RU53013U1 - AIR SAMPLING DEVICE - Google Patents

Abstract

Устройство для отбора проб воздуха относится к газовым пробоотборникам, а именно к устройствам для аспирационного отбора проб воздуха в пробоотборные сосуды для последующего измерения содержания в нем вредных газов при санитарном контроле, и может быть использовано в системах контроля воздушного бассейна городов, а также производственных помещений. Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в автоматическом поддержании заданного значения расхода воздуха при анализе широкого спектра загрязнителей воздуха с различными пневмосопротивлениями и при сокращенном количестве деталей. Поставленная задача достигается тем, что устройство для отбора проб воздуха, содержит побудитель расхода воздуха и диафрагму, на выходе которой установлен стабилизатор давления, сообщенный с атмосферой. Диафрагма выполнена перенастраиваемой таким образом, что она совместно со стабилизатором давления обеспечивает автоматическое поддержание постоянство давления на выходе из диафрагмы, при этом выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха. Таким образом, устройство для отбора проб воздуха является универсальным, автоматически и плавно обеспечивает в широких пределах стабильный расход отбираемой пробы воздуха без изменения конструкции устройства вне зависимости от изменения сопротивления пробоотборного устройства. Устройство может стабильно работать практически с любым поглотителем, то есть обеспечивает анализ широкого спектра загрязнителей воздуха, являясь при этом переносным и удобным в эксплуатации. При этом мощность побудителя расхода меняется в зависимости от пневмосопротивления пробоотборного устройства, что является экономически выгодным. Устройство является простым и не требует дистанционного переключения режимов работы.A device for sampling air refers to gas samplers, namely, devices for aspirating air sampling into sampling vessels for subsequent measurement of harmful gases in it during sanitary control, and can be used in monitoring systems of the air basin of cities, as well as industrial premises. The objective of the utility model is to improve the operational characteristics of the device. The technical result that can be obtained using the utility model is to automatically maintain a given value of air flow when analyzing a wide range of air pollutants with different pneumatic resistance and with a reduced number of parts. This object is achieved by the fact that the device for sampling air contains an inducer of air flow and a diaphragm, the outlet of which is equipped with a pressure stabilizer in communication with the atmosphere. The diaphragm is made reconfigurable in such a way that, together with the pressure stabilizer, it automatically maintains a constant pressure at the outlet of the diaphragm, while the output of the device through negative feedback is associated with an inducer of air flow. Thus, the device for sampling air is universal, automatically and smoothly provides a wide range of stable consumption of the sampled air without changing the design of the device, regardless of the change in the resistance of the sampling device. The device can work stably with almost any absorber, that is, it provides an analysis of a wide range of air pollutants, while being portable and convenient to use. In this case, the power of the flow inducer varies depending on the pneumatic resistance of the sampling device, which is economically viable. The device is simple and does not require remote switching of operating modes.

Description

Полезная модель относится к газовым пробоотборникам, а именно к устройствам для аспирационного отбора проб воздуха в пробоотборные сосуды для последующего измерения содержания в нем вредных газов при санитарном контроле, и может быть использовано в системах контроля воздушного бассейна городов, а также производственных помещений.The utility model relates to gas samplers, namely, devices for aspirating air sampling into sampling vessels for subsequent measurement of harmful gases in it during sanitary control, and can be used in monitoring systems of the air basin of cities, as well as industrial premises.

Известно устройство для отбора проб воздуха, содержащее побудитель расхода, элемент сравнения, дроссели, повторитель со сдвигом и повторитель-усилитель (авторское свидетельство СССР N 894427, кл. G 01 N 1/22, 1981). В пробоотборном сосуде известного устройства отсутствует поглотитель, в связи с чем пневмосопротивление пробоотборного сосуда не меняется и, следовательно, расход воздуха от него не зависит.A device for sampling air containing a flow meter, a comparison element, chokes, a repeater with a shift and a repeater amplifier (USSR author's certificate N 894427, class G 01 N 1/22, 1981). In the sampling vessel of the known device there is no absorber, and therefore the pneumatic resistance of the sampling vessel does not change and, therefore, the air flow does not depend on it.

При возникновении сопротивления в пробоотборном сосуде происходит дестабилизация установленного ранее расхода, которая ничем не компенсируется. Следовательно, устройство поддерживает требуемый расход только при отсутствии поглотителя, что сильно сужает диапазон анализируемых веществ. Все дроссели, установленные в линиях отбора, рассчитаны на один расход и предназначены для отбора одновременно четырех проб. Однако для изменения расхода в устройстве надо перенастроить дроссели с применением поверочных средств, что затрудняет эксплуатацию устройства и сужает круг анализируемых веществ.When resistance arises in the sampling vessel, the previously established flow rate is destabilized, which is not compensated for by anything. Therefore, the device maintains the required flow rate only in the absence of an absorber, which greatly narrows the range of analytes. All throttles installed in the sampling lines are designed for one flow rate and are designed to simultaneously take four samples. However, to change the flow rate in the device, it is necessary to reconfigure the throttles using calibration tools, which complicates the operation of the device and narrows the range of analytes.

Известно устройство для отбора проб воздуха, содержащее побудитель расхода, диафрагму и переменное пневмосопротивление, образующие основную линию (авторское свидетельство СССР N 974197, кл. G 01 N 1/22, 1982).A device for sampling air containing a flow inducer, a diaphragm and variable air resistance forming the main line (USSR author's certificate N 974197, class G 01 N 1/22, 1982) is known.

Переменное сопротивление поддерживает на входе в диафрагму постоянное давление, независимо от сопротивления пробоотборного сосуда. Побудитель расхода создает на выходе диафрагмы разрежение (не менее 0,7 атм), необходимое для критического режима истечения воздуха через диафрагму. Такой режим помогает стабилизировать расход отбираемой пробы воздуха. Однако поддержание расхода в устройстве, аналогичного расходу в описываемом устройстве, потребовало бы побудитель с мощностью, приблизительно на порядок большей, чем в описываемом устройстве, что делает невозможной переносную модель известного устройства. Применение в известном устройстве одной диафрагмы обеспечивает поддержание определенного расхода, что ограничивает число анализируемых компонентов.Variable resistance maintains constant pressure at the inlet to the diaphragm, regardless of the resistance of the sampling vessel. The flow rate driver creates a vacuum at the outlet of the diaphragm (at least 0.7 atm), which is necessary for the critical regime of air flow through the diaphragm. This mode helps to stabilize the flow rate of the sampled air. However, maintaining the flow rate in the device, similar to the flow rate in the described device, would require a motive with a power approximately an order of magnitude greater than in the described device, which makes impossible a portable model of the known device. The use in the known device of a single diaphragm ensures the maintenance of a certain flow rate, which limits the number of analyzed components.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту The closest in technical essence and achieved technical effect

к предлагаемому техническому решению является «Устройство для отбора проб воздуха» (патент РФ №2039349, МПК G 01 N 1/22 от 09.07. 1995). Оно содержит побудитель расхода, диафрагму и переменное пневмосопротивление. Устройство снабжено расположенным на выходе диафрагмы стабилизатором перепада давления и байпасной линией, связывающей выход и вход побудителя расхода. Переменное пневмосопротивление смонтировано на байпасной линии. Вход байпасной линии и вход диафрагмы связаны с выходом побудителя расхода. На основной линии имеется клапан, вход которого соединен с выходом стабилизатора перепада давления, а выход с атмосферой. Устройство снабжено набором клапанов с диафрагмами и стабилизаторами перепада давления на них. Выход клапанов связан с атмосферой. Вход клапанов расположен на выходе стабилизаторов перепада давления. Ветви набора клапанов связаны с основной линией.to the proposed technical solution is the "Device for sampling air" (RF patent No. 2039349, IPC G 01 N 1/22 from 09.07. 1995). It contains a flow inducer, a diaphragm, and variable air resistance. The device is equipped with a differential pressure stabilizer located at the output of the diaphragm and a bypass line connecting the output and input of the flow inducer. Variable air resistance mounted on the bypass line. The bypass line input and the diaphragm input are connected to the output of the flow inducer. On the main line there is a valve, the inlet of which is connected to the output of the differential pressure stabilizer, and the outlet to the atmosphere. The device is equipped with a set of valves with diaphragms and differential pressure stabilizers on them. The valve outlet is connected to the atmosphere. The valve inlet is located at the outlet of the differential pressure stabilizers. The branches of the valve set are connected to the main line.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Побудитель создает разрежение на выходе из пробоотборного сосуда. Анализируемый воздух проходит через пробоотборный сосуд, побудитель расхода, диафрагму, стабилизатор и сбрасывается в атмосферу. Расход воздуха задается диафрагмой. Для поддержания постоянного расхода через пробоотборный сосуд достаточно поддерживать постоянный расход через диафрагму, так как воздух от пробоотборного сосуда до диафрагмы нигде не сбрасывается. Постоянство расхода через диафрагму обеспечивается при двух условиях: постоянном перепаде давления на диафрагме и постоянном давлении на входе в диафрагму. Постоянный перепад давления на диафрагме создается стабилизатором перепада давления. Постоянное давление на входе в диафрагму создается переменным пневмосопротивлением. Таким образом, при возникновении или изменении сопротивления пробоотборного сосуда расход через него остается постоянным. Необходимый расход задается включением клапана.The inducer creates a vacuum at the outlet of the sampling vessel. The analyzed air passes through a sampling vessel, a flow inducer, a diaphragm, a stabilizer and is discharged into the atmosphere. Air flow is set by the diaphragm. To maintain a constant flow rate through the sampling vessel, it is sufficient to maintain a constant flow rate through the diaphragm, since the air from the sampling vessel to the diaphragm is not discharged anywhere. The constant flow through the diaphragm is ensured under two conditions: a constant differential pressure across the diaphragm and a constant pressure at the inlet to the diaphragm. A constant differential pressure across the diaphragm is created by a differential pressure stabilizer. Constant pressure at the inlet to the diaphragm is created by variable air resistance. Thus, when the resistance of the sampling vessel appears or changes, the flow through it remains constant. The required flow rate is set by turning on the valve.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность устройства и низкая экономичность работы побудителя расхода воздуха.The disadvantages of this device are the low reliability of the device and the low efficiency of the inducer of air flow.

Низкая надежность устройства объясняется большим количеством деталей и воздушных линий, что требует необходимости их переключения или требует разработки для него системы автоматического управления. Для поддержания постоянного расхода воздуха через пробоотборный сосуд требуется несколько стабилизаторов давления (в патенте приводится пример с пятью стабилизаторами). Кроме того, требуется установка регулятора для управления величиной переменного пневмосопротивления для поддержания постоянства давления на входе в диафрагму.The low reliability of the device is explained by a large number of parts and overhead lines, which requires the need to switch them or requires the development of an automatic control system for it. To maintain a constant air flow through the sampling vessel, several pressure stabilizers are required (the patent provides an example with five stabilizers). In addition, the installation of a regulator is required to control the magnitude of the variable air resistance to maintain a constant pressure at the inlet to the diaphragm.

Низкая экономичность работы побудителя расхода воздуха объясняется тем, что во всех случаях он работает на максимальном режиме, а достижение постоянства расхода The low efficiency of the air flow inducer is due to the fact that in all cases it operates at maximum speed, and the achievement of a constant flow rate

добиваются переменным пневмосопротивлением в байпасной линии. Кроме того, изменение расхода носит дискретный характер, задаваемый диафрагмой.achieve variable air resistance in the bypass line. In addition, the change in flow rate is discrete, defined by the diaphragm.

Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства.The objective of the utility model is to improve the operational characteristics of the device.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в автоматическом поддержании заданного значения расхода воздуха при анализе широкого спектра загрязнителей воздуха с различными пневмосопротивлениями и при сокращенном количестве деталей.The technical result that can be obtained using the utility model is to automatically maintain a given value of air flow when analyzing a wide range of air pollutants with different pneumatic resistance and with a reduced number of parts.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для отбора проб воздуха, представляет собой воздушную магистраль, содержащую пробоотборное устройство, побудитель расхода воздуха, диафрагму, стабилизатор давления и сообщенную с атмосферой. Диафрагма выполнена перенастраеваемой таким образом, что она совместно со стабилизатором давления обеспечивает автоматическое поддержание давления на выходе из диафрагмы, при этом выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха.The problem is achieved in that the device for sampling air, is an air line containing a sampling device, an inducer of air flow, a diaphragm, a pressure stabilizer and in communication with the atmosphere. The diaphragm is made reconfigurable in such a way that, together with the pressure stabilizer, it automatically maintains the pressure at the outlet of the diaphragm, while the output of the device through negative feedback is connected with the inducer of air flow.

Сущность работы устройства поясняется чертежом.The essence of the device is illustrated in the drawing.

Устройство для отбора проб воздуха содержит пробоотборное устройство 1, побудитель расхода воздуха 2, стабилизатор 3 и диафрагму 4.A device for sampling air contains a sampling device 1, an inducer of air flow 2, a stabilizer 3 and a diaphragm 4.

Отличительной особенностью устройства является то, что диафрагма 4 выполнена перенастраиваемой. Вся воздушная магистраль представляет собой одну основную линию, соединенную с атмосферой.A distinctive feature of the device is that the diaphragm 4 is made reconfigurable. The entire airway is one main line connected to the atmosphere.

Другой отличительной особенностью устройства является то, что выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха.Another distinctive feature of the device is that the output of the device through negative feedback is associated with an inducer of air flow.

Условия работы устройство для отбора проб воздуха.Operating conditions air sampling device.

Первое условие - предварительная настройка диафрагмы 4 с дальнейшей работой стабилизатора давления 3, в результате чего обеспечивается поддержание постоянства давления на выходе из устройства (p₃=const). Это условие обеспечивает поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали при незначительном изменении входного давления и при неизменном режиме работы побудителя расхода 2.The first condition is the preliminary adjustment of the diaphragm 4 with the further operation of the pressure stabilizer 3, as a result of which the pressure at the outlet of the device is maintained constant (p ₃ = const). This condition ensures the maintenance of a constant flow rate in the air line with a slight change in the inlet pressure and at a constant operating mode of the flow driver 2.

Второе условие - наличие отрицательной обратной связи между побудителем расхода воздуха 2 и выходом устройства. Это условие обеспечивает поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали при значительном изменении входного давления за счет изменения режима работы побудителя расхода 2.The second condition is the presence of negative feedback between the inducer of air flow 2 and the output of the device. This condition ensures the maintenance of a constant flow rate in the air line with a significant change in the inlet pressure due to a change in the operating mode of the flow driver 2.

И в том и в другом случаях, изменение расхода в воздушной магистрали осуществляется плавно.In both cases, the flow rate changes in the air line smoothly.

Настройка устройства для работы на заданный режим.Setting up the device to work in a given mode.

Перенастраиваемая диафрагма 4 предназначена для настройки устройства для работы на заданном режиме. Это осуществляется следующим образом. Диафрагма 4 устанавливается в положение, соответствующее величине пневмосопротивления пробоотборного устройства 1. Причем само пробоотборное устройство 1 в схему не устанавливается и в настройке не принимает участие. Производится запуск установки с целью вывода побудителя расхода воздуха 2 на номинальный режим, настройки работы на этом режиме стабилизатора 3 и экспериментального определения величины давления p₃.The tunable aperture 4 is designed to configure the device to work in a given mode. This is as follows. The diaphragm 4 is set to the position corresponding to the pneumatic resistance of the sampling device 1. Moreover, the sampling device 1 is not installed in the circuit and does not participate in the configuration. The installation is launched in order to bring the inducer of air flow 2 to the nominal mode, adjust the operation of stabilizer 3 in this mode, and experimentally determine the pressure p ₃ .

По завершению режима настройки, пневмосопротивление диафрагмы 4 выводится на ноль, что соответствует равенству ее проходного сечения диаметру трубопровода. Пробоотборное устройство 1 устанавливается на вход устройства, после чего оно готово к работе с поддержанием заданного значения расхода.Upon completion of the setup mode, the pneumatic resistance of the diaphragm 4 is displayed to zero, which corresponds to the equality of its flow area to the diameter of the pipeline. The sampling device 1 is installed at the input of the device, after which it is ready to work with maintaining a predetermined flow rate.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Побудитель расхода воздуха 2 создает разрежение на выходе из исследуемого пробоотборного устройства 1. Анализируемый воздух проходя через него, далее через побудитель расхода 2, стабилизатор давления 3, диафрагму 4, сбрасывается в атмосферу. Поддержание постоянного расхода в воздушной магистрали может осуществляется на двух режимах.The air flow inducer 2 creates a vacuum at the outlet of the studied sampling device 1. The analyzed air passing through it, then through the flow inducer 2, pressure stabilizer 3, orifice 4, is discharged into the atmosphere. Maintaining a constant flow rate in the air line can be carried out in two modes.

1 режим соответствует изменению входного сигнала в узких пределах.1 mode corresponds to a change in the input signal within narrow limits.

Предположим, что при подключении пробоотборного устройства с большим пневмосопротивлением сорбционного элемента от заданного значения привело к незначительному уменьшению р₁, а, следовательно, и р₂, т.к. режим работы побудителя расхода 2 не менялся. Стабилизатор давления 3 уменьшит пневмосопротивление таким образом, чтобы компенсировать его увеличение на входе в устройство. Площадь его проходного сечения увеличится таким образом, что будет способствовать увеличению расхода в воздушной магистрали, а значит и увеличению р₃. Следовательно, значение давления р₃ останется неизменным.Suppose that when connecting a sampling device with a high pneumatic resistance of the sorption element from the set value, it led to a slight decrease in p ₁ , and therefore p ₂ , because the mode of operation of the flow driver 2 did not change. The pressure stabilizer 3 will reduce the pneumatic resistance in such a way as to compensate for its increase at the entrance to the device. The area of its passage section will increase in such a way that it will increase the flow rate in the air line, and hence increase p ₃ . Consequently, the pressure p ₃ will remain unchanged.

2 режим соответствует изменению входного сигнала в широких пределах.2 mode corresponds to a wide change in the input signal.

Предположим, что при подключении пробоотборного устройства пневмосопротивление сорбционного элемента резко возросло по сравнению с заданным значением, что имеет место при его засорении. Это приведет к значительному уменьшению p₁, а, следовательно, и р₂, т.к. режим работы побудителя расхода 1 пока не изменился. Стабилизатор давления 2 уменьшит пневмосопротивление дросселя 3, но его технических возможностей не хватает для того, чтобы компенсировать это изменение. Это приведет к отклонению значения р₃ от заданного значения. Это отклонение через отрицательную обратную связь Suppose that when a sampling device is connected, the pneumatic resistance of the sorption element increases sharply compared to the set value, which occurs when it is clogged. This will lead to a significant decrease in p ₁ and, consequently, p ₂ , because the mode of operation of the flow driver 1 has not yet changed. The pressure stabilizer 2 will reduce the pneumatic resistance of the throttle 3, but its technical capabilities are not enough to compensate for this change. This will lead to a deviation of the p ₃ value from the set value. This deviation is through negative feedback.

передается на побудитель расхода 2. Режим его меняется таким образом, чтобы компенсировать влияние этого очень большого пневмосопротивления сорбционного элемента. В данном случае, побудитель расхода 2 увеличит свою производительность. Дальнейшее регулирование расхода будет происходить в соответствии с вторым условием до тех пор, пока давление p₃ станет равным первоначальному значению. Этот режим работы устройства соответствует изменению входного сигнала в широких пределах.transmitted to the flow inducer 2. Its mode is changed in such a way as to compensate for the effect of this very large pneumatic resistance of the sorption element. In this case, the flow driver 2 will increase its productivity. Further flow control will occur in accordance with the second condition until the pressure p ₃ becomes equal to the original value. This mode of operation of the device corresponds to a wide change in the input signal.

Таким образом, при возникновении или изменении сопротивления пробоотборного устройства 1 расход через него всегда остается постоянным.Thus, with the occurrence or change in the resistance of the sampling device 1, the flow through it always remains constant.

Однако, практически оба режима реализуются одновременно, что способствует плавному поддержанию постоянства значения расхода через исследуемое пробоотборное устройство 1 при любых параметрах его сорбционного элемента.However, almost both modes are implemented simultaneously, which contributes to the smooth maintenance of a constant flow rate through the studied sampling device 1 for any parameters of its sorption element.

Таким образом, устройство для отбора проб воздуха является универсальным, автоматически и плавно обеспечивает в широких пределах стабильный расход отбираемой пробы воздуха без изменения конструкции устройства вне зависимости от изменения сопротивления пробоотборного устройства. Устройство может стабильно работать практически с любым пробоотборным устройством, то есть обеспечивает анализ широкого спектра загрязнителей воздуха, являясь при этом переносным и удобным в эксплуатации. При этом мощность побудителя расхода меняется в зависимости от пневмосопротивления пробоотборного устройства, что является экономически выгодным. Устройство является простым и не требует дистанционного переключения режимов работы.Thus, the device for sampling air is universal, automatically and smoothly provides a wide range of stable consumption of the sampled air without changing the design of the device, regardless of the change in the resistance of the sampling device. The device can work stably with almost any sampling device, that is, it provides an analysis of a wide range of air pollutants, while being portable and convenient to use. In this case, the power of the flow inducer varies depending on the pneumatic resistance of the sampling device, which is economically viable. The device is simple and does not require remote switching of operating modes.

Claims (1)

Устройство для отбора проб воздуха представляет собой воздушную магистраль, содержащую пробоотборное устройство, побудитель расхода воздуха, диафрагму, стабилизатор давления и сообщенную с атмосферой, отличающееся тем, что диафрагма выполнена перенастраеваемой таким образом, что она совместно со стабилизатором давления обеспечивает автоматическое поддержание давления на выходе из диафрагмы, при этом выход устройства через отрицательную обратную связь связан с побудителем расхода воздуха.

An air sampling device is an air line containing a sampling device, an air flow inducer, a diaphragm, a pressure stabilizer and in communication with the atmosphere, characterized in that the diaphragm is made reconfigurable in such a way that, together with the pressure stabilizer, it automatically maintains the pressure at the outlet of diaphragms, while the output of the device through negative feedback is associated with a stimulator of air flow.