Устройство для отбора проб воздуха

 

Изобретение относится к устройствам для отбора проб пыли и газа из воздуха, может быть применено в стационарных и передвижных контрольноизмерительных комплексах по контролю загрязнения атмосферы и позволяет повысить точность химического анализа пробы за счет улучшения регулирования системы термостатирования. Устройство содержит термостатируемую камеру 3 с 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 консольно на краях ребер со стороны термочувствительного злемента. Отношение толщины биметаллической пластины к длине теплопровода находится в соотношении 0,028-0,032. 4 ил. i (Л

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

09) (11) (51) 4 G 01 N 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4091672/25-26 (22) 10.07.86 (46) 23.12.87. Бюл. Р 47 (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (72) P.Ï.Êëþåâ, Б.И.Шейтельман, Б.А.Голубев и А.M.Ìoë÷àíoâ (53) 543.053(088.8) (56) Перегуд Е.А. Санитарно-химический контроль воздушной среды. — M.:

Химия, 1978, с. 11.

Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха. — Труды ГГО им. А.И.Воейкова, вып. 325. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, с. 110-115. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к устройствам для отбора проб пыли и газа из воздуха, может быть применено в стационарных и передвижных контрольноизмерительных комплексах по контролю загрязнения атмосферы и позволяет повысить точность химического анализа пробы за счет улучшения регулирования системы термостатирования. Устройство содержит термостатируемую камеру 3 с 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 консольно на краях ребер со стороны термочувствительного элемента. Отношение толщины биметаллической пластины к длине теплопровода находится в соотношении

0,028-0,032. 4 ил.

1 13

Изобретение относится к устройствам для отбора проб, в частности для отбора 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 регулирования системы термостатирования.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг,2— узел I на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез

А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — элемент теплопровода, продольный разрез.

Устройство для отбора проб воздуха состоит иэ каркаса 1 с теплоизоляционным кожухом 2, в котором установлена термостатируемая камера 3 ° Тер4 мостатируемая камера 3 содержит входной патрубок 4 с форсажным нагревателем 5, поглотительный прибор 6, рас ходомерное устройство 7, электроаспиратор 8 и выходной патрубок 9. На термостатируемой камере 3 через тепло.

-изоляционную прокладку 10 установлен термочувствительный элемент 11, который через теплопровод 12, выполненный в виде втулки, связан с окружающей средой. Теплопровод 12 проходит через теплоизоляционный кожух 2. Внутри теплопровода 12 в пазах 13 расположены ребра 14, выполненные иэ теплоизоляционного материала и с одной стороны имеющие форму двутавра. На ребрах

14 консольно закреплены П-образные биметаллические пластины 15, касающиеся термочувствительного элемента 11 стороной, выполненной из материала с высокой теплопроводностью.

Термочувствительный элемент 11 через терморегулятор 16 связан с форсажным нагревателем 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, связанными с регулятором 20, Вентилятор 19 установлен в люке 21 на каркасе 1.

Устройство работает следующим образом.

При температурах наружного воздуха ниже температуры статирования включаются нагревательные печи 17. При помощи датчика 18 температуры устанавливают заданную температуру в термо61472 2 статируемой камере 3. После опреде. ленной выдержки времени, необходимой для выравнивания температуры внутри термостатируемой камеры 3, включаетВ ся электроаспиратор 8, и исследуемый воздух засасывается через входной патрубок 4 в поглотительный прибор 6.

Далее воздух проходит через расходо1>,ìåðíoå устройство 7 и выбрасывается через выходной патрубок 9 из термостатируемой камеры 3. При больших объемах исследуемого воздуха и при

его низких температурах, когда нагревательные печи 17 не обеспечивают необходимого подогрева исследуемого воздуха, включается форсажный нагреватель 5, расположенный на входном патрубке 4. Регулирование форсажного нагревателя 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 средой и проходит через теплоизоляционный кожух 2.

При температурах наружного воздуха выше температуры статирования отключаются нагревательные печи 17, открывается люк 21 и включается вентилятор 19, Для избежания градиентов температуры внутри термостатируемой камеры 3 точная доводка до температу35 ры статирования исследуемого воздуха также производится при помощи форсажного нагревателя 5, при этом датчик

18 должен быть заведомо настроен на 0 температуру несколько. ниже температуры статирования, tj t=(2-3) С.

Предлагаемая конструкция теплопровода 12 позволяет изменять быстро и автоматически скорость нагрева-охлаждения термочувствительного элемента

11, а следовательно, режим работы системы форсажа в зависимости от температуры окружающей среды. Изменение теплового сопротивления между термочувствительным элементом 11 и окружающей средой осуществляется при помощи изменения способа теплопереда.чи через теплопровод 12.

Когда зазор 8 между ребрами 14 с

55 закрепленными на них биметаллическими пластинами 15 заполнен воздухом, теплопроводность которого% =0,0255 Вт/

/(м К) одного порядка с теплопроводностью теплоизоляционного кожуха 2, 1361472

Q = -1. дt

=7tH (2) гце — коэффициент линейного расширения, М/м К; — длина пластины вдоль образующей теплоотвода, м;

5 — толщина биметаллической пластины м, Биметаллическая пластина может

ЗО быть выполнена из красной меди с инваром, тогдаЪ,„ =395 Вт/(м-К); о =17,2»

»10 М/(м К), толщину пластины принимают исходя из конструктивных соображений.

Биметаллические пластины должны перекрыть щелевой зазор о =3 мм между ребрами при температурном перепаде

100 С. При этом между пластинами должен быть хороший механический контакт (поэтому прогиб биметаллической пластины выбирается равным зазору между ребрами, чтобы осуществлялось механическое прижатие между пластинами).

Из формулы (4) вычисляют ?.„„щ =

4> =0,051 м; Z»>« =0,059 м.

Высота теплопровода H=L+b; конструктивно b=(2-3) мм, тогда Н

= 53 мм, Н„„=62 Mtl

Исходя из формулы (3)

% — )) М..

Н

Зависимость прогиба h от темперао туры можно считать в диапазоне 100 С линейной, что является важным для

ББ процесса регулирования форсажных нагревателей. Автоматическое изменение зазора о от максимального до 0 по практически линейной зависимости от скачкообразного изменения температуто тепловая связь между термочувствительным элементом 11 и окружающей средой происходит посредством конвекции в щелевом зазоре, при этом коэф- . фициент теплоотдачи низкий, м, = 5 Вт/

/(м К), Такая картина теплсобмена происходит при незначительных отклонениях температуры окружающей среды от температуры термостатирования камеры 3. При скачкообразном изменении температуры окружающей среды биметаллические пластины 15 имеют возможность выгибаться с изменением до максимального прогиба h в зависимости от изменения температуры в отрицательную или положительную сторону.

При этом теплопередача через теплопровод 12 к термочувствительному элементу 11 происходит путем теплопро- 20 водности, 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 (8 3 мм) количество тепла, передаваемое от окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается по формуле

Q=xFbt (1) где — коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2. К) °

F — площадь поперечного сечения, м2; температурный перепад между окружающей средой и термостао тируемой камерой, С.

Количеством тепла, передаваемым через теплоизоляционную втулку 12 и ребра 14, выполненные из материала с низкой теплопроводностью, можнопренебречь, 9, 0,01 — 0,02 Вт/(м К).

Выполнение ребер с одной стороны в виде двутавра предотвращает тепловые натечки по пластинам 15, когда прогиб h 0.

Во втором случае, когда теплопередача происходит путем теплопроводности при прогибе биметаллических пластин 15, тепловой поток, передаваемый от окружающей среды термочувствительному элементу 11, рассчитывается по формуле где — коэффициент теплопровадности, Вт/(м К);

H — высота теплоотвода, м;

F — площадь поперечного гечения, м ;

bt — температурный перепад между окружающей средой и термоо статируемой камерой, С.

Чтобы изменять скорость нагрева термочувствительного элемента 11

)) 0f. ó (3) ледует найти условие, когда отноше9 ние вЂ, будет максимальным. !

Отклонение биметаллической пластины

12

h=- -bt

У (4) 472

5 l 361 ры окружающей среды упрощает настройку и регулирование системы термостатирования.

Формулу (4) можно записать в виде (Н-Ь) 2

h=cC-— --— --— - h t (5)

Зная соотношение -=К как постоянН ную величину

10 (Й) „я =090284) (-) =0,0322, получают в диапазоне (0,0284+0,0322).

Можно записать в формулу (5) в виде

- (H-Ь)

h — 4------ ht

КН (6)

l5 где 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 темпера25 туры окружающей среды обеспечивает высокую точность химанализа H достоверность проб при автоматическом контроле. Это позволяет улучшить методологию наблюдения, повысить качество и достоверность результатов контроля за загрязнением атмосферы.

Формула изобретения

Устройство для отбора проб воздуха, содержащее каркас с теплоизоляционным кожухом, размещенную внутри него термостатируемую камеру с входным и выходным патрубками, в которой размещен поглотительный прибор, измеритель расхода воздуха, нагреватель-. ное устройство, электроаспиратор, форсажный нагреватель, установленный на 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 улучшения регулирования системы термостатирования, термочувствительный элемент установлен с наружной стороны термостатируемой камеры на теплоизоляционной прокладке и сообщается с окружающей средой при помощи теплопровода, размещенного в теплоизоляционном кожухе и выполненного в виде теплоизоляционной втулки с внутренними пазами вдоль ее образующей, при этом теплопровод снабжен продольными ребрами, установленными в его пазах, и ребра выполнены из материала с низкой теплопроводностью и снабжены биметаллическими пластинами П-образной формы, консольно закрепленными на краях ребер со стороны термочувствительного элемента, а отношение толщины биметаллической пластины к длине теплопровода находится в пределах 0,028-0,032, причем одна из половин биметаллической пластины, прилегающая к термочувствительному элементу, выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например меди или ее сплавов,.

1361472

A""A

Составитель Л.Нечипоренко

Редактор О.Юрковецкая Техред A. Кравчук Корректор И.Эрдейи

Заказ 6219/44 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

П роизводственно-полиграфическое предприятие, г..ужгород, ул,Проектная, 4