Ингаляционное устройство для затравки животных с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества

Предлагаемая полезная модель относится к токсикологии и может быть использована при проведении острого, субхронического и хронического токсикологического эксперимента, при ингаляционной затравке животных различными воздействующими (исследуемыми) веществами (пары, газы и аэрозоли).
Известно ингаляционное устройство, содержащее герметизированную затравочную камеру, линию подвода воздуха, обратный клапан регулирования давления, линию отвода воздуха, регулирующий расход клапан, устройство формирования воздействующего вещества, линию питающего воздуха устройства формирования воздействующего вещества, устройство измерения концентрации воздействующего вещества, устройство управления, причем внутренняя полость герметизированной затравочной камеры соединена через обратный клапан регулирования давления с линией подвода воздуха, через регулирующий расход клапан с линией отвода воздуха, а также с линией питающего воздуха через устройство формирования воздействующего вещества, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления, кроме того, устройство измерения концентрации воздействующего вещества соединено с первым входом устройства управления (см. патент РФ №189267 на полезную модель Узел формирования воздействующего вещества в ингаляционной установке, МПК A61D 7/04, дата приоритета 17.05.2019).
Данное устройство предназначено для проведения ингаляционной затравки лабораторных животных, минуя прямой контакт лаборанта с воздействующим веществом. Узел формирования воздействующего вещества выполнен в одном корпусе и содержит исполнительные механизмы, необходимые для управления расходом воздействующего вещества. В известной затравочной камере осуществляют контроль давления, температуры и влажности.
К недостатку описанного ингаляционного устройства следует отнести отсутствие контроля концентрации углекислого газа в затравочной камере и отсутствие автоматического регулирования концентрации углекислого газа. Допустимая концентрация углекислого газа в затравочной камере обеспечивается избыточной кратностью воздухообмена, что влечет за собой перерасход воздействующего вещества.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, позволяющего минимизировать расход воздействующего вещества при проведении острого, субхронического и хронического токсикологического эксперимента, при ингаляционной затравке животных различными воздействующими (исследуемыми) веществами (пары, газы и аэрозоли).
Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание устройства, обеспечивающего минимизацию расхода воздействующего вещества при поддержании концентрации углекислого газа в затравочной камере на максимально допустимом уровне.
Достижение поставленной задачи обеспечивается тем, что ингаляционное устройство для затравки животных с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества, содержащее герметизированную затравочную камеру, линию подвода воздуха, обратный клапан регулирования давления, линию отвода воздуха, регулирующий расход клапан, устройство формирования воздействующего вещества, линию питающего воздуха устройства формирования воздействующего вещества, устройство измерения концентрации воздействующего вещества, устройство управления, причем внутренняя полость герметизированной затравочной камеры соединена через обратный клапан регулирования давления с линией подвода воздуха, через регулирующий расход клапан с линией отвода воздуха, а также с линией питающего воздуха через устройство формирования воздействующего вещества, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления, кроме того, устройство измерения концентрации воздействующего вещества соединено с первым входом устройства управления, дополнительно содержит устройство измерения концентрации углекислого газа, расположенное внутри герметизированной затравочной камеры и соединенное со вторым входом устройства управления, второй выход которого соединен с управляющим входом регулирующего расход клапана.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемое техническое решение неизвестно и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критерию «новизна».
Предложенное техническое решение пояснено чертежом.
На фиг. 1 представлено ингаляционное устройство для затравки животных с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества (функциональная схема).
Предлагаемое ингаляционное устройство для затравки животных с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества содержит герметизированную затравочную камеру 1, линию 2 подвода воздуха, обратный клапан 3 регулирования давления, линию 4 отвода воздуха, регулирующий расход клапан 5, устройство 6 формирования воздействующего вещества, линию 7 питающего воздуха устройства формирования воздействующего вещества, устройство 8 измерения концентрации воздействующего вещества, устройство 9 измерения концентрации углекислого газа, устройство 10 управления.
Устройство 10 управления представляет собой программируемый логический контроллер, имеющий не менее двух аналоговых входов, не менее двух аналоговых выходов и центральный процессор, например, ARM-9 180 МГц.
Устройство 6 формирования воздействующего вещества подбирают индивидуально, в зависимости от физико-химических свойств воздействующего вещества. Например, может быть использован узел формирования воздействующего вещества в ингаляционном устройстве, описанном в патенте РФ №189267 на полезную модель Узел формирования воздействующего вещества в ингаляционной установке (патенте РФ №189267, МПК A61D 7/04, дата приоритета 17.05.2019).
Отвод воздуха из затравочной камеры осуществляют через регулирующий расход клапан 5, установленный на линию 4 отвода воздуха. Он обеспечивает расход отводимого из затравочной камеры воздуха в диапазоне от 2 л/мин 100 л/мин в зависимости от количества выделяемого животными углекислого газа. Побудителем расхода воздуха через регулирующий расход клапан 5 является разрежение в линии 4 отвода воздуха.
Обратный клапан 3 регулирования давления срабатывает под действием сил, создаваемых давлением самой рабочей среды (перепад давления воздуха, подаваемого в затравочную камеру по линии 2 подвода воздуха и воздуха в затравочной камере 1). Клапан 3 оснащен механическим регулятором величины давления срабатывания.
Ингаляционное устройство для затравки животных с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества используют следующим образом.
В устройство 6 формирования воздействующего вещества загружают воздействующее вещество.
Затем в герметизированную затравочную камеру 1 помещают испытуемых животных.
После загрузки воздействующего вещества и животных начинают отвод воздуха из затравочной камеры через линию 4 отвода воздуха и подачу воздействующего вещества устройством 6 формирования воздействующего вещества.
Далее начинают изменять расход отводимого воздуха из затравочной камеры и концентрацию воздействующего вещества. При изменении расхода отводимого воздуха изменяется концентрация углекислого газа в герметизированной затравочной камере 1. Концентрация углекислого газа и воздействующего вещества достигает заданного диапазона значений за счет автоматического управления устройством 6 формирования воздействующего вещества и регулирующего расход клапана 5 по алгоритму, описанному ниже.
Процесс регулирования концентрации воздействующего вещества в герметизированной затравочной камере 1 осуществляют следующим образом.
Значение измеренной концентрации воздействующего вещества с устройства 8 измерения концентрации воздействующего вещества поступает на устройство 10 управления. Устройство 10 управления на основе разницы между заданным значением концентрации воздействующего вещества и его измеренным значением формирует управляющий сигнал по пропорционально-интегральному закону регулирования.
Устройство 6 формирования воздействующего вещества, посредством управляющего сигнала автоматически изменяет интенсивность подачи воздействующего вещества в герметизированную затравочную камеру 1. Пропорционально-интегральный закон регулирования является одним из наиболее распространенных законов регулирования самых различных технологических процессов и описан в литературе (см. например, Основы автоматического управления энергосистем /под ред. О.С. Щукина. Издательство Нижневартовского государственного гуманитарного университета, 2012 стр. 70-71).
Процесс регулирования концентрации углекислого газа осуществляют следующим образом.
Измеренное значение концентрации углекислого газа с устройства 9 измерения концентрации углекислого газа поступает на устройство 10 управления, которое на основе разницы между заданным значением концентрации углекислого газа и его измеренным значением формирует управляющий сигнал по пропорционально-интегральному закону регулирования. Регулирующий расход клапан 5 посредством сформированного управляющего сигнала автоматически регулирует расход отводимого из герметизированной затравочной камеры 1 воздуха. Концентрация углекислого газа регулируется за счет изменения расхода воздуха, отводимого из герметизированной затравочной камеры 1.
При изменении расхода отводимого из герметизированной затравочной камеры 1 воздуха, меняется концентрация воздействующего вещества (уменьшается или увеличивается). Это автоматически приводит к запуску процесса регулирования концентрации воздействующего вещества, которая возвращается в заданный диапазон значений, но уже при другом расходе отводимого воздуха из затравочной камеры 1. То есть расход отводимого воздуха автоматически изменяется таким образом, чтобы значение концентрации углекислого газа затравочной камере 1 находилось на максимально допустимом уровне, что позволяет получить минимальный расход воздействующего вещества.
Таким образом, в предполагаемой полезной модели достигают минимизацию расхода воздействующего вещества при поддержании концентрации углекислого газа в затравочной камере на максимально допустимом уровне.
Предложенное ингаляционное устройство с автоматической минимизацией расхода воздействующего вещества несложное в изготовлении и может быть эффективно использовано при проведении острого, субхронического и хронического токсикологического эксперимента в процессе ингаляционной затравки животных различными воздействующими веществами при минимальном их расходе при поддержании концентрации углекислого газа в затравочной камере на максимально допустимом уровне.