбираемой пробы воздуха без изменения конструкции устройства вне зависимости от изменения сопротивления пробоотборного устройства. Устройство может стабильно работать практически с любым пробоотборным устройством, то есть обеспечивает анализ широкого спектра загрязнителей воздуха, являясь при этом переносным и удобным в эксплуатации. При этом мощность побудителя расхода меняется в зависимости от пневмосопротивления пробоотборного устройства, что является экономически выгодным. Устройство является простым и не требует дистанционного переключения режимов работы.