Устройство для отбора проб аэрозолей

115Изобретение относится к технике отбора проб путем всасывания газа, содержащего взвешенные частицы и может использоваться для . контроля за состоянием воздуха, а также в промышленных установках для контроля за количеством пылевидных частиц.Известно устройство для определения содержания пыли в воздухе, содержащее корпус с заборным наконечником в виде горизонтальной цилиндрической. трубки, скрепленной с флюгаркой, устанавливающей ее против ветра, фильтр, вентилятор с электроприводом, счетчик количества просасываемого воздуха, регулятор расхода, датчик скорости ветра, сходящий электропривод 113,Недостатком устройства является невозможность обеспечить изокинетичность при больших скоростях вет- ра.Известно устройство для отбора проб аэрозолей, содержащее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля (аспиратор), исполнительный механизм для изменения площади вход.чного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля, следящую систему23.Недостатком устройства является недостаточная эффективность контроля эа содержанием взвешенных частиц в воздухе, а также обеспечение изокинетичности отбора не в любом диапазоне скоростей ветра,Цель изобретения - повышение эфФфективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб аэрозолей, содержащем заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля, исполнительный механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля и следящую систему, связывающую датчик с исполнительным механизмом, заборный наконечник выполнен из упругой пластины, а исполнительный. механизм снабжен приспособлением для возвратно-поступательч 582ного перемещения заборного наконечника.Исполнительный механизм выполненв виде коаксиальных направляющих,тяг, прикрепленных одними концамик заборному наконечнику, а другимик приспособлению для возвратнопоступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивным серво мотором, связанным с датчиком скорости потока через следящуюсистему, а,приспособление для воэвратно-поступательного перемещения наконечникавыполнено в виде кулачковой передачи 15 и передачи винт-гайка и соединенос сервомотором.Приспособление для всасыванияаэрозоля выполнено в виде установленной во входном канале вентилятора щ шаибы, в отверстии которой расположен подйружиненный конус, установленный вершиной к вентилятору..На фиг,1 изображено устройство,общий вид; на фиг.2 - схема устрой ства; на фиг. 3 - конический наконечник.Устройство содержит корпус 1,часть 2 которого выполнена поворотной вокруг вертикальной оси и снабжена коническим разрезным заборнымнаконечником 3, выполненным из упругой гибкой пластины, свернутой ввиде усеченного конуса. Поворотнаячасть 2 имеет съемную крышку 4.35На поворотной части 2 на крон,штейнах 5 установлен датчик 6 направления ветра в виде флюгарки идатчик 7 скорости ветра (крыльчатка). В корпусе 1 расположен венти лятор 8 с электроприводом 9, Вподводящей трубе 10 установлен автоматический регулятор расхода в вицешайбы 11, в отверстии которойрасположен подпружиненный конус 12, ф 5 направленный вершиной по потоку(к вентилятору 8). В нижней частикорпуса выполнены отверстия 13 для,выпуска просасываемого воздуха.Корпус 1 укреплен на телескопической 50 мачте 1 ч.Поворотная часть 2 несет внешнююконическую направляющую 15, которая охватывает заборный наконечник3, а коаксиально к ним внутри нако нечмика 3 находится кольцевая на.правляющая 16 в вице трубки.К основанию наконечника 3 прикреплены тяги 17, которые с помощью пе154582 3редачи винт-гайка 18 и червячной передачи 19 соединены с реверсивным сервомотором 20, служащим для возвратно-поступательного перемещения наконечника 3 в направляющих 15 и 16. Сервомотор 20 подключен к выходу следящей системы 21, к входукоторой подключен электрический выход датчика 7 скорости ветра - крыльчаткн. На оси крыльчатки 7 может быть укреплен кулачок, замыкающий контакт при каждом обороте, или электрогенератор, настолько малой мощности, чтобы крыльчатка 7 могла его вращать при скорости ветра 0,5 м/с. Для усиления сигнала датчика в следящей системе 21 предусмотрен усилитель. Следящая система 21 выполнена в виде мостовой схемы, а цепь выхода которой включен сервомотор 20.На выходе наконечника 3 установлен сепаратор взвешенных частиц в виде кольцевого фильтра 22, который укреплен иа сетке 23, а эта, сетка охватывает ролики 24 и 25.Ведущий ролик 25 установлен в центре вращения поворотной части 2 и связан червячной 26 и зубчатой 27 передачами с валом сервомотора 28, который установлен на неподвижном корпусе 1.Концентрично с роликом 25 установлена зубчатка 29, входящая в зацепление с червяком 30, соединенным с валом реверсивного сервомотора 28. Зубчатка 29 скреплена с поворотной частью 2 и может поворачивать последнюю.. Передачи 26 и 27 рассчитаны так, что при одном полном повороте части 2 кольцевой фильтр 22 протягивается перед выходом наконечника 3 полностью, на всю свою длину. К сетке 23 прилегает вход поворотного патрубка 30, выход которого соединен с подводящей трубой 10. Патрубок ЗО скреплен с поворотной частью 2 и всегда следует за наконечником 3.К вертикальному валу флюгарки 6 прикреплен рычаг 31, расположенный между контактами.32 и 33, разнесенными в горизонтальной плоскости на заданное угловое расстояние, например на 1/8 часть окружности. Контакты 32 и 33, а также рычаг 31 подключены к входу следящей системы 34, соединенной с реверсивным сервомотором 28, который эта следящая система с помощью системы реле может запускать в ту или иную .сторону в зависимости от того, какой иэ контактов (33 или 34) замыкает рычаг 31, вращающийся вместе в Флюгаркой 6.В подводящей трубе 10 установлен измеритель 35 объема просасываемого воздуха, который представляет собой протарированную крыльчатку.со счетчиком ее оборотов, по числу которых судят об объеме протянутого вентилятором 8 воздуха.Для питания описанных агрегатовприбор снабжен источником Зб постоянного тока в виде аккумулятора или выпрямителя, подключенного к се О ти переменного тока. Источник токарасположен в контейнере у основания телескопической мачты 14, для его подключения к прибору в корпусе 1 предусмотрен ввод 37.д Устройство работает следующимобразом.Телескопическую мачту с приборомустанавливают в месте, где необходимо отбирать пробы воздуха, содержащего взвешенные частицы. Чтобы установить на сетке 23 кольцевой Фильтр 22, открывают крышку 4, Кольцевой фильтр 22 имеет метки, соот-.ветствующие направлениям на север, 35юг, восток и запад и на промежуточные направления. Этот фильтр закрепляют на сетке 23 так, чтобы напротив наконечника 3 находился участок фильтра, соответствующий имеющемуся в данный момент направлению наконечника 3 (например, северо-западному). После этого крышку закрывают, поднимают прибор на телесконической штанге до заданной высоты и включают электропитаниеприбора. Вентилятор 8 начинает засасывать воздух через наконечник 3 с заданной постоянной величиной расхода, которая поддерживается автоматически как за счет постоянства оборотов вентилятора, приводимого в действие электромотором, так и за счет регулятора расхода воздуха. При увеличении расхода воздуха выше заданной величины подпружиненный конус 12 испытывает увеличенное давление потока и вдавливается в шайбу 1 1, 1154582О 15 20 25 30 40 45 0 Замыкание одного из упомянутых контактов приводит к появлению сигнала, но которому следящая система 34 запускает сервомотор 28 в таком направлении, нри котором вращение поворотной части 2 приводит к отхо. ду замкнутого контакта (32 или 33) от рычага 31, тогда сервомотор 28 обесточивается и вращение поворотной части 2 прекращается. При этом наконечник 3 оказывается повернутым против ветра.При описанном вращении поворотной части 2 сервомотор 28 с помощью передачи 27 вращает также и ролик 25, что приводит к нротягиванию Фильтра 22 перед выходом наконечника 55 уменьшая зазор, а с ним и расход,Если же расход воздуха уменьшается,то конус 12 испытывает меньшее давление потока и пружина приподнимаетего, тем самым увеличивая зазормежду шайбой и конусом, что приводитк увеличению расхода. Регулировочным винтом задают исходное положениеконуса по отношению к шайбе 11 изадают величину расхода воздуха, просасываемого через прибор вентилятором. И этот. расход затем поддерживается автоматически,Если ветра нет, то включенныйприбор протягивает. воздух черезФильтр 22, а входное отверстие наконечника 3 будет находиться у коль.цевого среза направляющих 15 и 1 б ибудет иметь наибольшую площадь поперечного сечения, например 20 см .Если постоянный расход всасываемоговоздуха принят равным 1 л/с, то скорость воздуха на входе наконечникасоставит 0,5 м/с. При такой скорости несоблюдение изокинетичности (штиля) обусловит небольшуювполне допустимую погрешность вопределении содержания взвешенныхчастиц, поскольку при штиле в воздухе содержатся мелкие частицы, акрупные выпадают.При отсутствии ветра Флюгарка 6неподвижна и рычаг 31 не касаетсяни одного из контактов 32 и 33.Когда поднимается ветер, направ- .ление которого не совпадает с направлением Флюгарки, то последняяпод влиянием ветра .поворачивается ирычаг 31 замыкает один из контактов32 или 33 в зависимости от направления ветра. 3 на величину, соответствующую величине поворота наконечника 3. Таким образом, взвешенные частицы выделяются на частях фильтоа 22,соответствующих определенным направлениям ветра,Возникновение ветра приводит нетолько к повороту Флюгарки и поворотной части 2, но также приводит вовращение крыльчатку 7, являющуюсядатчиком скорости ветра с электрическим выходным сигналом. Этот сигнал попадает в следящую систему 21,которая запускает сервомотор 20,последний с помощью передач 19 и18 и тяг 17 выдвигает наконечник3 вдоль его продольной оси иэ направляющих 15 и 16. При этом выдвижение входного сечения наконечника3 уменьшается. А поскольку расход всасываемого воздуха при этом остается неизменным, то уменьшение площади входного сечения .наконечника сояровождается соответствующим увеличением скорости воздуха в этом сечении. Следует отметить, что на зто увеличение скорости воздуха на входе наконечника не требуется затрачивать дополнительной энергии вентилятора ввиду того, что засасываемый воздух уже имеет необходимую повышенную скорость, которая является возросшей скоростью ветра. В то же время, ввиду неизменности расхода просасываемого воздуха сопротивление тракта от наконечника до вентилятора тоже остается прежним, поскольку скорость движения воздуха в этом тракте остается неизменной. Для соблюдения изокинетичности на входе наконечника требуется, чтобы при изменении скорости ветра на . какую-то величину, на такую же величину изменялась (и с тем же знаком) и скорость воздуха на входе наконечника, Чтобы этого добиться, следует тарировкой найти зависимость между величиной сигнала датчика скорости ветраи скоростью ветра в заданном .диапазоне его скоростей. После этого в соответствии с указанной зависимостью надо подобрать передачи 19 и 18 от сервомотора 20 к наконечнику 3. Если упомянутая зависимость между сигналом датчика скорости ветра и скоростью ветра выражается прямой линей, то можно воспользоваться червячной передачей,а в11458случае более сложной зависимости можно использовать кулачковую передачу.Если площадь входного сечения(меньшего основания коническогонаконечника 3) при отсутствии ветрасоставляет 20 см, то в случае сильного ветра гибкую упругую пластину,образующую конический наконечник 3,сервомотор выдвинет из направляющих 4 и 16 и его входное отверстие 1 Оможет уменьшиться до 0,1 см . Такое сечение будет получено, еслипластина будет выполнена из достаточно тонкого упругого материала, например из тефлона или бериллиевой - 15бронзы, толщиной 0,1-0,2 мм,При уменьшении входного сечениянаконечника до 0,1 см 2 и принятомрасходе всасываемого воздуха, равном 1 л/с, скорость воздуха в та- щком входном сечении составит100 и/с, т.е. достигнет такой скорости, которая чрезвычайно редко встречается даже в сильнейших тропическихураганах, 25При увеличении скорости ветрасервомотор 20 будет по сигналам датчика скорости ветра 7 выдвигать наконечник 3 из направляющих и этимбудет уменьшать входное сечениенаконечника именно настолько, чтоскорость засасываемого воздуха навходе наконечника будет все времясоответствовать скорости ветра, т.е.будет соблюдаться изокинетичность.При уменьшении скорости ветра35сервомотор 20 будет втягивать наконечник в направляющие, увеличивая 2 8входное отверстие наконечника в соответствии с требованием иэокинетичности воздухозабора. При этом устройство будет обеспечивать упомя,нутую изокинетичность во всем диапазоне скоростей ветра, встречающихся в природе.Предложенное устройство может быть использовано не только в виде предлагаемой стационарной установки, но также и на летательных аппаратах (на вертолетах, например), При этом датчик скорости можно выполнить не в виде крыльчатки, а использовать применяемый в авиации датчик скорости, устроенный на принципе трубки Пито. Датчик направления ветра не понадобится. А протяжка Фильтра будет осуществляться не по команде датчика направления ветра, а по команде часового механизма.Таким образом, предложенное устройство позволяет отбирать пробы газа, содержащего взвешенные частицы, автоматически обеспечивая иэокинетичность на входе наконечника в большем диапазоне скоростей, когда приходится отбирать пробы в условиях частых и значительных колебаний скорости газа. Это позволяет повысить эффективность контроля за содержанием взвешенных частиц в,газе, что имеет важное значение при контроле за загрязнением воздуха,в геологоразведке, а также нри контроле за различными технологическими процессами.1164582 СоставителТехред Л,Редактор С Патрушева Подписнкомитета СССРи открытийкая наб., д. 4/5 Заказ 2705/ 1130 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 897 ПИ Государственного о делам изобретенийМосква, Ж, Раув Горяйновабняк Корректор Г. Реше