УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ФОТОМЕТРЕ ПЛАМЕННОМ
APPARATUS FOR FEEDING AIR INTO FLAME PHOTOMETER

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжатия и подачи воздуха (газов) под давлением, и может быть использовано для нагнетания воздуха, неагрессивных газов, паров и парогазовых смесей, не содержащих капельной влаги, в оптических приборах.
Такие устройства применяются в прикладной оптике при проведении анализа веществ с использованием метода пламенной эмиссионной фотометрии. При реализации этого метода посредством устройства подачи воздуха в пламени распыляется анализируемый раствор вещества и с помощью измерительного устройства определяется интенсивность излучения элементов в пламени, пропорциональная концентрации измеряемого элемента в растворе. Приборами такого типа являются пламенные фотометры, в которых для подачи сжатого воздуха используются компрессоры объемного типа. В таких компрессорах сжатие воздуха, а следовательно и изменение его давления происходит периодически за счет сокращения первоначального объема полости, в которой газ находится перед началом сжатия.
В пламенных фотометрах пульсация давления нагнетаемого воздуха, вызывающая колебания потока распыляемого раствора анализируемого вещества, не позволяет соблюсти требования к стабильности и воспроизводимости результатов и приводит к значительной погрешности измерений.
Наиболее близким техническим решением является устройство подачи воздуха в фотометре пламенном автоматическом [ФПА-2, 1990, Загорский оптико-механический завод, ТУ 3-3.22-5-30], в котором для нагнетания воздуха в горелку фотометра и распыления раствора анализируемого вещества в виде аэрозоля используется ротационный пластинчатый компрессор. В нем сжатие воздуха происходит в камерах с периодически уменьшающимся объемом. В корпусе, имеющем внутри цилиндрическую расточку, помещен ротор с пазами, в которых свободно перемещаются пластины. Ось ротора смещена относительно оси цилиндрического отверстия корпуса. Воздух, поступающий в компрессор, отсекается пластинами при вращении ротора в тот момент, когда пластина заходит в цилиндрическую расточку корпуса (в его верхней части). По мере поворота ротора расстояние между ним и корпусом, а следовательно и объем камеры сжатия уменьшаются. Сжатие происходит до тех пор, пока пластина не достигнет окна, имеющегося в цилиндрической части корпуса со стороны камеры нагнетания [Соколовский СМ. Компрессоры и компрессорные станции. - М.: Недра, 1968].
Наиболее существенными недостатками использования ротационного пластинчатого компрессора в составе фотометра пламенного являются:
1) нестабильность давления подаваемого в прибор воздушного потока, от величины пульсации которого зависит работоспособность фотометра пламенного;
2) спад давления нагнетаемого воздуха, вызванный износом трущихся деталей компрессора, в частности пластин;
3) большая мощность потребления электроэнергии двигателем компрессора;
4) большие габариты и масса.
Задачей заявленного изобретения является создание устройства подачи воздуха, обеспечивающей стабильность давления нагнетаемого воздуха и использующей устойчивые в работе компрессоры с низкой мощностью потребления электроэнергии и меньшей массой, габаритами.
Техническим решением является устройство подачи воздуха в фотометре пламенном, содержащее вакуумный мембранный компрессор, обеспечивающий в связи с наличием только одной камеры сжатия порционную подачу воздуха, и полый цилиндр, обеспечивающий накопление сжатого воздуха и гашение его пульсаций.
Технический результат обусловлен отличительными особенностями устройства подачи воздуха, к которым относятся:
1)наличие в составе устройства двух последовательно соединенных элементов:
- вакуумного мембранного компрессора;
- полого цилиндра, имеющего входное и выходное сопла, причем входное сопло полого цилиндра соединено с нагнетательным клапаном вакуумного мембранного компрессора;
2) параметры и характеристики полого цилиндра:
BX
K
- диаметр входного сопла полого цилиндра d=K·P,
3
где K - коэффициент пропорциональности, равный 1÷3 см/кгс,
K
2
Р - давление нагнетания вакуумного мембранного компрессора, кгс/см;
BX
- длина полого цилиндра 1≥20 d;
BX
- диаметр полого цилиндра D≥10 d;
- выходных сопел у полого цилиндра может быть несколько, но не более четырех.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства подачи воздуха в фотометре пламенном. В состав предложенного устройства входят.
1) вакуумный мембранный компрессор 1, имеющий мембрану 2, укрепленную на шатуне 3 кривошипно-шатунного механизма, всасывающий клапан 4, нагнетательный клапан 5;
2) полый цилиндр 7 с входным соплом 6 и выходным соплом 8.
Принцип действия устройства подачи воздуха в фотометре пламенном состоит в следующем. В вакуумном мембранном компрессоре 1 круглая гибкая мембрана 2 герметично закреплена между корпусом и крышкой компрессора так, что между ней и крышкой образована рабочая камера. Всасывание и выталкивание воздуха происходит вследствие периодического изменения объема рабочей камеры при возвратно-поступательном движении шатуна 3. Сжимаемый воздух поступает в камеру сжатия через всасывающий клапан 4, сжатый воздух выходит через нагнетательный клапан 5. Нагнетательный клапан 5 вакуумного мембранного компрессора соединен с входным соплом 6 полого цилиндра 7. Вакуумный мембранный компрессор порциями подает воздух в цилиндр 7, а из цилиндра сжатый воздух выходит равномерным потоком: пульсация давления воздушного потока, выходящего из выходного сопла 8 полого цилиндра 6, находится в пределах 1%.
Результатом реализации заявленного технического решения являются устройство для непрерывного нагнетания воздуха в фотометре пламенном, которое:
1) представляет собой последовательно соединенные вакуумный мембранный компрессор и полый цилиндр, имеющий следующие конструктивные параметры:
BX
K
- диаметр входного сопла, равный d=K·P,
BX
- длину полой части 1≥20 d.
BX
- диаметр полой части D≥10 d,
2) может иметь несколько выходных сопел, но не более четырех,
3) обеспечивает отклонение от заданного давления воздушного потока на выходе устройства до 1%.
Благодаря использованию предложенного технического решения становится возможным использование малогабаритных вакуумных мембранных компрессоров с низкой массой и меньшим энергопотреблением в системах подачи воздуха таких оптических приборов, как фотометры пламенные. А включение полого цилиндра, характеризуемого указанными в заявленном изобретении конструктивными параметрами, последовательно с вакуумным мембранным компрессором обеспечивает подачу непрерывного равномерного потока воздуха в фотометр.
Стабилизация пламени, достигнутая путем использования в фотометре пламенном заявленного технического решения, обеспечивает:
1) устойчивую работу оптического прибора;
2) стабильность и воспроизводимость результатов измерений;
3) значительное снижение погрешности измерений.
Конструктивные параметры предложенного технического решения используется в серийно выпускаемых фотометрах пламенных. Их технические характеристики полностью удовлетворяют функциональным требованиям и назначению данных оптических приборов.