Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей

О П И С А Н И Е ()966562

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22)Заявлено 05.01.81 (21) 3232553/18-25 с присоелинением заявки J%. (23) Приоритет (51ЭМ. Кл.

G 01 N 15/02

Государственный камнтет ао делам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень .Н1е 38 (53 Э Уд К 53 9. 215..2(088,8) Дата опубликования описания 15. 10.82

Г.В.Степанов, С.Л.Саркисов и H,À.Áåðåçèíñê (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Высокогорный геофизический институт (54) ИМПАКТОР ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ТВЕРДЫХ

И ЖИДКИХ АЭРОЗОЛЕЙ

Изобретение относится к научным исследованиям по физике облаков и загрязнению атмосферы, а точнее к методам взятия проб аэрозолей в облаках, туманах и чистой атмосфере, и может быть использовано для изу5 чения облако- и осадкообразования и процессов самоочищения атмосферы от загрязненных веществ.

Для забора проб в облаках используют, на ример, репликатор, пред— ставляющий собой лентопротяжный механизм с пленкой, покрываемой в процессе ее протяжки перед заборным соплом Ьыстросохнущей смазкой. При заборе проб капли и ледяные кристаллы по инерции проникают через свежий слой смазки до поверхности пленки.

Смазка, засыхая, фиксирует форму уловленных оЬлачных частиц. Метод щ сбора облачных проб хорош для набора статистически обеспеченного материала по дисперсности и концентрации1 11

Однако из-за испарения воды через поры пленки облачные частицы не сохраняются, а их реплики, по мере усыхания, деформируются и изменяют свои размеры, что не позволяет проводить, в частности, изучение химсостава капель и их льдообразующую активность.

Известен cnocoh, согласно которому взятие проб жидких аэрозолей (капель) в облаках и тумане производят на стеклянные пластины, покрытые толстым слоем высокйвязкого масла. После экспонирования в течение 0 05-

1,0 с.пробу исследуют под микроскопом, получая сведения о дисперсном составе и концентрации j2 ).

Однако в процессе забора частиц нельзя использовать Ьольшие экспозиции, которые приводят к слиянию капель, а малые экспозиции, используемые в данной методике, приводят к ошибкам измерений ввиду больших флуктуаций дисперсности и концентрации

3 9665 аэрозолей (капель, кристаллов и др.) в облаке. Кроме того, данный метод не позволяет улавливать высокодисперсный аэрозоль из-за малости коэффициента его захвата. 5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импактор для отЬора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе сопла 10 и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения. Твердые аэрозольные частицы собирают на тонкой тефлоновой пленке, закрепленной на поверхности враща- IS ющихся. сборных цилиндров, расположенных перед соплами, причем на вы-, ходе импактора расположен высокоэффективный фильтр из тефлона или стек.поволокна. Импактор прост в работе и щ обладает высокой эффективностью осаждения частиц (3 g.

Однако устройство применимо только в свободной атмосфере, так как облачная вода заливает сопла и аэрозольную пробу на пленке.

Цель изобретения — расширение области применения импактора путем обес. печения воэможности пробоотборника в облаках и туманах °

Поставленная цель достигается тем, что импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью враще—

ЗS ния поверхности осаждения, снабжен расположенной между первым и вторым соплами платформой, установленной с возможностью перемещения в плоскости, пер40 пендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патруЬок и выходной патрубок с каплеотсекателем, при этом две из поверхностей осаждения, выполненных в .ви- де дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью.

На фиг. 1 показан импактор, вид сбоку, на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - устройство каплеотсекателя.

Устройство состоит из каскадов

1...4 для фракционного осаждения аэрозоля, расположенных в корпусе SS

5, имеющем заборную труЬку 6.

Каскад 1, уловитель твердого и жид кого аэрозоля, выполнен из установ62 4 ленных на платформе 7 дисков 8 и 9, первый из которых помещен в кювету

10 с жидкостью 11, а второй аналогичен подложкам 12 и -13 последующих каскадов 2 и 3, перед которыми расположены профилированные сопла 14 и

15. Кювета 10 имеет эксцентрично расположенный относительно центра диска

8 входной патрубок 16 с уплотнителем

17 по его периметру у выхода 18 трубки 6 и выходной патрубок 1.9, снабженный каплеотсекателем 20, укрепленным к патрубку радиальными элементами 21, Кювета 10 выполнена с возможностью съема с платформы,.7, для чего ее крепление к платформе осуществлено упругими скобами (не показаны).Перемещение платформы относительно заборной трубки 6 осуществляется тягой 22 по направляющим 23.

Каскад 4 импактора содержит высокоэффективный фильтр 24. Диски 12 и

13 посажены на вал 25, приводимый во вращение двигателем 26. Для привода во вращение дисков 8 и 9, посаженных на осях 27 и 28, служат, например, Фрикционные шкивы 29 и 30 последовательно соединяемые с фрикционным шкивом 31, установленным на конце приводного вала 25. Привод дисков 8 и 9 может быть осуществлен и иным обра зом. Отсос воздуха из импактора осуществляют через трубку 32. Импактор " крепится на кронштейне 33.

Устройство работает следующим образом.

После установления заборной трубки

6 в набегающий поток воздуха, последний изокинетически проходит через нее и ударяется о слой вязкой жидкости - масла, равномерна покрывающего диск 8 при его вращении. ц результате налетающие облачные капли из потока захватываются маслом и смываются им в кювету 1О, образуя водомасляную эмульсию, а Ьолее мелкие твердые аэрозольные частицы обтекают диск 8 и через патрубок 19 вместе с потоком воздуха проходят к последующим каскадам, имеющим последовательно сужающиеся сопла 14 и 15 и осаждаются соответственно своим размерам по фракциям на дисках 12 и 13 и фильтре 24. Отбрасываемые с диска 8 капли фрызги) масла в силу своей инерции не могут следовать за линиями тока воздуха — носителя аэрозоля и оседают на стенках кюветы и по9665

Формула изобретения

5 верхности каплеотсекателя 20; а более мелкие твердые аэроэольные частицы, увлекаясь потоком воздуха, проходят через зазор между стенками каплеотсекателя 20 и патрубка 19. 5

Таким оЬразом, на последующие каскады импактора попадает пылегазовый поток, свободный от капель масла, дис персность которого при этом не нарушается. 1О

Для получения устойчивой эмульсии плотность масла подЬирается равной плотности воды. Вращение диска

8 обеспечивает постоянное возобновление (восстановление) слоя масла 15 на его поверхности, а также стекание и перемешивание эмульсии. При этом уплотнение места соединения трубки

6 с входным патрубком !6 и наличие на выходном патрубке 19 каплеотсека- 20 теля 20 исключают попадание капель масла из кюветы в .последующие каскады импактора.

Наличие кюветы 10 с маслом 11 поэволяет значительно увеличить время 25 экспозиции облачных капель и, тем самым, повышать объем проанализированной проЬы V и получать статистически обеспеченные результаты измерений, точность которых при этом по- 1щ вышается, так как относительная квадратичная ошибка при счете частиц равл -4 надо -„—, где N - среднее число частиц s объеме V.

При отборе .аэроэольных проб иэ свободной атмосферы, передвигая платформу 7 тягой 22, устанавливают диск

9 первого каскада перед выходом t8 заборной трубки 6. При этом шкив

29 выходит из зацепления, а шкив 30 входит в зацепление с ведущим шкивом

31 и приводит во вращение диск 9.

Вращение диска 9, также как и дисков 12 и 13 необходимо для равномер- ного распределения осаждающейся аэро зольной пробы по всей площади дисков, 45 что необходимо для дальнейшего изучения конденсационных и льдообразующих свойств аэрозоля. Использование диска 9 на первом каскаде позволяет улавливать им гигантские и сверхгигантские (r э 1 мкм) аэрозольные частицы, улучшая тем самым фракционное разделение твердых аэрозолей по каскадам импактора.

Таким образом, применение двух ула-И вливателей на первом каскаде позволяет отбирать аэрозольные пробы как в чистой атмосфере, так и в облаках и

62 6 туманах, Использование диска, омываемого маслом, дает возможность осаждать капли на подложку, установлен- ную перпендикулярно потоку без загиЬа заборной трубки, где капли могли бы осаждаться в месте ее изгиба, а также предотвращает разбивание капель и кристаллов при их осаждении.

При вращении диска обеспечивается возобновление слоя масла на его поверхности и стекание улавливаемых капель в кювету, образующаяся водомаслянная эмульсия предотвращает слипание капель даже при больших концентрациях частиц в атмосфере и значительном увеличении времени экспози.ции. Наличие уплотнителя между кюветой и заборной трубкой, установленного по ее периметру, и каплеотсекателя на выходном патрубке предотвращает попадание капель разбрызгиваемого масла на последующие каскады импактора, Предлагаемый импактор является исследовательским прибором универсального типа, который прошел экспериментальную проверку и показал надежную работоспособность. Он. позволяет улавливать твердые аэроэольные частицы в своЬодной атмосфере размером от 0,01 до 200 мкм, а в об- лаке — жидкий аэрозоль размером свыше

1 мкм и твердый аэрозоль размером от

0,01 до 1 мкм.

Импактор для отбора проб твердых и жидких аэрозолей, содержащий каскадно расположенные в корпусе профилированные сопла и установленные напротив них с возможностью вращения поверхности осаждения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения импактора путем обеспечения воэможности пробоотЬора в облаках и туманах, он снабжен расположенной между первым и вторым соплами платформой, установленной - возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной потоку аэрозоля, и закрепленной на платформе заполненной жидкостью кюветой, имеющей входной патрубок и выходной патрубок.с каплеотсекателем, при этом две иэ поверхностей осаждения, выполненных в виде дисков, размещены соответственно на платформе и в кювете с жидкостью.

966562 8 ков. Л., Гидрометеоиздат, 1970, с. 255.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Hossop S.Ñ., Ono А. Hebberaan К.I. Studies of, the Grystal in

Natural С1ouds.."-Т. Rech. Atmos".

1967, vol. 3, ii 2.

2. Зайцев В.А. Ледохович А.А. Приборы для исследования туманов и обла-, 3. Langren О.А. Determination of

Part iculate Совроы t ion Сопсепй at ion and Size Distribution Changes

with tune. - "Atmos. Environment", 1971, vol. 5, р. 645-651, (прототип).