СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА Российский патент 2009 года по МПК G01N21/53 

Изобретение относится к области средств измерения концентрации частиц пыли в воздухе и может быть использовано для контроля запыленности воздуха жилых и производственных помещений, а также для экологического мониторинга состояния атмосферы.

Известен способ и устройства [1, 2] для измерения концентрации аэрозольных частиц, в котором регистрируется световой поток, рассеиваемый на микрочастицах. К недостаткам данного способа следует отнести его неэффективность при низких уровнях запыленности воздуха и сильную зависимость процессов рассеяния и поглощения света от размера и оптических характеристик пылинок, сказывающуюся на точности и воспроизводимости измерений.

С целью преодоления обозначенных недостатков для контроля запыленности воздуха предлагается использовать явление «Капельный кластер» [3], наблюдаемое при локальном нагреве и испарении различных жидкостей, в том числе, воды.

Пары жидкости, попадая в относительно холодную газовую среду, конденсируется в микрокапли, зарождающиеся на центрах конденсации, основными из которых являются суспензированные в воздухе твердые микрочастицы - пылинки [4]. При температуре жидкости, превышающей пороговое значение [3], выпавшие на жидкую поверхность микрокапли конденсата проявляют высокую устойчивость к коалесценции и формируют диссипативную суперструктуру - капельный кластер, фиг.1.

Суть нового способа заключается в измерении скорости роста площади капельного кластера, которая, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна концентрации пыли в воздухе: если, при концентрации пыли 0,6 мкг/м³, фиг.1а, заданная площадь капельного кластера достигается на 25-й секунде с момента t₀ начала его роста, то при концентрации пыли 1,0 мкг/м³, фиг.1б, это происходит уже на 12-й секунде с момента t₀.

Для реализации способа предлагается устройство, схема которого показана на фиг.2. Здесь: кювета 1 с тонким слоем жидкости 2, например, воды (радиальное сечение, показан лишь центральный участок дна кюветы и слоя), 3 встроенный в дно кюветы светоизлучающий нагревательный элемент, генерирующий капельный кластер 4, площадь которого определяет световой поток 5, измеряемый фотоприемником 6, расположенным напротив источника света, 7 воздуховод, идущий от воздуходувного механизма, не изображенного на схеме.

Работает устройство следующим образом. В момент начала измерения воздуходувный механизм создает кратковременный воздушный поток, разрушающий капельный кластер. С этого момента начинается регистрация сигнала фотодатчика, уровень которого обратно пропорционален площади капельного кластера. Чем выше концентрация пылевых частиц в воздухе, тем быстрее увеличивается кластер и изменяется сигнала фотодатчика.

В простейшем случае измерения могут проводиться на основе предварительно полученной калибровочной зависимости временного интервала, в течение которого сигнал фотодатчика снижается до заданного порогового значения, от концентрации пылевых частиц в воздухе.

Предлагаемый способ и устройство позволяют преобразовывать разнородные по размерам и оптическим характеристикам микрочастицы в относительно крупные и высокооднородные капли кластера, которые оказывают на несколько порядков более сильное влияние на проходящий пучок света, чем породившие их пылинки. Это принципиально упрощает процесс измерений при низких концентрациях пылевых частиц и позволяет без снижения точности измерений отказаться от сложных в эксплуатации высокочувствительных фотоприемников.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. СССР №486251, G01N 15/00, 1975, Бюл. №36.

2. А.с. СССР №739375, G01N 15/00, 1980, Бюл. №21.

3. Капельный кластер. А.А.Федорец. Письма в "ЖЭТФ", Том.79, №8, с.457-459, 2004.

4. Аэрозоли. П. Райст. - М: Мир, 1987, с.188.

Изобретение относится к области средств измерения концентрации частиц пыли в воздухе и может быть использовано для контроля запыленности воздуха жилых и производственных помещений, а также для экологического мониторинга состояния атмосферы. В основе изобретения лежит явление «Капельный кластер», а его суть состоит в измерении скорости роста площади поверхности капельного кластера, который индуцируется светоизлучающим нагревательным элементом, встроенным в дно кюветы с открытым тонким слоем жидкости. Чем выше концентрация пылевых частиц в воздухе, тем быстрее увеличивается кластер и изменяется сигнала фотодатчика, что позволяет контролировать степень запыленности воздуха на основе предварительно полученной калибровочной зависимости. 2 ил.

Способ контроля запыленности воздуха, заключающийся в освещении исследуемого воздуха и в регистрации светового потока фотоприемником, отличающийся тем, что степень запыленности воздуха контролируется по скорости увеличения площади капельного кластера, измеряемой по изменению светового потока, проходящего через капельный кластер, который индуцируется светоизлучающим нагревательным элементом, встроенным в дно кюветы с открытым тонким слоем жидкости, а световой поток, проходящий через капельный кластер, измеряется фотоприемником, противостоящим светоизлучающему нагревательному элементу.