Патент на изобретение №2265822
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ПАССИВНЫЙ ПРОБООТБОРНИК ЖИДКОСТИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технике пробоотбора и может быть использовано для взятия проб жидкости при проведении экологических исследований водоемов природного и искусственного происхождения с целью определения состава воды и содержания в ней загрязняющих веществ. Пассивный пробоотборник жидкости содержит контейнер с открытой верхней частью, крышку, съемно соединенную с открытой частью контейнера и снабженную сквозным отверстием. На отверстии крышки установлен пробоотборный элемент, регулирующий поступление пробы жидкости. Пробоотборный элемент выполнен из полимерной полупроницаемой мембраны и является дозирующим элементом, регулирующим поступление жидкости через отверстие крышки за счет ограниченной проницаемости в соответствии с зависимостью: V
Изобретение относится к технике пробоотбора и может быть использовано для взятия проб жидкости при проведении экологических исследований водоемов природного и искусственного происхождения с целью определения состава воды и содержания в ней загрязняющих веществ. В настоящее время известны разнообразные конструкции пробоотборников, включающие средства для заглубления емкости для отбора пробы, фиксации ее в рабочем положении и раскрытия каналов для поступления жидкости. Известен пробоотборник жидкости (Патент США №49499582 от 06.03.89, МПК G 01 N 1/12), включающий в себя емкость, образованную трубчатым элементом и двумя резьбовыми крышками, причем нижняя крышка выполнена глухой и образует дно сосуда, а верхняя крышка имеет отверстие с шаровым клапаном, шаровой клапан приводится в действие специальным приводом. Недостатками данной конструкции являются: – наличие привода шарового клапана усложняет конструкцию пробоотборника; – усложнена возможность автоматизации процесса проботбора, требующая установки дополнительных исполнительных устройств; – недостаточная надежность шарового клапана, неплотное прилегание которого к седлу, при засорении или коррозии, может привести к протечкам жидкости в полость пробоотборника. В качестве ближайшего прототипа принято устройство для отбора проб окружающей жидкости (Патент США №5821437 А от 13.10.98, МПК G 01 N 1/10), содержащее контейнер с открытой верхней частью для отбора образцов жидкости; крышку, съемно соединенную с открытой частью контейнера и снабженную сквозным отверстием; диск, соединенный с крышкой и перемещающийся между двумя положениями, при которых отверстие в крышке или закрыто или частично открыто. Диск между двумя положениями перемещается механизмом с защелкой, фиксирующей диск в том или ином положении. Недостатками этой конструкции являются: – механизм перемещения и фиксирования диска усложняет конструкцию устройства и снижает надежность; – усложнена возможность автоматизации процесса проботбора, требующая установки дополнительных исполнительных устройств; – неплотность между пробоотборным отверстием крышки и перекрывающим его диском может привести к попаданию в полость пробоотборника нежелательных (паразитных) объемов жидкости; – отбор проб осуществляется дискретно, в момент открытия отверстия, что снижает достоверность информации о загрязненности жидкости, особенно при длительном режиме контроля. Задачей настоящего изобретения является создание пробоотборного устройства, обеспечивающего возможность непрерывного процесса отбора в течение необходимого времени экспозиции без участия человека, при этом устройство должно быть простым по конструкции, без сложных исполнительных механизмов, дешевым в изготовлении и обслуживании. Техническим результатом является: непрерывный и автономный отбор проб жидкости в течение всего времени экспозиции, повышение достоверности получаемой информации, зависящей от точности и непрерывности процесса пробоотбора, упрощение конструкции пробоотборника, упрощение технологии его применения и удешевление его производства. Технический результат достигается тем, что в известном пробоотборнике жидкости, содержащем контейнер с открытой верхней частью для отбора образцов жидкости и крышку, съемно соединенную с открытой частью контейнера и пробоотборным узлом, смонтированным на крышке, пробоотборный узел представляет собой пробоотборный элемент из материала, проницаемого для отбираемой жидкости. В качестве пробоотборного элемента может быть использована полупроницаемая полимерная мембрана. Пробоотборник может быть снабжен дренажным устройством. Выполнение пробоотборного узла в виде проницаемого для отбираемой жидкости материала позволяет повысить достоверность получаемых результатов при анализе проб за счет непрерывности и автономности процесса; повышение надежности конструкции, вследствие отсутствия подвижных узлов и устройств их герметизации; снижение затрат при использовании и производстве вследствие простоты конструкции и применения дешевых недефицитных материалов. Известные полупроницаемые полимерные мембраны, выпускаемые промышленностью, используются для целей фильтрования жидкостей, имеют невысокую стоимость и стабильные характеристики по проницаемости и химической стойкости. В заявляемом устройстве мембраны используются для дозирования жидкой пробы. Дренажное устройство позволяет получить постоянную по времени скорость поступления жидкости и исключает повышение давления в полости пробоотборника вследствие изменения объема при накоплении пробы. В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим следующую конструкцию. На чертеже изображен пассивный водный пробоотборник, где: 1 – контейнер для отбора проб воды; 2 – крышка контейнера с отверстием; 3 – пробоотборный элемент; 4 – защитная крышка; 5 – фильтрующий элемент; 6 – герметизирующие прокладки; 7 – дренажное устройство. В представленной конструкции пассивного водного пробоотборника контейнер для отбора проб воды 1 выполнен в виде открытой сверху емкости с резьбой для подсоединения крышки контейнера 2. Внутренняя часть крышки контейнера выполнена воронкообразной, с уклоном сборной воронки в сторону полости контейнера, при этом верхний диаметр сборной воронки выбирается из условия обеспечения необходимой производительности пробоотборного элемента 3, устанавливаемого сверху сборной воронки. Пробоотборный элемент выполнен из гидрофильной мембраны УНФЗ-2кД с проницаемостью G=140 дм3/м2·ч·м, при этом объем отбираемой пробы определяется условием: V где V – объем отбираемой пробы жидкости; дм3, G – проницаемость материала пробоотборного элемента; дм3/м2·ч·м, t – время отбора (экспозиции); ч, Н – глубина погружения пробоотборника; м, S – площадь пробоотборного элемента, м2. Гидрофильная мембрана проницаема для воды и оксидов трития (НТО и Т2О), являющихся загрязнителями, содержание которых в воде контролируется в процессе пробоотбора. В нижней части сборной воронки выполнено отверстие для отвода отбираемой воды в полость контейнера. В верхней части крышки контейнера имеется резьбовая часть для подсоединения защитной крышки 4, которая обеспечивает зажим мембранного пробоотборного элемента между крышкой контейнера и защитной крышкой. В защитной крышке выполнено отверстие для поступления отбираемой воды в полость над мембранным пробоотборным элементом. На отверстии защитной крышки устанавливается фильтрующий элемент 5, обеспечивающий очистку воды от механический загрязнений и водорослей. Для герметизации разъемных соединений между контейнером, крышкой контейнера, мембранным пробоотборным элементом и защитной крышкой используются герметизирующие прокладки. На крышке контейнера выполнено дренажное устройство, представляющее собой систему каналов и трубку, выведенную на поверхность водоема. Работает устройство следующим образом. Пробоотборник помещается в исследуемый водоем ниже уровня воды на глубину Н, в соответствии с количеством необходимой пробы воды, рассчитанной по вышеприведенной формуле. Вода, фильтруясь через фильтрующий элемент 5, поступает, через отверстие в защитной крышке 4, в полость между защитной крышкой 4 и пробоотборным элементом 3, площадь которого S подобрана из условия необходимого количества отбираемой пробы. Пробоотборый элемент 3 за время экспозиции t пропускает через себя необходимое количество отбираемой пробы. Вода, прошедшая через пробоотборный элемент, попадает в сборную воронку крышки контейнера 2 и через отверстие в нижней части воронки поступает в контейнер для отбора проб 1. В процессе поступления воды воздух, находящийся в полости контейнера, выдавливается через систему каналов и трубку дренажной системы 7 в атмосферу. По истечении времени экспозиции t пробоотборник изымается из водоема. Крышка контейнера 2 по резьбовому соединению снимается с контейнера для отбора проб 1. Отобранная проба передается на анализ. После опорожнения контейнера и подсоединения крышки пробоотборник вновь может быть использован для отбора проб воды. Технико-экономический результат заключается в том, что при простоте конструкции и дешевизне применяемых материалов предлагаемый пассивный пробоотборник жидкости позволяет с высокой степенью достоверности осуществлять проведение экологических исследований водоемов природного и искусственного происхождения с целью определения состава воды и содержания в ней загрязняющих веществ. В качестве пробоотборного элемента используется промышленно выпускаемая полимерная мембрана, имеющая невысокую стоимость и стабильные характеристики по проницаемости и химической стойкости. Был изготовлен опытный образец пассивного пробоотборника воды для контроля содержания оксидов трития (НТО и Т2О), проведены испытания по отбору проб, которые подтвердили заявляемый технический результат.
Формула изобретения
Пассивный пробоотборник жидкости, содержащий контейнер с открытой верхней частью, крышку, съемно соединенную с открытой частью контейнера и снабженную сквозным отверстием, и пробоотборный элемент, отличающийся тем, что пробоотборный элемент выполнен из полимерной полупроницаемой мембраны и является дозирующим элементом, регулирующим поступление жидкости через отверстие крышки, за счет ограниченной проницаемости в соответствии с зависимостью V
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
G·S·t·H, где V – объем отбираемой пробы жидкости, дм3, G – проницаемость мембраны, дм3/м2·ч·м, t – время отбора (экспозиции), ч, Н – глубина погружения пробоотборника, м, S – площадь пробоотборного элемента, м2. Изобретение обеспечивает непрерывный и автономный отбор проб жидкости в течение всего времени экспозиции, повышает достоверность получаемой информации, зависящей от точности и непрерывности процесса пробоотбора, и упрощает конструкцию пробоотборника. 1 ил. 
