Устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля Российский патент 2021 года по МПК G01R29/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электрогазоочистке, химической промышленности и электронно-ионной технологии для измерения величины удельного заряда частиц аэрозоля.

Известна установка (Г.П. Самхарадзе, Ю.С. Монин, И.Ш. Кокая Методика измерения величины заряда полимерных порошков [Текст] // Лакокрасочные материалы и их применение, Издательство «Химия». - 1976. - №5), позволяющая проводить измерение заряда, приобретаемого частицами в псевдоожиженном слое, и состоящая из измерительной пластины, вставленной в диэлектрческий держатель, соединенная с помощью зажимных контактов экранированным кабелем через переключатель с электростатическим вольтметром.

Недостатком данной установки является то, что при определении удельного заряда необходимо знать массу высевших на пластину частиц, которая определяется по разности массы чистой пластины и с высевшем на нее порошком. Жидкие же частицы при расположении измерительной пластины перпендикулярно потоку заряженных частиц будут стекать с нее. Кроме этого при внешней зарядке коронным разрядом помимо заряженных частиц, в потоке аэрозоля находятся и ионы, образующиеся при коронировании высоковольтных электродов. Это приводит к завышению измеряемой величины.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для измерения заряда частиц порошкового материала (авторское свидетельство на изобретение №1004902 от 15.03.1983 г.), содержащее рабочую камеру из диэлектрического материала, внутри которой установлены снабженные диэлектрическим покрытием электроды, узел отсоса пробы, соединенный с рабочей камерой, на противоположном конце которой размещен наконечник с отверстием для введения частиц исследуемого порошкового материала, при этом в рабочей камере за электродами по ходу движения частиц размещен диэлектрический вкладыш таким образом, что он делит эту часть камеры на два канала, на выходе из которых смонтированы измерительные электроды, связанные с регистрирующим прибором, измерительные электроды выполнены в виде установленных с зазором относительно стенок каналов металлических цилиндров, смонтированных с возможностью вращения вокруг своей оси и снабженных приводом, а узел отсоса снабжен щетками, контактирующими с поверхностью упомянутых цилиндров по всей их длине со стороны узла отсоса, при этом в каналах размещены датчики плотности потока частиц, соединенных с упомянутым регистрирующим прибором, например шлейфовым осциллографом.

Недостатком этого устройства является непригодность его для измерения удельного заряда жидких частиц из-за неминуемого их осаждения на высоковольтных электродах, вследствие чего до измерительных электродов дойдет не весь поток частиц, что внесет существенную погрешность в результат измерения.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности измерения удельного заряда как твердых, так и жидких аэрозольных частиц при их электрической зарядке, в том числе и в поле коронного разряда.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, содержащем узел отбора пробы и электростатический вольтметр, узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на измерение свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром. Накопленный заряд при этом будет равен

где С_п - емкость пробоотборника, Ф;

С_в - емкость электростатического вольтметра, Ф;

U - измеренный электростатическим вольтметром потенциал, В.

Фильтрсорбирующий материал подвергается количественному анализу для установления массы отобранного заряженного аэрозоля.

Определение удельного заряда производится в соответствии с формулой

где m - масса отобранного электрозаряженного аэрозоля, г.

Сущность предлагаемого устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля заключается в размещении фильтрсорбирующего материала для улавливания как жидких, так и твердых частиц на металлических сетках во внутреннем корпусе узла отбора проб, служащих для передачи заряда частиц данному корпусу, потенциал которого измеряется соединенным с ним электростатическим вольтметром. Для исключения влияния свободных ионов, образующихся в поле коронного разряда, внутренний корпус расположен внутри заземленного внешнего корпуса, изолированный от него фторопластовыми втулками.

На фиг. 1 представлено устройство для изменения удельного заряда частиц аэрозоля, который содержит:

1 - внешний корпус;

2 - фторопластовая втулка;

3 - внутренний корпус;

4 - фильтрсорбирующий материал;

5 - металлическая сетка;

6 - штуцер;

7 - зажимной винт.

Принцип работы устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля заключается в следующем: устройство помещается в поток электрозаряженного аэрозоля, где на заземленном внешнем корпусе (1) выседают свободные ионы, исключая тем самым влияние на измерение удельного заряда, заряженные частицы аэрозоля при принудительном прососе через внутренний корпус (3), соединенный вакуумным шлангом через штуцер (6) с устройством аспирации, и изолированный от внешнего фторопластовыми втулками (2), проходя через металлические сетки (5), попадают на фильтрсорбирующий материал (4), передавая заряд частиц через металлические сетки (5) и внутренний корпус (3) через зажимной винт (7) электростатическому вольтметру.

С использованием предлагаемого устройства, схема которого приведена на фиг. 1, проведен ряд экспериментов по определению удельного заряда аэрозолей жидкой рецептуры на основе дибутилфталата, создаваемого пневматическим генератором и порошкообразного твердого антрацена, создаваемого термической возгонкой. Зарядка частиц осуществлялась в поле коронного разряда при подаваемом потенциале на коронирующий электрод 20 кВ. Отбор проб аэрозоля из потока на сорбирующий материал осуществлялся с помощью аспиратора марки М-822(А). Напряжение, создаваемое заряженными частицами на сетках и внутреннем корпусе устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, фиксировалось электростатическим вольтметром С-511. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Анализ данных, представленных в таблице 1, показывает, что при проведении исследований, свободные ионы были полностью «отсечены» из зоны измерения, о чем указывают нулевые показания электростатического вольтметра. Разработанное пробоотборное устройство позволяет эффективно определять удельный заряд как жидкого, так и твердого аэрозоля.

Предполагаемый положительный эффект заявляемого изобретения заключается в обеспечении определения удельного заряда частиц как жидкого, так и твердого аэрозоля и исключении влияния на результат измерения свободных ионов.

Использование: для измерения удельного заряда частиц аэрозоля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля содержит узел отбора пробы и электростатический вольтметр, при этом узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на результат измерения свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром. Технический результат: обеспечение возможности измерения удельного заряда как твердых, так и жидких аэрозольных частиц при их электрической зарядке, в том числе и в поле коронного разряда. 1 ил., 1 табл.

Устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, содержащее узел отбора пробы и электростатический вольтметр, отличающееся тем, что узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на результат измерения свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром.