УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА

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 G 01 N 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для отбора проб воздуха (патент РФ №2237879 «Пробоотборник пассивный», МПК G 01 N 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.
Пробоотборник пассивный работает следующим образом. За время экспозиции поглотитель-сорбент поглощает отбираемую пробу со скоростью, пропорциональной концентрации отбираемого вещества в воздухе. После окончания времени экспозиции пробоотборник закрывают герметизирующими пробками и доставляют в лабораторию для десорбции, например термовакуумной.
Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон его применения, т.к. материал сорбента настроен только для определения определенного типа органических соединений.
Задачей полезной модели является расширение диапазона его применения.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени качественного проведения пробоотбора, т.к. в одном устройстве совмещены несколько типов сорбентов.
Поставленная задача достигается тем, что универсальный пробоотборник для отбора проб воздуха содержит емкость с противолежащими по торцам отверстиями, дозирующий элемент и сорбционный узел, состоящий из сорбента, помещенного между двумя сетчатыми каркасами, выполненными в виде стакана. Сорбционный узел выполнен составным, состоящим из отдельных съемных сорбционных элементов кольцевой формы одинаковой высоты и диаметров и торцевого сорбционного элемента с различными сорбентами, улавливающими различные классы органических веществ и изолированных друг от друга, при этом их пневмосопротивления выполнены одинаковыми за счет подбора размера ячейки внешних сетчатых каркасов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом,
где: 1 - емкость;
2 - дозирующий элемент;
3 - съемное кольцо;
4 - сорбционный узел;
5 - корпус;
6 - перфорированный стакан;
7 - сетчатый элемент (внутренний и внешний);
8 - сорбент;
9 - сорбционное кольцо;
10 - сорбционный торцевой элемент;
11 - изолирующая проставка.
Основными частями универсального пробоотборника для отбора проб воздуха являются емкость 1 с противолежащими по торцам отверстиями, дозирующий элемент 2, съемное кольцо 3 и сорбционный узел 4, установленные в корпус 5.
Сорбционный узел 4 состоит из перфорированного стакана 6, внутренних и внешних сетчатых элементов 7, между которыми расположен сорбент 8 (поглотитель). Он выполнен в виде как отдельных сорбционных колец 9, так и в виде сорбционного торцевого элемента 10, между которыми установлены изолирующие проставки 11, выполненные в виде кольца или втулки.
Набор требуемого количества пробы для различного времени экспозиции в условиях изменения сезонной влажности обеспечивается посредством смены дозирующего элемента 2, то есть изменения диаметра отверстия пластины. Расположение пластины непосредственно над элементом равномерного распределения потока позволяет обеспечить приблизительно равное расстояние от центра отверстия пластины до различных участков поверхности сорбции. Последнее обстоятельство позволяет равномерно распределить диффузионный поток к поверхности сорбции.
Для того, чтобы через все сорбирующие элементы проходило одно и тоже значение расхода воздуха, необходимо, чтобы их пневмосопротивления были одинаковые. Это достигается подбором размера ячейки внешних сетчатых каркасов 6. Последнее обстоятельство обуславливает линейный характер отбора пробы и снижение погрешности определения среднеинтегральной концентрации вещества в воздухе за время экспозиции. В конечном итоге это повышает достоверность результатов контроля содержания определяемых веществ в воздухе.
В процессе хранения и доставки пробоотборника к месту проведения пробоотбора вместо кольца 3 устанавливается резьбовая пробка с прокладкой, тем самым герметизируя
внутреннюю полость пробоотборника.
В исходном состоянии в емкость 1 последовательно устанавливают сорбционные кольца 9, которые имеют одинаковые геометрические размеры. Установленные сорбционные кольца 9 представляют собой снаряженный поглотителем сорбционный узел 4. Затем устанавливают дозирующий элемент 2. Входные отверстия пробоотборника закрывают герметизирующими резьбовыми пробками и доставляют на место пробоотбора. На месте пробоотбора пробоотборник освобождают от пробок, на место которых устанавливают кольца 3, фиксирующие дозирующие элементы.
Устройство работает следующим образом.
За время экспозиции поглотитель-сорбент поглощает отбираемую пробу со скоростью, пропорциональной концентрации отбираемого вещества в воздухе. При этом значение расхода через все сорбционные кольца 9 устанавливается постоянным. Это достигается подбором размера ячеек внешних сетчатых элементов 7. Размеры ячеек внутренних сетчатых элементов 7 остаются постоянными, что обеспечивает единые условия на входе всех сорбционных колец 9.
Совмещение нескольких типов сорбентов для разного класса органических соединений уменьшает время пробоотбора и как следствие, ускоряет доставку пробы для дальнейшего анализа. 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.
После окончания времени экспозиции пробоотборник закрывают герметизирующими пробками и доставляют в лабораторию для десорбции.
Использование предлагаемого пробоотборника позволяет повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Он технологичен, т.к. легко разбирается и собирается.