Устройство для измерения среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЯХ, содержсшее корпус с отверстиями для подачи и отвода исследуемого аэрозоля и воздуха, газовый фильтр, источник униполярных ионов. .расположенные вдоль направления потока аэрозоля парсшлельные электрод, один из которых заземлен, а другой пЪдключен к источнику напряжения, фильтр с проводящими волокнами, соединенный с электрометром, о т л и; ч а ю щ IE е с я тем, что, с целью упроЕцения эксплуатации устройства и , повышения точности измерений, внутри корпуса за отверстием для подачи аэрозоля перпендикулярно направлению потока аэрозоля установлены две съемные металлические сетки, одна из которых содержит распределенные радиоактивные источники униполярных ионов, выполненные в виде запрессованных в нее радиоактивных изотопов,и подклюф чена к источнику высокого напряжения, (Л д другая - заземлена.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 0 1 N 1 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3640839/18-25 (22) 08.09.83 (46) 30.08.84. Бюл. 9 32 (72) Л.Т.Черный и Н.Л.Васильева (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова (53) 548.137(088.8) (56) 1. Патент США в 3740553, кл. 250-41.9, опублик. 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 879405, кл. 0 01 8.15/00, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ

В АЭРОЗОЛЯХ, содержащее корпус с отверстиями для .подачи и отвода исследуемого аэрозоля и воздуха, газовый фильтр, источник униполярных ионов, „„SU„„1111073 А,расположенные вдоль направления потока аэрозоля параллельные электроды, один иэ которых эаземлен, а другой пЬдключен к источнику напряжения, фильтр с проводящими волокнами, соединенный с электрометром, о т л и:ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения эксплуатации устройства и повышения точности измерений, внутри корпуса эа отверстием для подачи аэрозоля перпендикулярно направлению потока аэрозоля установлены две съемные металлические сетки, одна нз которых содержит распределенные радиоактивные источники униполярных ионов, выполненные в виде запрессованных в нее радиоактивных изотопов,и подклю- g чена к источнику высокого напряжения, а другая.- заземлена.

1111073

Изобретение относится к технике измерения среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, где требуется определение среднего размера дисперс- 5 ных частиц в аэрозолях, например, в авиации и метеорологии, химической промышленности и медицине.

Известно устройство для .измерения среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях, содержащее источник униполярных ионов, камеру для зарядки частиц и электрические анализаторы их зарядов 111 .

Однако данное устройство может быть использовано только в стационарных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения среднего размера азрозольных частиц, содержащее 20 корпус с.отверстиями для подачи и отвода исследуемого аэрозоля и воздуха, газовый фильтр, источник униполярных ионов, расположенные вдоль направления.потока аэрозоля параллельные 25 электроды, один из которых заземлен, а другой подключен к источнику напряжения, и фильтр с проводящими волок нами, соединенный с электрометром.

Устройство работает следующим 39 образом.

При движении частиц в .корпусе между электродами частицы заряжаются униполярными ионами в присутствии электрического поля, сначала с 35 .напряженностью Е; — 0,5 кВ/м, что соответствует диффузионному режиму зарядки,а;. затем с напряженностью

2=321 кВ/м, что соответствует .ударному режиму зарядки, после чего части- 40 цы осаждаются на фильтре. При этом электрометр показывает электрический ток частиц в диффузионном и ударном режимах зарядки. По отношению этих токов на основании известных теорети-4 ческих формул или с помощью калибровочной кривой рассчитывается средний размер частиц. Для снижения потерь заряженных частиц в устройстве их поток обдувается соосно фильтрованным воздухом,2).

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях у верхнего предела диапазона измерений равного 5 мкм по радиу- су и сложность эксплуатации, вызванная необходимостью применения при обдуве резервуара с воздухом, находящимся под высоким давлением, обеспечивающим движение воздуха через фильтр 69 со скоростью порядка 1 м/с Это вызвано потерей заряженных частиц в ударном режиме зарядки вследствие их осаждения на стенки корпуса под действием сильного поперечного электрическо-6$ го поля с направженностью 321 кВ/м.

Например, скорость поперечного смещения частиц с радиусом 5 мкм при ударном режиме зарядки равна 0,52 м/с и, следовательно, при расстоянии между электродами, равном их длине, и скорости обдува до 1 м/с потери заряженных частиц и погрешность измерения их размера составляют более 52%, Сильному увеличению скорости обдува препятствует необходимость фильтрации воздуха и искажение результатов измерения размера частиц из-за нарушения однородности ударного режима зарядки частиц при больших скоростях обдува

Цель изобретения - упрощение эксплуатации устройства и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения одного среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях, содержащем корпус с отверстиями для подачи и отвода исследуемого аэрозоля и воздуха, газовый фильтр, источник униполярных ионов, расположенные вдоль иапразления.потока аэрозоля параллельные электроды, один иэ которых заземлен, а другой подключен к источнику напряжения, фильтр с проводящими волокнами, соединенный с электрометром, внутри корпуса за отверстием для подачи аэрозоля перпендикулярно направлению потока аэрозоля установлены две съемные металлические сетки, одна из которых содержит, распределенные радиоактивные источники униполярных ионов, выполненные в виде запрессованных в нее радиоактивных изотопов, и подключена к источнику высокого напряжения, а другая — заземлена.

Йа чертеже схематически изображено устройство для измерения среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях.

Устройство содержит непроводящий прямоугольный корпус 1, в верхней части которого расположено отверстие для подачи исследуемого аэрозоля, а . в нижней — отверстие для отвода воздуха. Внутри корпуса за отверстием для подачи аэрозоля перпендикулярно его потоку установлены две съемные металлические сетки 2 и 3. Сетка 2 через переключатель 4 подключена к источнику 5 высокого напряжения и содержит распределенные радиоактивные источники б униполярных ионов, выпол« ненные в виде запрессованных в сетку 2 радиоактивных изотопов.Они предназначены для создания униполярных ионов между сетками 2 и 3 при ударном режиме зарядки частиц. Сетка 3 заземлена. В центральной части корпуса вдоль потока аэрозоля расположены параллельные электроды 7 и 8.

Электрод 7 выполнен в виде сетки и заземлен, а электрод 8 подключен к источнику 9 напряжения. К сеточному

1111073 электроду 7 с наружной стороны присоединен источник 10 униполярных ионов, предназначенный дпя создания униполярных ионов при диффузионном режиме зарядки частиц и представляющий собой выполненный из изоляцион- 5 ного материала прямоугольный короб

11, в центре которого устайовлен коронирующий электрод 12, подключенный через переключатель 4 к источнику 5 высокого напряжения. Переключа- 1О тель 4 имеет два положения и служит для подключения к источнику 5 высокого напряжения одного из электродов

2 и 12. В нижней части корпуса установлен фильтр 13 с проводящими волок- 5 нами, соединенный с электрометром 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Внутрь корпуса.1 подают исследуемый аэрозоль. Между электродами 7 и 8 при помощи источника 9 напряжения создается электрическое поле с напряженностью 0,5 кВ/м, направленное перпендикулярно потоку аэрозоля. При подключенном к источнику 5 высокого напряжения коронирующем электроде 12. внутри короба 11 создаются уйиполярные ионы, проникающие через сеточный электрод 7 в область между электродами 7 и 8. При прохождении аэрозоля через эту область дисперсные частицы заряжаются в диффузионном.режиме и в результате осажцения их на фильтр 13 электрометр 14 показывает электрический ток частиц при диффу- зионном режиме зарядки. между уста- 35 новленной и подключенной к источнику

5 высокого напряжения сеткой 2 и сеткой 3 при помощи радиоактивных источников 6 создаются униполярные ионы и электрическое поле напряжен- 40 ностью 321 кВ/м, направленное вдоль потока аэрозоЛя. При прохождении аэрозоля через область между сетками 2 и 3 дисперсные частицы заряжаются в ударном режиме и в резуль- 45 тате, осаждения их нл Фильтре 13 электрометр 14 п к чывяет электрический ток частиц при ударном режиме зарядки. При обоих положениях переключателя 4 униполярные ионы осе- щ дают на электрод 8 под действием электрического поля, создаваемого источником 9 напряжения, и в фипьтр

13 не попадают. Средний размер частиц определяется ПО отношению измеренных 55 значений токов частиц на основании известных теоретических формул или с помощью калибровочяой кривой. При этом погрешность измерения 1 опреде- ляется искажением диффузионного режима зарядки частиц под действием электрического поля аЬ

* о = .лоо"

Э,О у где а — радиус частиц;

Ь вЂ” подвижность ионов, равная

1,8 ° 10 " м -/B c;

Э вЂ” коэффициент диффузии ионов раз ный 4, 6 10 м - /с;

E — напряженность электрического поля между электродами 7и 8.

Например, для частиц с радиусом

5 мкм и при напряженности электрического поля 0,5 кВ/м погрешность измерения равна 10%, в то время хак в известном устройстве она составляет 52%.

Таким образом, вс-первых, облегчается эксплуатация устройства при проведении измерениИ, во-вторых, повышается точность измерений среднего размера дисперсных частиц в аэрозолях без усложнения используемой аппаратуры. По сравнению с прототипом отпадает.необходимость применения нри эксп- . луатации предлагаемого устройства резервуара с воздухом, находящимся под высоким давлением. Погрешность измерений снижается более чем в 5 раз и составляет 10% вместо 52Ъ для час- . тиц с радиусом 5 мкм. Это оказывается возможным благодаря установке за входным патрубком перпендикулярно потоку аэрозоля двух съемных металлических сеток, одна из которых содержит распределенные радиоактивные источники униполярных ионов, выполненные в виде запрессованных в нее радиоактивных источников, и подключена к источнику высокого напряжения, а другая - заземлена. Применение этих сеток для создания униполярных ионов и поля при ударном режиме зарядки частиц исключает потери заряженных частиц вследствие их осаждения на стенки корпуса, так как электрическое поле между сетками направлено вдоль корпуса. В результате отпадает необходимость применения обдува потока частиц в устройстве воздухом и исключается погрешность измерений среднего размера частиц.

Использование предлагаемого устройства в авиации и метеорологии позволит проще и точнее определять средний размер дисперсных частиц в атмосферных аэрозолях. Это увеличивает эффективность борьбы с электри-. зацией с обледенением летательных аппаратов при полетах в облаках и осадках, повысив тем самым надежность и безопасность полетов.

1111073

Составитель Л.Макальский

Редактор Л.Пчелинская ТехредЖ.Кастелевич Корректор 0 Тигор

Заказ 6302/35 Тираж 822 Подписнэе

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4