Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей

966562 ОЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. 6 01 М 15/02 Государственный каюнтет оо делаю нзобретеннй н открытийДата опубликования описания 15. 10,82 Г,В.Степанов С,Л.Саркисов и Н.А.Березинск(72) Авторы изобретения Заявитель Высокогорный геофизический институт 4) ИМПАКТОР ДЛЯ ОТБОРА ПРО И ЖИДКИХ АЭРОЗОЛЕЙРДЫХ Изобретение относится к науцным исследованиям по физике облаков и загрязнению атмосферы, а точнее к. методам взятия проб аэрозолей в облаках, туманах и чистой атмосфере, и может быть использовано для изучения облако- и осадкообразования и процессов самоочищения атмосферы от загрязненных веществ.Для забора проб в облаках используют, например , репликатор, пред - ставляющий собой лентопротяжный механизм с пленкой покрываемой в процессе ее протяжки перед заборным соплом Ьыстросохнущей смазкой. При заборе проб капли и ледяные кристаллы по инерции проникают через свежий слой смазки до поверхности пленки, Смазка, засыхая, Фиксирует форму уловленных оЬлацных частиц. Метод сбора облачных проб хорош для набора статистически обеспеченного материала по дисперсности и концентрации 1 11 Однако из-за испарения воды черезпоры пленки облачные частицы не сохраняются, а их реплики, по мере усыхания, деформируются и изменяют своиразмеры что не позволяет проводить, 5в частности, изучение химсостава капель и их льдообразующую активность.Известен способ, согласно которому взятие проб жидких аэрозолей (ка"пель) в облаках и тумане производятна стеклянные пластины, покрытые толстым слоем высокйвязкого масла. После экспонирования в течение 0,05-1,0 с,пробу исследуют под микроскопом, получая сведения о дисперсномсоставе и концентрации 2 1.Однако в процессе забора частицнельзя использовать Ьольшие экспози"ции, которые приводят к слиянию ка 2 о пель а малые экспозиции, используемые в данной методике, приводят кошибкам измерений ввиду больших флуктуаций дисперсности и концентрации3 9665 аэрозолей капель кристаллов и др.) в облаке. Кроме того, данный метод не позволяет улавливать высокодисперсный аэрозоль из-за малости коэффициента его захвата. 5Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импактор для отЬора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе сопла 10 и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения. Твердые аэрозольные частицы собирают на тонкой тефлоновой пленке, закрепленной на поверхности враща ющихся, сборных цилиндров, расположенных перед соплами, причем на вы-, ходе импактора расположен высокоэфФективный Фильтр из тефлона или стек.поволокна, Импактор прост в работе и 20 обладает высокой эффективностью осаждения частиц 13 1.Однако устройство применимо только в свободной атмосфере, так как облачная вода заливает сопла и аэрозольную пробу на пленке.Цель изобретения - расширение области применения импактора путем обес печения воэможности пробоотборника в облаках и туманах30Поставленная цель достигается тем, что импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью враще -,35 ния поверхности осаждения, снабжен расположенной между первым и вторым соплами платформой, установленной с возможностью перемещения в плоскости, пер 40 пендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патруЬок и выходной патрубок с каплеотсекателем, при этом две из поверхностей осаждения, выполненных в .ви- де дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью.На Фиг. 1 показан импактор, вид сбоку на Фиг. 2 - то же, вид в пла не; на Фиг. 3 - устройство каплеотсекателя.Устройство состоит из каскадов 14 для Фракционного осаждения аэрозоля, расположенных в корпусе 55 5, имеющем заборную труЬку 6.Каскад 1, уловитель твердого и жид кого аэрозоля, выполнен из установ 62 4ленных на платФорме 7 дисков 8 и 9,первый из которых помещен в кювету10 с жидкостью 11, а второй аналогичен подложкам 12 и 13 последующихкаскадов 2 и 3, перед которыми расположены профилированные сопла 14 и15. Кювета 10 имеет эксцентрично расположенный относительно центра диска8 входной патрубок 16 с уплотнителем17 по его периметру у выхода 18 трубки 6 и выходной патрубок 1.9, снабженный каплеотсекателем 20, укрепленнымк патрубку радиальными элементами 21,Кювета 10 выполнена с возможностьюсъема с платформы 7, для чего ее крепление к платформе осуществлено упругими скобами (не показаны).Перемещение платформы относительно заборнойтрубки 6 осуществляетсятягой 22 понаправляющим 23.Каскад 4 импактора содержит высокоэффективный Фильтр 24. Диски 12 и13 посажены на вал 25, приводимый вовращение двигателем 26, Для приводаво вращение дисков 8 и 9, посаженныхна осях 27 и 28, служат, например,фрикционные шкивы 29 и 30 последовательно соединяемые с Фрикционным шкивом 31, установленным на конце приводного вала 25. Привод дисков 8 и 9может быть осуществлен и иным обра)зом. Отсос воздуха из импактора осуществляют через трубку 32. Импактор "крепится на кронштейне 33.Устройство работает следующим образом,После установления заборной трубки 6 в наЬегающий поток воздуха, последний изокинетически проходит через нее и ударяется о слой вязкой жидкости - масла равномерна покрывающего диск 8 при его вращении. В результате налетающие облачные капли из потока захватывается маслом и смываются им в кювету 1 О образуя водо- масляную эмульсию, а Ьолее мелкие твердые аэрозольные частицы обтекают диск 8 и через патрубок 19 вместе с потоком воздуха проходят к последующим каскадам, имеюцим последовательно сужающиеся сопла 14 и 15 и осаждаются соответственно своим размерам по фракциям на дисках 12 и 13 и Фильтре 24. Отбрасываемые с диска 8 капли (брызги) масла в силу своей инерции не могут следовать за линиями тока воздуха - носителя аэрозоля и оседают на стенках кюветы и по9665 Формула изобретения 5верхности каплеотсекателя 20; а более мелкие твердые аэроэольные частицы, увлекаясь потоком воздуха, проходят через зазор между стенками каплеотсекателя 20 и патрубка 19. 5 Таким образом, на последующие каскады импактора попадает пылегазовый поток, свободный от капель масла, дис персность которого при этом не нарушается. 1 ОДля получения устойчивой эмульсии плотность масла подЬирается равной плотности воды. Вращение диска 8 обеспечивает постоянное возобновление (восстановление) слоя масла 15 на его поверхности, а также стекание и перемешивание эмульсии. При этом уплотнение места соединения трубки 6 с входным патрубком б и наличие на выходном патрубке 19 каплеотсека теля 20 исключают попадание капель масла из кюветы в,последующие каскады импактора.Наличие кюветы 10 с маслом 11 поэволяет значительно увеличить время 25экспозиции облачных капель и, темсамым, повышать объем проанализированной проЬы М и получать статистически обеспеченные результаты измерений, точность которых при этом по- щвышается, так как относительная квад"ратичная ошибка при счете частиц равл -4надО - - , где Й - среднее число частиц в объеме Ч,При отборе .аэроэольных проб иэсвободной атмосферы, передвигая платформу 7 тягой 22, устанавливают диск9 первого каскада перед выходом 18заборной трубки б. При этом шкив29 выходит из зацепления, а шкив 30входит в зацепление с ведущим шкивом31 и приводит во вращение диск 9.Вращение диска 9, также как и дисков 12 и 13 необходимо для равномер-ного распределения осаждающейся аэрозольной пробы по всей площади дисков,45что необходимо для дальнейшего иэуче.ния конденсационных и льдообразующихсвойств аэрозоля. Использованиедиска 9 на первом каскаде позволяетулавливать им гигантские и сверхгигантские (г э 1 мкм) аэрозольные частицы, улучшая тем самым фракционноеразделение твердых аэрозолей по каскадам импактора.Таким образом, применение двух ула вливателей на первом каскаде позволяет отбирать аэрозольные пробы как вчистой атмосфере, так и в облаках и 62 6туманах, Использование диска, омываемого маслом, дает возможность осаждать капли наподложку, установлен-ную перпендикулярно потоку без загиЬа заборной трубки, где капли могли бы осаждаться в месте ееизгиба, а также предотвращает разбивание капель и кристаллов при их осаждении. При вращении диска обеспечивается возобновление слоя масла на его поверхности и стекание улавливаемых капель в кювету, образующаяся водомаслянная эмульсия предотвращает слипание капель даже при больших концентрациях частиц в атмосфере и значительном увеличении времени экспози.ции. Наличие уплотнителя между кюветой и заборной трубкой, установленного по ее периметру, и каплеотсекателя на выходном патрубке предотвращает попадание капель разбрызги" ваемого масла на последующие каскады импактора, Предлагаемый импактор является исследовательским прибором универсального типа, который прошел экспериментальную проверку и показал надежную работоспособность. Он. позволяет улавливать твердые аэроэольные частицы в своЬодной атмосфере размером от 0,01 до 200 мкм, а в об-лаке - жидкий аэрозоль размером свыше .1 мкм и твердый аэрозоль размером от 0,01 до 1 мкм. Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения импактора путем обеспечения воэможности пробоотЬора в облаках и туманах, он снабжен расположенной между первым и вторым соплами платформой, установленной с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патрубок и выходной патрубок,с каплео 1 секателем, при этом две иэ поверхностей осаждения, выполненных в виде дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью,966562 8 ков, Л., Гидрометеоиздат , 1970, с. 255. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Иоььор 5.С Опо А. НеЬЬегаап К.1, 51 цд 1 ез о 1, йЬе СгуьСа 1 1 и йацга 1 Соцень. "-Т. Кесй. Айпюь",1967, чо 1. 3 й 2. 2. Зайцев В.А. Ледоховиц А.А. Приборы для исследования туманов и обла-, 3. 1.аппгеп О.А. 1)еСегщ 1 пас 1 оп оГРагй 1 сц 1 аСе Совроз 1 й 1 оп СопсепйГвй 1"оп апд 51 ге 01 ьйг 1 Ьц 1 оп СЬаппеьы 1 тп тцпе. - нАпюь. Епч 1 гопаепй",1971, чо 1 5 р, 645-651. (прототип).966562 фиг. 2ВНИИПИ Заказ 7833/60 Тираж 887 Подписное лиал ППП "Патент". Ужгород,ул,Проектна