Пробоотборное устройство

)полненн зобретение относитс ние; на фиг.3о и агаемой троению и может бь исполь ания м вав ды в прибобаг 1 тн з траций со аяитконтроле микроконце ава эличных отраслях пр веществ ышпенности. Целью изоб ние тове странен сеи на сост чей сокращение времен еды анализе.робоотборное ие; на фиг.2 го и ереходн На фи ражено ое сече,1 и о, о строис ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское сви Р (ф 452707, кл, Р 161972.Авторское свидетельство СССР361345, кл. Р 16 К 1/52, 1968.Авторское свидетельство СССР ) 1142760, кл. 0 01 И 1/22, 1982. (54) ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для плавного регулирования малых расходов рабочих сред при отборе пробы в приборах и системах анаяити ческого контроля микроконцентраций состава газов в различных отраслях для плавного регулир асходов рабочей сре етения является повыности пробы за счетяния посторонних прив основного потока рапромьш)ленности. Цель изобретенияустранение влияния посторонних примесей на состав основногопотока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе. Пробоотборное устройство выполнено ввиде вентиля тонкой регулировки расхода, состоящего иэ корпуса, в котором размещена подвижная игла и съемное неподвижное седло. Корпус содержит входной, выходной и байпасный капалы. Новым является выполнение врабочей полости со стороны сальникасоосно с корпусом цилиндрическойрасточки, соединенной с байпаснымканалом, образующей диффузионныйбарьер, площадь поперечного сечениякоторой Р с площадью сечения рабочей полости Р и площадью сеченияиглы Ро связаны соотношением 1 Ро //Р(-Ро )10. 4 ил. то же, выполненная п редлсхеме," на фиг.4 - график распределения концентраций примеси для различных конструктивных исполнений с частью устройства от источника примесей до выходного. отверстия, соответствующего графику.Пробоотборное устройство включает подводящую линию, байпасную линию с установленным в ней пневмосопротив. лением, отводящую линию анализируемой среды и вентиль регулировки расхода рабочей среды, в корпусе 1 которого выполнены входной канал 2,1502976 ШСЧ для фиг2 СЧ шдля фиг 3 СЧ Ч Р1- Р 1 еУ э(3) . 3рабочая полость 3, цилиндрическаярасточка 4 и байпасный канал 5.В осевой расточке корпуса установлены сальник 6, игла 7, седло 8уплотняемое втулкой 9 с выходным ка 5налом 10. В байпасном канале 5 установлено местное сопротивление 11.Управление вентилем осуществляетсяс помощью ручки 12,1 ОУстройство работает следующим образом.При вращении ручки 12 игла 7 совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль оси вентиля, при этом 15изменяется сечение щелевого зазорамежду коническими поверхностями рабочей части регулирующей пары седло 8 -игла 7.Поток рабочей среды через входной канал 2 поступает в рабочую полость 3, где распределяется на двапотока: основной и дополнительный.Основной поток рабочей среды черезрегулируемый щелевой зазор между 25иглой 7 и седлом 8 поступает в выходной канал 10 и далее на анализатор микроконцентраций. Дополнительный поток через щелевой зазор междуиглой 7 и корпусом 1 поступает в расточку 4, омывая иглу 7, и через байпасный канал и местное сопротивление11 поступает в дренажную линию. Дополнительный поток газа, проходя щелевой зазор между иглой 7 и корпусом 1 на границе перехода площади сечения рабочей полости в площадь сечения цилиндрической расточки, создает диффузионный барьер примесям,поступающим со стороны сальникового 40уплотнения.Расточка 4 имеет площадь поперечного сечения более, чем в 1,5 разапревышающую площадь сечения рабочейполости, что способствует снижениюконцентрации поступающих примесей45(эа счет увеличения объема пространства в зоне расточки), а также приводит к равномерному распределениюдавления и скорости дополнительногопотока рабочей среды во всем объемерасточки. Таким образом, переход иэ рабочей полости в полость, образованную расточкой, является границей диффузионного барьера, препятствующей проникновению примесей в. основной поток газа 4Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет исключить влияние посторонних приимесей на состав основного потока анализируемого газа, повысив тем самым точность результатов анализа при сокращении времени переходного процесса.Расчет соотношения размеров рабочей полости и цилиндрической расточки вентиля проводят исходя из задачи уменьшения (в данном случае, на порядок) влияния посторонних примесей на поток рабочей среды.Известно, что концентрация растворенного вещества в растворе выражается отношением где ш - масса растворенного вещества, Ч - объем раствора. Считая, что масса диффузионного вещества примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения эа единицу времени, величина постоянная для вентилей фиг2 и 3, что обеспечивается идентичностью конструктивных элементов, выражение концентраций имеет вид Исходя из условия задачи С 10 Ст.е. 10 (2),ЧЧгде Ч, и Ч - объемы раствора рабочей среды между двумя слоями на расстоянии 1 соответственно Ч ффР 1-Р, 1 фгде Р и Р - площадь сечения рабочейполости на участке расстоянием 1 соответственно для фиг. 2 и 3;Р - сечение иглы на участкерасстоянием 1,т.е. выражение (2) можно записать5 15029Учитывая, что для анализаторов сред требуются малые расходы (до 250 л/ч), и исходя из условий миниатюризации конструкций вентиля, простоты изготовления (средний класс точности изготовления - зазор между корпусом и иглой 0,15 мм) и обеспечения требуемой надежности его работы, определяют для фиг.2 и 3 соот нетственно 6,=4 мм, 6=3,85 мм. В этом случае Р =12,6 ммф, Р112 мм,подставив полученные значения в выражение (3), получают искомую площадь сечения цилиндричес- . кой расточки Р 18 мм .Таким образом, соотношение площадей рабочей полости и цилиндрической расточки, обеспечивающее снижение концентрации примеси в 10 раз,76тинными зависимостями, определенными по указанной методикеАнализ графика (фиг.4) показывает, что введение расточки (линия Г) обеспечивает снижение концентрации по длине канала и при оптимальном выборе конструктивных параметров канала (линия б ) полностью исключает попадание частиц примеси в канал далее расточки.Для известных устройств наличие "паразитных" объемов и застойных эон значительно исказит картину распределения концентраций не в пользу последнихКроме этого, введение проточки обеспечивает снижение концентрации примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения.По известному закону ФикаРзсоставляет - = 1 5.Р УФизику диффузионного процесса, происходящего в осевом сечении рабо чей полости, можно рассмотреть на следующем примере.Распределение концентраций частиц примеси от их источника до выходного отверстия (фиг4) показано для трех 30 видов конструкций при условиях отсутствия "паразитных" объемов.Из выражения распределения концентрации растноренного вещества в единице объема растворителя35 где С - концентрация частиц примеси;ш - масса растворенного вещества; 40Р - поперечное сечение канала;1 - длина канала,следует, что при равном сечении канала распределение конструкции по длине канала графически имеет вид 45 наклонной прямой. Угол наклона зависит от соотношения конструктивных размеров проточной части канала и количества вымываемых частиц примеси, в том числе из "паразитных"50 объемов.Прямая а - для случая, когда имеется цилиндрический канал без дополнительных конструктивных элементов. Ломанная линия- для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка. Прямая 8 - для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка, увязанная расчетными конструк(4)где Й - масса вещества примеси,диффундирующая за времячерез площадку Г (диаметром с 1, фиг.2), перпендикулярно:направлению диффузии Х;Р - коэффициент диффузии, численно измеряемый массойдиффундируемого веществапримеси через единичнуюплощадку за время с = 1 приградиенте концентрацийЙС1, см/с.В физическом смысле коэффициент цнффузии определяет скорость процесса диффузии.Таким образом, из закона Фика (ныражение (4, вытекает, что с уменьшением концентрации С уменьшается масса, диффундирующего вещества примеси, а следовательно, уменьшается также скорость процесса диффузии, что способствует быстрейшему вымыванию частиц диффундируемого вещества примеси дополнительным потоком через дренажную линию на сброс.Введение н рабочую полость вентиля расточки обеспечивает образование диффузионного барьера, который при оптимальном выборе конструктивных параметров вентиля исключает нлияние посторонних примесей на состав основного потока.1502976 Внад юйвак Вход Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит существенно (не менее, чем в три раза) сократить время переходного процесса при анализе и повысить достоверность пробы, т.е. повысить качество анализа состава рабочих сред. формула изобретения Пробоотборное устройство, содераащее подводящую линию, байпасную линию с установленньи в ней местным сопротивлением, отводящую линию анализируемой среды и вентиль плавной регулировки расхода, в корпусе которого установлено седло с иглой, закрепленной в штоке уплотнительным сальником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности пробы за счет устранения влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращения времени переходного процесса при анализе, рабочая полость вентиля со стороны сальника снабжена диффузионным барьером, выполненным в виде цилиндрической расточки соосно корпусу вентиля, площадь поперечного сечения которой Р с площадью сечения рабочей полости Г и площадью сечения иглы Р связаны соЬ -Готношением -ф -) 10,причем вход цилиндрической расточки через рабочую полость соединен с подводящей линией, а выход - с байпасной,линией.