Устройство для отбора проб воздуха

(54) ДУХА (57) ства ОРА ПРОБ ВОЗ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизическогоприборостроения(56) Перегуд Е.А. Санитарно-химический контроль воздушной среды, - М.:Химия, 1978, с, 11.Атмосферная диффузия иние воздуха. - Труды ГГО им,кова, вып. 325. Л,; Гидрометеоиздат,1975, с. 110-115. зобретение относится к уСтрой для отбора проб пыли и газа и воздуха, может быть применено в стационарных и передвижных контрольноизмерительных комплексах по контролюзагрязнения атмосферы и позволяет повысить точность химического анализапробы за счет улучшения регулированиясистемы термостатирования. Устройствосодержит термостатируемую камеру 3с входным 4 и выходным 9 патрубками.Термочувствительный элемент установлен на камере 3 и сообщается с окружающей средой при помощи теплопровода, выполненного в виде втулки, снабженной ребрами, на которых закреплены биметаллические пластины П-образной формы, расположенные консольнона краях ребер со стороны термочувствительного элемента. Отношение толщины биметаллической пластины к длинетеплопровода находится в соотношении0,028-0,032. 4 ил.1 13Изобретение относится к устройствам для отбора проб, в частности дляотбора проб пыли и газа из воздуха,и может найти применение в стационарных и передвижных контрольно-измерительных комплексах по контролю за загрязнением атмосферы.Целью изобретения является повышение точности химического анализа пробы за счет улучшения регулированиясистемы термостатирования,На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг,2 -узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - разрезА-А на фиг. 2; на фиг. 4 - элементтеплопровода, продольный разрез,Устройство для отбора проб воздуха состоит из каркаса 1 с теплоизоляционным кожухом 2, в котором установлена термостатируемая камера 3Тер 4мостатируемая камера 3 содержит входной патрубок 4 с форсажным нагревателем 5, поглотительный прибор 6, расходомерное устройство 7, электроаспиратор 8 и выходной патрубок 9. Натермостатируемой камере 3 через тепло.изоляционную прокладку 10 установлентермочувствительный элемент 11, который через теплопровод 12, выполненныйв виде втулки, связан с окружающейсредой. Теплопровод 12 проходит черезтеплоизоляционный кожух 2. Внутритеплопровода 12 в пазах 13 расположены ребра 14, выполненные иэ теплоизоляционного материала и с одной стороны имеющие форму двутавра. На ребрах14 консольно закреплены П-образныебиметаллические пластины 15, касающиеся термочувствительного элемента 11 стороной, выполненной из материала с высокой теплопроводностью.Термочувствительный элемент 11 черезтерморегулятор 16 связан с форсажнымнагревателем 5, Автоматическое поддержание температуры в термостатируемой камере 3 осуществляется при помощи нагревательных печей 17 и датчи-.ка 18 температуры, а также вентилятора 19 с датчиком 18, связаннымис регулятором 20, Вентилятор 19 установлен в люке 21 на каркасе 1.Устройство работает следующим образом.При температурах наружного воздуханиже температуры статирования включаются нагревательные печи 17. При помощи датчика 18 температуры устанавливают заданную температуру в термо 61472 2статируемой камере 3. После опреде. ленной выдержки времени, необходимойдля выравнивания температуры внутритермостатируемой камеры 3, включает 5ся электроаспиратор 8, и исследуемыйвоздух засасывается через входнойпатрубок 4 в поглотительный прибор 6.Далее воздух проходит через расходо 10,мерное устройство 7 и выбрасываетсячерез выходной патрубок 9 из термостатируемой камеры 3, При большихобъемах исследуемого воздуха и приего низких температурах, когда нагревательные печи 17 не обеспечиваютнеобходимого подогрева исследуемоговоздуха, включается форсажный нагреватель 5, расположенный на входномпатрубке 4. Регулирование форсажногонагревателя 5 осуществляется при помощи термочувствительного элемента 11, установленного на термостатируемой камере 3 через теплоизоляционную прокладку 10. Термочувствительный элемент 11 при помощи теплопровода 12 связан с окружающей средойи проходит через теплоизоляционныйкожух 2.При температурах наружного воздуха выше температуры статированияотключаются нагревательные печи 17,открывается люк 21 и включается вентилятор 19, Для избежания градиентовтемпературы внутри термостатируемойкамеры 3 точная доводка до температу 35ры статирования исследуемого воздухатакже производится при помощи форсажного нагревателя 5, при этом датчик18 должен быть заведомо настроен на40 температуру несколько, ниже температуры статирования, к =(2-3) С,Предлагаемая конструкция теплопровода 12 позволяет изменять быстро иавтоматически скорость нагрева-охлаждения термочувствительного элемента11, а следовательно, режим работысистемы форсажа в зависимости оттемпературы окружающей среды. Изменение теплового сопротивления междутермочувствительным элементом 11 иокружающей средой осуществляется припомощи изменения способа теплопереда.чи через теплопровод 12,Когда зазор 8 между ребрами 14 с55закрепленными на них биметаллическимипластинами 15 заполнен воздухом,теплопроводность которого=0,0255 Вт//(м К) одного порядка с теплопроводностью теплоизоляционного кожуха 2,(2) гце- коэФФициент линейного расширения, М/м К;- длина пластины вдоль образующей теплоотвода, м;5 - толщина биметаллической пластины м,Биметаллическая пластина может30 быть выполнена из красной меди с инваром, тогдаЪ, =395 Вт/(м-К);х =17,2 х10 М/(м К), толщину пластины принимают исходя из конструктивных соображений.Биметаллические пластины должныперекрыть щелевой зазор о=3 мм междуребрами при температурном перепаде100 С. При этом между пластинами должен быть хороший механический контакт(поэтому прогиб биметаллической пластины выбирается равным зазору междуребрами, чтобы осуществлялось механическое прижатие между пластинами),Из Формулы (4) вычисляют Ь ин =45 =0,051 м; Ь,а =0,059 м.Высота теплопровода Н=Ь+Ь; конструктивно Ь=(2-3) мм, тогда ННмакс 62 ммИсходя из Формулы (3)50 - .МНЗависимость прогиба Ь от темпераотуры можно считать в диапазоне 100 Слинейной, что является важным для55 процесса регулирования форсажных нагревателей. Автоматическое изменениезазора о от максимального до 0 попрактически линейной зависимости отскачкообразного изменения температуто тепловая связь между термочувствительным элементом 11 и окружающейсредой происходит посредством конвекции в щелевом зазоре, при этом коэФфициент теплоотдачи низкий, ю. = 5 Вт//(м К). Такая картина теплсобменапроисходит при незначительных отклонениях температуры окружающей средыот температуры термостатирования камеры 3. При скачкообразном изменениитемпературы окружающей среды биметаллические пластины 15 имеют возможность выгибаться с изменением до максимального прогиба Н в зависимостиот изменения температуры в отрицательную или положительную сторону.При этом теплопередача через теплопровод 12 к термочувствительному элементу 11 происходит путем теплопроводности, что позволяет изменять скорость нагрева-охлаждения самого термочувствительного элемента 11, который через терморегулятор 16 регулирует работу Форсажного нагревателя 5,при этом одна из половин биметаллической пластины, прилегающая к термочувствительному элементу 11, выполнена из материала с высокой теплопроводностью (медь или медные сплавы),При конвективном теплообмене .в щели(о3 мм) количество тепла, передаваемое от окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается по ФормулеЯ=а.Рь, (1)где- коэФФициент теплопередачи,Вт/(м 2. К).Р - площадь поперечного сечения, м;температурный перепад междуокружающей средой и термостаотируемой камерой, С.Количеством тепла, передаваемымчерез теплоизоляционную втулку 12 иребра 14, выполненные из материалас низкой теплопроводностью, можно:пренебречь,= 0,01 - 0,02 Вт/(м К).Выполнение ребер с одной стороныв виде двутавра предотвращает тепловые натечки по пластинам 15, когдапрогиб Ь-фО,Во втором случае, когда теплопередача происходит путем теплопроводности при прогибе биметаллических пластин 15, тепловой поток, передаваемыйот окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается поФормуле где- коэФФициент теплопроводности, Вт/(м К);Н - высота теплоотвода, м;Г - площадь поперечного гечения, м;ЬС - температурный перепад междуокружающей средой и термоостатируемой камерой, С.Чтобы изменять скорость нагрева термочувствительного элемента 112ЯМу (3) ледует найти условие, когда отноше%ние в , будет максимальным.Отклонение биметаллической плас- тины Ь 2ь= ьУ5 1361 ры окружающей среды упрощает настройку и регулирование системы термостатирования,Формулу (4) можно записать в виде(6)15где К=0,0284-0,0322.Соотйошение позволяет легко конструировать теплопровод для заданного температурного диапазона статирования.Высокая точность поддержания температуры статирования внутри камеры, а также точность поддержания температуры воздуха независимо от темпера 25 туры окружающей среды обеспечивает высокую точность химанализа и достоверность проб при автоматическом контроле. Это позволяет улучшить методологию наблюдения, повысить качество и достоверность результатов контроля за загрязнением атмосферы.Формула изобретения35Устройство для отбора проб воздуха, содержащее каркас с теплоизоляционньм кожухом, размещенную внутринего термостатируемую камеру с входным и выходным патрубками, в которойразмещен поглотительный прибор, измеритель расхода воздуха, нагреватель-.ное устройство, электроаспиратор,форсажный нагреватель, установленныйна входном патрубке, термочувствительный элемент и терморегулятор,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности химического анализа пробы за счет улучшениярегулирования системы термостатирования, термочувствительный элемент установлен с наружной стороны термостатируемой камеры на теплоизоляционнойпрокладке и сообщается с окружающейсредой при помощи теплопровода, размещенного в теплоизоляционном кожухеи выполненного в виде теплоизоляционной втулки с внутренними пазами вдольее образующей, при этом теплопроводснабжен продольными ребрами, установленными в его пазах, и ребра выполнены из материала с низкой теплопроводностью и снабжены биметаллическимипластинами П-образной формы, консольно закрепленными на краях ребер состороны термочувствительного элемента, а отношение толщины биметаллической пластины к длине теплопроводанаходится в пределах 0,028-0,032,причем одна из половин биметаллической пластины, прилегающая к термочувствительному элементу, выполнена изматериала с высокой теплопроводностью,например меди или ее сплавов,1361472 М" 4 авитель Л.Нечипоренед А.Кравчук едактор ковецк рректор И,Эрдейи П е П роизводственно-полиграфическое предприятие, г.,ужгород, ул,Проектная, 4 Заказ 6219/44 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035, Москва, 76нного ктений и35,Рауш итета СССР ткрытийая наб д, 4