Устройство для контроля текучей среды и способ его работы

Группа изобретений относится к пробоотборнику для отбора проб текучей среды и способу его работы. Пробоотборник содержит датчик, регулятор расхода и эжектор для направления текучей среды на датчик. Регулятор расхода обеспечивает непрерывный поток текучей среды через пробоотборник мимо датчика. При этом эжектор направляет текучую среду на датчик под углом падения 30-60°. Достигаемый при этом технический результат заключается в упрощении конструкции пробоотборника и повышении надежности его работы. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к пробоотборнику и к способу его работы.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для контроля качества водопроводной воды, предназначенной для потребления, например, питьевой воды, необходимо периодически брать пробу воды. В настоящее время это обычно делает техник, который берет воду из гидранта и выполняет соответствующие анализы с помощью портативного пробоотборника, который он носит с собой. Как альтернатива, можно раскопать водопроводную трубу, сделать в ней отверстие и установить клапан, через который к трубе можно подсоединить пробоотборник. Эти способы требуют много времени и затрат и потому их невыгодно использовать.

В WO-A-2005/052573 описан пробоотборник, который можно подсоединить к гидранту (они обеспечивают широкий доступ к водопроводной сети), вывод которого выполнен так, чтобы обеспечить периодическое протекание текучей среды через пробоотборник. Однако желательно иметь менее сложный пробоотборник, и, кроме того, некоторые датчики качества воды не могут хорошо работать в периодическом потоке.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения положена задача упростить конструкцию пробоотборника и повысить надежность работы входящего в его состав датчика качества воды.

В соответствии с первым аспектом изобретения, предложен пробоотборник для отбора проб текучей среды, содержащий датчик и регулятор расхода, обеспечивающий непрерывный поток текучей среды через пробоотборник мимо датчика, и эжектор для направления текучей среды на датчик под углом падения 30-60°.

При попадании текучей среды на датчик под таким углом на нем не будут скапливаться пузырьки и твердые частицы, что повышает надежность работы датчика.

Пробоотборник предпочтительно выполнен с возможностью крепления к гидранту. Соответственно, пробоотборник содержит соединитель для присоединения к гидранту, имеющий резьбовой колпачок.

Датчик предпочтительно выполнен с возможностью периодического считывания характеристики текучей среды. Считанные датчиком данные хранятся в запоминающем устройстве. Пробоотборник предпочтительно содержит соединитель для вывода данных на внешнее устройство, например в карманный компьютер. Пробоотборник может дополнительно содержать передатчик для беспроводной передачи данных на внешнее устройство. Передатчик может представлять собой антенну.

Датчик может быть выбран из группы, включающей датчик хлора, датчик pH и датчик электрической проводимости. Пробоотборник может содержать несколько датчиков, выбранных из группы, включающей датчики хлора, датчики pH и датчики электрической проводимости.

Пробоотборник содержит канал для протекания через пробоотборник текучей среды и установленный в этом канале невозвратный клапан.

Регулятор расхода предпочтительно уменьшает давление потока текучей среды. Давление в водопроводной сети, равное 10-16 бар (1000-1600 кПа), уменьшается до приемлемой для датчика величины менее 1 бар (100 кПа), предпочтительно до 0,1 бар (10 кПа).

Предпочтительно, чтобы эжектор направлял текучую среду на датчик под углом падения 40-50°. Это гарантирует, что на датчике не скапливаются пузырьки и твердые частицы.

Датчик может быть мембранным датчиком.

Расход текучей среды не обязательно должен быть постоянным, но это желательно. Расход через пробоотборник может составлять 0,05-3 л/мин, желательно 0,05-1 л/мин, более желательно 0,075-0,5 л/мин. Предпочтительная величина расхода составляет 0,09-0,15 л/мин, наиболее предпочтительно 0,1 л/мин.

Текучая среда может представлять собой жидкость, в частности воду.

Пробоотборник предназначен предпочтительно для отбора проб воды из водопроводной сети.

Пробоотборник предпочтительно имеет конфигурацию для использования при давлении воды в водопроводе.

Согласно второму аспекту изобретения, предложен способ работы пробоотборника, выполненного в соответствии с первым аспектом изобретения, заключающийся в том, что при присоединении пробоотборника к источнику текучей среды регулятору расхода придают конфигурацию, подходящую для любого непрерывного потока текучей среды через пробоотборник.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже описаны варианты осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых:

на фиг.1 изображен спереди пробоотборник согласно первому варианту осуществления изобретения;

на фиг.2 - вертикальный разрез изображенного на фиг.1 пробоотборника, где схематично показаны его внутренние элементы;

на фиг.3 - вертикальный разрез крышки пробоотборника, изображенного на фиг.1 и 2;

на фиг.4 - схематичный вид сверху пробоотборника, изображенного на фиг.2;

на фиг.5 схематично изображен пробоотборник согласно второму варианту осуществления изобретения;

на фиг.6 - блок датчика пробоотборника, изображенного на фиг.5.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Показанный на фиг.1 пробоотборник 2 имеет главный корпус 4, крышку 6 и соединитель 8 для соединения с гидрантом. Главный корпус 4 и соединитель 8 выполнены из алюминиевого сплава, а крышка 6 закреплена на корпусе 4 болтами и выполнена из твердой пластмассы.

Как показано на фиг.2-4, соединитель 8 имеет внутреннюю резьбу 10 для присоединения пробоотборника 2 к гидранту (не показан). Водонепроницаемое уплотнение между соединителем 8 и гидрантом образовано уплотнительным кольцом 12.

Внутри соединителя 8 имеется входное отверстие 14 с фильтром 16, предотвращающим попадание в пробоотборник 2 достаточно крупных частиц материала, которые могут перекрыть путь потоку. Крепление фильтра 16 относительно входного отверстия 14 обеспечивается штуцером 18. От входного отверстия 14 идет гибкая трубка 20 к регулятору 22 расхода, в котором имеется невозвратный клапан 24. От регулятора 22 к корпусу 28 датчика проходит фитинг 26. В корпусе датчика находятся проточная камера 30, съемная мембрана 32 и датчик 34 хлора. В корпусе 28 имеется выходное отверстие 36, включающее резьбовой слив 38, для направления потока к дополнительным датчикам или пробоотборникам.

Подходящим регулятором расхода является регулятор Micro-Flow от WA Kates Company of 1363 Anderson, Clawson, MI 48017, USA. Избыток текучей среды сливается из пробоотборника.

Для доступа к проточной камере 30, съемной мембране 32 и датчику 34 в корпусе 28 предусмотрена крышка 40 и уплотнительное кольцо 42. При установленной крышке 40 между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью мембраны 32 образована проточная камера 30, имеющая известный постоянный объем и известные характеристики, влияющие на поток. В крышке 40 имеется сквозное отверстие, нормально закрытое съемной резьбовой заглушкой 43. Через это отверстие можно нагнетать, с известным расходом, контрольные растворы. После снятия крышки 40 можно легко заменить детали, например мембрану 32. Датчик 34 служит для определения содержания хлора в воде, проходящей через проточную камеру 30.

Подходящим датчиком является датчик CL4-1N от Dr Reiss GmbH, Eisleber Str.5, Weinheim, Germany.

Пробоотборник содержит батарею 44 и соединитель 46 типа RS232, имеющий кнопку 48 для ручного включения и выключения устройства. Батарея 44 является источником питания электроники, расположенной внутри пробоотборника 2.

В крышке 6 находится антенна 50 GSM, комбинированный GSM/радио модуль и регистратор 52 данных с запоминающим устройством.

Канал для протекания текучей среды через пробоотборник 2 проходит от входного отверстия 14, через гибкую трубу 20, регулятор 22 расхода, фитинг 26, проточную камеру 30 к выходному отверстию 36.

При работе собранный узел прикрепляют к гидранту посредством соединителя 8. Регулятор 22 расхода, который может изменять расход текучей среды через пробоотборник, имеет такую конфигурацию, что через пробоотборник 2 протекает непрерывный, предпочтительно постоянный поток воды. Если измерения качества воды выполняются каждый час, то предпочтительный расход воды через пробоотборник равен 0,1 л/мин. Это достаточно большой расход, чтобы гарантировать, что показания датчика относятся к воде, протекающей в водопроводе примерно в данный момент (т.е. вода в пробоотборнике по существу та же, что и в соседней трубе), в то время как получается достаточно малый объем воды, которая может сливаться, не переполняя камеру гидранта.

С учетом типичного давления в водопроводных сетях Великобритании, давление поступающей на датчик воды составляет менее 1 бар (100 кПа), предпочтительно около 1 бар (10 кПа).

Периодически, например каждый час, датчик считывает содержание хлора в воде, и эта информация запоминается запоминающим устройством регистратора 52 данных. Периодически, например, ежедневно или еженедельно, или по требованию пользователя пробоотборник выдает данные из регистратора 52. Это может осуществляться по беспроводной связи с помощью GSM/радио модуля 52 или путем контактного подсоединения к порту 46 RS232. По этим каналам в пробоотборник можно также подавать команды, например для изменения частоты отбора проб.

На фиг.5 показан пробоотборник 100, содержащий первую часть 102 и вторую часть 104, соединенные гибким спиральным шлангом 106. Первая часть 102 предназначена для присоединения к головке 108 стандартного гидранта и содержит сообщающиеся друг с другом фильтр 110, невозвратный клапан 112, охватывающую соединительную деталь 114, охватываемую соединительную деталь 116, регулятор 118 расхода, вторую охватывающую соединительную деталь 120, вторую охватываемую соединительную деталь 122, присоединенную к гибкому спиральному шлангу 106, который соединен с третьей охватывающей соединительной деталью 124, третью охватываемую соединительную деталь 126 и блок 128 датчика.

На фиг.6 показано внутреннее устройство блока 128 датчика, содержащего выход 130 шланга для направления струи текучей среды по каналу, схематично показанному линией 132, на датчик 134. Датчик 134 является датчиком хлора. Струя из шланга падает на блок датчика под углом А падения примерно 45°. Было установлено, что при угле падения в пределах 30-60° обеспечивается минимальное скопление пузырьков и частиц на датчике.

Пробоотборник 100 может иметь кожух 136 для защиты от несанкционированного доступа.

Так же как и в первом варианте осуществления изобретения, пробоотборник согласно второму варианту может иметь дополнительные функции и содержать такие устройства, как интерфейс RS232, антенну GSM и регистратор данных.

Пробоотборник согласно первому варианту осуществления изобретения может иметь особенности, свойственные второму варианту осуществления, в частности иметь такое же устройство датчика.

Пробоотборник согласно второму варианту осуществления работает аналогично пробоотборнику согласно первому варианту в том плане, что текучая среда течет непрерывно мимо датчика 134.

Фильтр 110 предотвращает попадание частиц в пробоотборник.

Благодаря тому, что пробоотборник 100 состоит из двух частей 102, 104, его легче установить в гидранте. Следует отметить, что в обоих вариантах осуществления пробоотборник можно установить внутри контейнера гидранта.

Охватываемые/охватывающие соединительные детали обеспечивают надежное соединение между различными компонентами.

Для упрощения технического обслуживания датчик 134 может быть размещен в съемном и сменном патроне.

Вода в пробоотборник согласно первому и второму вариантам осуществления поступает благодаря давлению в водопроводе. Поэтому насосы не нужны.

Благодаря тому, что на мембрану датчика поступает непрерывный поток текучей среды, может осуществляться надежное периодическое считывание. Непрерывный поток текучей среды способствует очистке мембраны датчика, что уменьшает количество подвижных элементов в пробоотборнике.

Регулятор расхода обеспечивает такую скорость текучей среды, которая достаточно велика и гарантирует адекватный отклик датчика, но в то же время достаточно мала и не приводит к повреждениям, которые могут произойти из-за давления воды в водопроводе.

Датчик хлора может быть датчиком остаточного хлора. Вместо датчика 34 хлора или дополнительно к нему пробоотборник 2 может содержать другие датчики, такие как датчик pH или датчик электрической проводимости.

Хотя рассмотренные варианты осуществления изобретения описаны применительно к отбору проб воды, в особенности водопроводной воды, изобретение можно использовать для других жидкостей и даже газов, т.е. для текучих сред вообще.

Были рассмотрены все статьи и документы, опубликованные на момент подачи данной заявки, и содержащаяся в них информация использована в настоящем описании.

Все особенности или признаки, указанные в материалах заявки, включая описание, формулу, реферат и чертежи, и/или все операции любого раскрытого в материалах заявки способа, могут использоваться в любом сочетании, если они не являются взаимоисключающими.

Каждый признак, указанный в материалах заявки (включая описание, формулу, реферат и чертежи), может быть заменен альтернативным признаком того же назначения, если не оговорено другое. Таким образом, каждый описанный признак является лишь одним из возможных эквивалентных или подобных признаков.

Изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления и распространяется на любой новый признак или любую новую комбинацию признаков, описанных в заявке (включая описание, формулу, реферат и чертежи), а также на любую новую операцию или на любую новую комбинацию операций раскрытого способа.

1. Пробоотборник для отбора проб текучей среды, содержащий датчик, регулятор расхода, обеспечивающий непрерывный поток текучей среды через пробоотборник мимо датчика, и эжектор для направления текучей среды на датчик под углом падения 30-60°.

2. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.1, выполненный с возможностью крепления к гидранту.

3. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.2, содержащий соединитель для присоединения к гидранту, имеющий резьбовой колпачок.

4. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором датчик выполнен с возможностью периодического считывания характеристики текучей среды.

5. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.4, в котором считанные данные хранятся в запоминающем устройстве.

6. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.5, содержащий соединитель для вывода данных на внешнее устройство.

7. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.5 или 6, содержащий также передатчик для беспроводной передачи данных на внешнее устройство.

8. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором датчик выбран из группы, включающей датчик хлора, датчик pH и датчик электрической проводимости.

9. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, содержащий несколько датчиков, выбранных из группы, включающей датчики хлора, и/или датчики pH, и/или датчики электрической проводимости.

10. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, содержащий канал для протекания текучей среды, в котором установлен невозвратный клапан.

11. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором регулятор расхода уменьшает давление потока текучей среды.

12. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором угол падения составляет 40-50°.

13. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором датчик является мембранным датчиком.

14. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.1, в котором расход текучей среды составляет 0,05-3 л/мин.

15. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.14, в котором расход текучей среды составляет 0,05-1 л/мин.

16. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.14 или 15, в котором расход текучей среды составляет 0,075-0,5 л/мин.

17. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.14 или 15, в котором расход текучей среды составляет 0,09-0,15 л/мин.

18. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.14 или 15, в котором расход текучей среды составляет 0,1 л/мин.

19. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, в котором текучая среда представляет собой жидкость.

20. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.19, в котором жидкость является водой.

21. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по любому из пп.1-3, предназначенный для отбора проб воды в водопроводной сети.

22. Пробоотборник для отбора проб текучей среды по п.21, имеющий конфигурацию, подходящую для давления воды в водопроводе.

23. Способ работы пробоотборника по любому из пп.1-22, в котором при присоединении пробоотборника к источнику текучей среды регулятору расхода придают конфигурацию, подходящую для любого непрерывного потока текучей среды через пробоотборник.