пассивный пробоотборник жидкости

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 VG·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.

Описание изобретения к патенту

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:

VG×S×t×H;

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.