CS196801B1 - Zařízení pro stanovení objemu odebraného inertního plynu - Google Patents

Description

Vynález ee týká zařízení pro stanoveni objemu odebraného inertního plynu, kupříkladu vzduchu, ktoré je určeno pro rychlé a snadné použití jak v terénu, tak popřípadě i v laboratorním provozu.

Dosud se k měření objemu prošlého plynu nebo vzduchu používá mokrých nebo suchých plynoměrů nebo plováčkových průtokoměrů popřípadě průtokoměrů založených na měření změny elektrických veličin při průchodu plynu.

Tato zařízení jsou velmi rozměrná, jsou závislá na stabilitě průtoku plynu po dobu odběru, jak je tomu zvláště u plováčkových a kapilárních průtokoměrů. Ke své činnosti obvykle potřebují pomocný zdroj elektrické energie ze sítě nebo z baterie. Tato zařízení jsou pro použití v terénu obvykle velmi těžko upotřebitelná.

Kromě toho je již známo zařízení pro stanovení odběru odebraného inertního plynu, které je tvořeno měrnou trubicí naplněnou chemicky čistou subiimující pevnou látkou, kupříkladu p-dichlorbenzenem, v niž je na výstupu ponořeno teplomerné čidlo. Toto zařízení velmi výhodně využívá známe vlastnosti sublimace některých pevných látek, kterých doposud k takovému účelu nebylo použito. Ukázalo se však při jeho používání, Že ve známém základním provedení je vhodné jen pro laboratorní praxi. U tohoto zařízeni není totiž vyřešen nucený průchod inertního plynu tímto zařízením. Rovněž není u tohoto zařízení vyřešena podmínka, že zařízení musí pracovat za konstantní teploty. Obtížnost dodržení této podmínky se projevuje zvláště při použití zařízení v terénu.

Uvedené nevýhody odstraňuje podle vynálezu zařízení pro stanovení.objemu odebraného inertního plynu, kupříkladu vzduchu, které obsahuje jednak měrnou trubici naplněnou chemicky čistou sublimující pevnou látkou, kupříkladu p-dichlorbenzenem, utěsněnou v měrné trubici na jejích čelech ucpávkami kupříkladu z vaty, jednak teploměrné čidlo, kupříkladu lihový či rtuťový teploměr.

Podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že výstup měrné trubice je připojen k zapouzdření, které obsahuje teploměrné čidlo. Zapouzdření je dále připojeno ke vstupu čerpadla, kupříkladu membránového, jehož výstup je opatřen výfukovou trubicí. Čerpadlo je avým náhonem apřaženo s hřídelí elektromotoru, který je napájen bateriovým zdrojem a jeho rozběh či zastavení je ovládáno vypínačem. Přitom měrná trubice, zapouzdření s teploměrným čidlem, jakož i jejich vstupy a výetupy, a čerpadlo s náhonem, elektromotor s hřídelí jakož i jejich spřažení, a bateriový zdroj jsou ukryty v pouzdru, které má proti stupnici teploměrného čidla vytvořené ve své stěně průhledové okénko, zakryté kupříkladu sklem či jinou průhlednou látkou. Z pouzdra vystupuje tlačítko vypínače, čáat měrné trubice ae vstupní trubicí a výstupní čáet výfukové trubice od čerpadla.

Uspořádání detailů podle vynálezu dovoluje vytvořit zařízení jako kompaktní celek, obsahující všechny nezbytné části potřebné pro měření. Průchod inertního plynu zařízením je nucený, což podmiňuje použité čerpadlo. Ukrytí celého zařízení v pouzdru, u něhož je pak zvláště výhodné, jestliže jaou jeho steny vytvořeny, popřípadě opatřeny samostatnou vrstvou z dobře tepelně izolující hmoty, dovoluje využití uvolňované teploty od elektromotoru, čerpadla a bateriového zdroje, čímž je chráněna měrná trubice a teploměrné čidlo před nepříznivými výkyvy okolní teploty.

Pro přívod tepla k marné trubici je výhodné, když je měrná trubice uložena v ochranné· plášti kupříkladu kovovém a její čáat, vyčnívající z pouzdra a částí ochranného plášta, je v něm uzavřena přovlečnou maticí, z níž vystupuje vstupní trubice. Přitom čela měrné trubice jsou opatřena těsnícími podložkami kupříkladu z pryže. Výstup z výstupního čela měrné trubice je přisazen k jednomu konci průchodného vrtání, které ja vytvářeno v.ochranném plášti zntímea druhý konec průchodného vrtání je spojen kupříkladu přívodní trubicí aa vstupem zapouzdření teploměrného čidla.

Kromě již uvedená výhody má toto uspořádání další přednost, spočívající va snadné výměně měrné trubice ae sublimující pevnou látkou, nebol není nutné otvírat celé pouzdro zařízení.

Pro zlepšení tepelné izolace měrné trubice je aežné podle dalšího znaku vynálezu použít vrstvy tepelné izolace, která ae uloží mezi vnitřní válcovou stěnu ochranného pláště a válcový povrch měrné trubice.

Spřažení elektromotoru a čerpadlem lze podle vynálezu výhodně vytvořit tím, že hřídel elektromotoru ae na svém volném konci opatří unášečem, na je- 3 196801 hož talířovou plochu dosedá svou obvodovou plochou kladka spřažené s náhonem čerpadla; přitom geometrická osa otáčení hřídele se protíná s geometrickou osou otáčení náhonu pod pravým úhlem.

Pro plynulou změnu otáček náhonu čerpadla a tím i pro změnu výkonu čerpadla je možné uložit kladku na náhonu posuvně vůči středu talířové plochy unášeče.

Zařízení podle vynálezu využívá známé eublimac-e některých pevných látek. Tyto pevné látky mají značnou tenzi pári a přecházejí již za pokojové, mnohdy i nižší teploty a tlaku přímo ze skupenství pevného do skupenství plynného. Této vlastnosti lze s výhodou použít pro stanovení objemu inertního plynu, to je i vzduchu, který jimi projde, jsou-li známy teplota a tlak, při nichž inertní plyn sublimující pevnou látkou prochází. Sublimující pevné látky se v měrné trubici používá ve formě drobných krystalů. Měření objemu prošlého inertního plynu se provádí tak, že proud tohoto plynu prochází měrnou trubicí naplněnou krystaly sublimující pevné látky. Přitom se mění teplota sublimující pevné látky na výstupu proudu plynu z měrná trubice. Při průchodu plynu se v prostoru mezi krystaly ustavuje dynamická rovnováha, charakterizovaná tím, že procházející plyn se eytí parami sublimující pevné látky· Při optimální délce měrné trubice a její tlouštce a objemovém průtoku plynu dosahuje tenze páry sublimující pevné látky hodnoty tenze nasycené páry při změřené teplotě eublimující pevné látky a při tlaku v měrné trubici. Při průchodu plynu měrnou trubicí, tedy při měření objemu procházejícího plynu, se eublimující pevné látka odpařuje do jeho proudu, měrná trubice se ochlazuje a přitom dojde k výměně tepla mezi vnějším okolím a měrnou trubicí. Po několika minutách však nastane tepelná rovnováha, která se projeví tími že množství tepla spotřebovaného na odpařování sublimující pevné látky je stejně veliké jako množství tepla přiváděného z prostoru pouzdra do měrné trubice.

Z teploty, změřené teplotním čidlem, lze určit konečnou rovnovážnou tenzi nasycených pár sublimující pevné látky v proudu odcházejícího plynu a tato teplota rozhoduje také o přesnosti a správnosti vlastního měření objemu prošlého plynu.

Použití pouzdra co by tepelné izolace, elektromotoru e čerpadlem a bateriového zdroje co by zdrojů tepelné energie zabraňuje silnému kolísání teploty v měrné trubici, čemuž též napomáhá ochranný plášť*

Výpočet objemu' prošlého inertního plynu měrnou trubicí se provádí takto:

Tenze nasycených par sublimujíclch pevných látek jsou uvedeny ve fyzikálních a chemických tabulkách. Převedením jedné grammolekuly sublimující pevné látky do plynné fáze se obdrží koncentrace c v gramech na 1 litr podle vzorce:

M.p

Pb-^Vt (¹)

- 4 kde p ,je tenze v torrech sublimující pevné látky při teplote t°C,

V_t ' s·. i uójera aublimující pevné látky v litrech při teplotě t°C, je barometrický tlak v torrech inertního plynu ve vnějším prostředí, M je molekulová hmotnost v gramech aublimující pevné látky.

m

Z definice koncentrace c = - a ze vzorce (1) plyne

V

Pb kde m je váhový úbytek aublimující pevné látky v gramech, V je objem v litrech prošlého inertního plynu při teplote t°C a barometrickém tlaku Pb‘

Po oeamoatatňění V se obdrží:

U . p

Hodnoty Vvztažené na danou teplotu a tlak 760 torr jsou pro všechny aublimující pevné látky stejné a jsou uvedeny rovněž v tabulkách. Hodnoty tenzí nasycených par p, vztažené na tlak 760 torr, jsou závislé na teplotě a jsou táké v tabulkách. Veličiny V^, p a M se mohou tedy zahrnout do jediného faktoru f, závislého na teplotě měření, který je dán vztahem

M . p a který má pro každou aublimující pevnou látku jinou hodnotu a tyto hodnoty lze pro jednoduchost výpočtu předem vypočítat a tabelovát. Konečný vzorec pro výpočet prošlého objemu inertního plynu má tvar:

V = m . p_b . f.................... (3)

Stanovení objému prošlého inertního plynu je tím přesnější, čím přesnější je stanovení váhového úbytku m váhy aublimující pevné látky a čím se přesněji stanoví odečtené teploty.

Z uvedeného tedy vyplývá, že zařízení podle vynálezu se použije právě pro stanovení váhového úbytku m aublimující pevné látky po průchodu objemu inertního plynu. Tento váhový úbytek m se stanoví přesným vážením měrné trubice se aublimující pevnou látkou, popřípadě jen sublimující pevné látky

- 5 .196801 před a po průchodu inertního plynu. Po stanovení tohoto váhového úbytku m se tato veličina dosadí do vzorce (3 ) a objem V inertního plynu v litrech se vypočte.

Příklad konkrétního provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, kde obr. 1'představuje schéma zařízení v půdorysu při odkryté horní stěně jeho pouzdra a obr. 2 představuje detailní provedení měrné trubice s její tepelně izolační ochranou.

Celé zařízení je zakryto uzavřeným pouzdrem 21. jehož stěny jsou vytvořeny z tepelně izolační látky a z něhož vystupuje pouze vstupní trubice lg s částí ochranného pláště 15 měrné trubice g, vnější konec výfukové trubice g a tlačítko 2. vypínače 11. Vstupní trubice 18 je připojena k jedno mu konci měrné trubice g, jejíž druhý konec je připojen přívodní trubicí 4 k zapouzdření 22. v němž je uloženo teploměrné čidlo 2 na jeho úchytech 23. Teploměrné čidlo 2 je v tomto konkrétním příkladu provedení vytvořeno jako teploměr, jehož měrný konec je přivrácen k výstupu z přívodní trubice g do zapouzdření 22. Zapouzdření 22 je dále připojeno spojovací trubicí 6 kupříkladu k membránovému čerpadlu 1, jehož výstup z pouzdra 21 je tvořen výfukovou trubicí g.

Měrná trubice g, jak je znázorněno v obr. 2, je vyplněna krystaly sublimující pevné látky 2» které jsou u obou konců měrné trubice g útěšně' ny ucplávkami 2» tvořenými kupříkladu vatou. Měrná trubice g je uložena ve válcovém ochranném plášti lg, přičemž mezi jeho válcovou stěnou a válcovým*povrchem měrné trubice g je vytvořena vrstva tepelné izolace 10.

Obe čela měrné trubice g jsou opřena o těsnící podložky 12. Výstupní čelo měrné trubice g přechází přes jednu z těsnících podložek 12 do průchodného vrtání 24. které je vytvořeno v ochranném plášti 15 á na které je u vnějšího povrchu ochranného pláště 15 připojena přívodní trubice 4. Vstupní čelo měrné trubice g dosedá přes druhou z těsnících podložek 12 ke vstupní trubici 18. která je v těsnící podložce 12 držena převlečnou maticí 12, přišroubovanou k ochrannému plášti Jdi· část ochranného pláště 15 s převlečnou maticí 17 a vstupní trubicí 18 se nachází vně pouzdra 21. což slouží k rychlé výměně sublimující pevné látky 2 ^v ®ěrné trubici g nebo k výměně celé měrné trubice g se sublimující pevnou látkou 2 ^za jinou obdobnou měrnou trubici g.

Čerpadlo 1 je poháněno elektromotorem 13. jehož hřídel 19 je na svém volném konci opatřena unašečem 16, o jehož latířovou plochu se excentricky vůči jeho středu opírá svou obvodovou plochou kladka 25 upevněná na náhonu 20 membránového čerpadla 3.. Pro napájení elektromotoru 13 je uvnitř pouzdra 21 uložen bateriový zdroj 14. tvořený kupříkladu v sérii zapojenými dvěma monočlánky, přičemž v jednom přívodu elektrického proudu od bateriového zdroje 14 k elektromotoru 13 je zařazen vypinač 11. kdežto druhý přívod elektrického proudu od bateriového zdroje 14· je k elektromotoru 13 veden přímo. Tlačítko g vypinače 11 vystupuje na povrch pouzdra 21.

i

V pouzdru 21 je nad teplomerným čidlem 2 pro odečítání jeho stupnice vytvořen průhled zakrytý průhlednou látkou, kupříkladu sklem, což však z výkresu není patrno.

Funkce tohoto zařízení spočívá v tom, Se se čerpadlem 1 poháněným elektromotorem 13 nasává ve směru šipky A inertní plyn vstupní trubicí 18 do měrné trubice J se sublimující pevnou látkou 2. Inertní plyn prochází mezi krystaly sublimující pevné látky 2» přičemž z měrné trubice J nasycený inertní plyn proudí ve směru šipky g k teploměrnému čidlu 2, kde je sledována a kontrolována teplota vycházejícího inertního plynu z měrné trubice J a inertní plyn po průchodu čerpadlem i je vypouštěn ze zařízení výfukovou trubicí £ ve směru šipky C.

Před použitím se přesně zváží měrná trubice £ se sublimující pevnou látkou 2 ® P° použití se její přesné vážení zopakuje. Tím se zjistí váhový úbytek sublimující pevné látky 2 ^a P° j®ho dosazeni do vzorce 3 se provede výpočet objemu V prošlého inertního plynu zařízením podle vynálezu.

Je-li kladka 25 náhonu 20 membránového čerpadla χ nastavitelná vůči středu unášeče 16. j® umožněno regulování otáček náhonu čerpadla χ a tím je též možno regulovat průtok inertního plynu zařízením za časovou jednotku. Tuto regulaci je možno také provádět změnou otáček elektromotoru

13. kterou umožní zařazení proměnného odporu do elektrického obvodu od bateriového zdroje 14 k elektromotoru 13.

Možnost dodržení konstantní teploty uvnitř zařízení a při použití přesných analytických vah dovoluje zařízení měření e chybou menší než + 5 %.

Zařízení podle vynálezu je určeno především pro měření objemu prošlého vzduchu při kontrole znečištění ovzduší v dopravních prostředcích, na stavbách a v jakémkoliv jiném terénu, lze jej však také použít pro měření jiných inertních plynů nejen v terénu, ale i při laboratorních měřeních.

Claims (6)

1. Předmět vynálezu

   1. Zařízení pro stanovení objemu odebraného inertního plynu, kupříkladu vzduchu, obsahující měrnou trubici naplněnou chemicky čistou sublimující pevnou látkou, kupříkladu p-dichlorbenzenem, utěsněnou v ní ucpávkami a teplo marné čidlo, vyznačené tím, že výstup měrné trubice (3) je připojen k zapouzdření (22), obsahujícímu teploměrné čidlo (2), a zapouzdřeni (22) je připojeno ke vstupu čerpadla (l), kupříkladu membránového, jehož výstup je opatřen výfukovou trubicí (8) a které je svým náhonem (20>spřaženo a hřídelí (19) elektromotoru (13) napájeného bateriovým zdrojem (14) a ovládaného vypínačem (11), přičemž měrná trubice (3), zapouzdření e teplomerným čidlem (2), jakož i jejich vstupy a výstupy, a čerpadlo (1) s náhonem (20), elektromotor (13) a hřídelí (19), jakož jejich spřažení, a bateriový zdroj (14) s elektrickými přívody k elektromotoru (13) a s vypínačem (ll) jsou ukryty v pouzdru (21), které má proti stupnici teploměrného čidla (2) ve své stěně vytvořené průhledové okénko a z kterého vystupuje tlačítko (9).vypínače (11), část měrné trubice (3) se vstupní trubicí (18) a výstupní část výfukové trubice (8) od čerpadla (1).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že pouzdro (21) má své stěny vytvořeny z tepelně izolující hmoty.
3. 3. Zařízení podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že měrná trubice (3) je uložena v ochranném plášti (15) a její část, vyčnívající z pouzdra (21), s částí ochranného pláště (15) je v něm uzavřena převlečnou maticí (17), z niž vystupuje vstupní trubice (18), přičemž čela měrné trubice .(3) jsou opatřena těsnicími podložkami (12) a výstup z výstupního čela měrná trubice (3) je přisazen k jednomu konci průchodného vrtání (24), vytvořeného v ochranném plášti (15), zatímco druhý konec průchodného vrtání (24) je spojen kupříkladu přívodní trubicí (4) se zapouzdřením (22) teploměrného čidla (2).
4. 4. Zařízení podle bodů 3, vyznačené tím, že mezi vnitřní válcovou stěnou ochranného pláště (15) a válcovým povrchem měrné trubice (3) je uložena vrstva tepelné izolace (10).
5. 5. Zařízení podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že hřídel (19) elektromotoru (13) je na svém konci opatřen unašečem (16), na jehož talířovou plochu dosedá svou obvodovou plochou kladka (25) spřažená s náhonem (20) čerpadla (1), přičemž geometrická osa otáčení hřídele (19) se protíná s geometrickou osou otáčení náhonu (20) pod pravým úhlem.
6. 6. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že kladka (25) je na náhonu (20) uložena posuvně vůči středu talířové plochy unášeče (16).