Способ детектирования запыленности инертных и электроположительных газов субмикронными частицами Советский патент 1989 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к области анализа дисперсных систем в газах, а именно к способу детектирования малых запьшенностей инертных и электроположительных газов, и может быть использовано в области охраны окружающей среды, при испытании фильтров, для контроля технологической гигиены и степени чистоты технологических газов.

Цель изобретения - увеличение чувствительности детектирования при измерении малых запьтенностей путем повышения скорости униполярной диффузионной зарядки частиц.

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - калибровочная зависимость.

Устройство содержит патрубок 1

для ввода анализируемого газа, сетчатый электрод 2 и плоский электрод 3, соединенный с источником 4 напряжения, высоковольтный источник 5 напряжения, подключенный к коронирую- щему проволочному электроду 6 с диаметром 25-50 мкм, расположенному параллельно электродам 2 и 3, и стекло- волокнистый фильтр 7, соединенный с электрометром 8 для измерения тока

сд

00 со

СА-)

ереноса заряженных аэрозольных часиц, возникающего при их осаждении на волокна фильтра. Микроамперметр 9 редназначен для определения элeкfpoн- ой проводимости газа Gg в зоне зарядки по величине плотности электонного тока Gg-Е, где Е - напряженость внешнего электрического поля в зоне 10.JO

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемый газ поступает через патрубок 1 в зону 10 зарядки, расположенную между заземленным сетчатым 15 электродом 2 и плоским электродом 3, соединенным с источником 4 напряжения . В зоне зарядки частицы заряжают электронами, которь1е образованы в результате подачи высокого отрицатель-20 ного напряжения от высоковольтного источника 5 напряжения на коронирую- щий проволочный электрод 6 с диаметром 25-50 мкм. Электроны вытягивают в зону зарядки через сетчатый элект- 25 род 2 электрическим полем, которое создают в зоне 10 с помогцью источника 4 напряжения. Зарядку частиц осуществляют в зоне 10 униполярно нетепловыми -электронами в диффузионном 30 режиме при постоянном значении параметра зарядки, определяемом как произведение электронной проводимости газа на время зарядки- частиц t. Зарядку частиц осу1 ;ествляк)т при Е 35 50-1300 В/см и.Ср t 10 -10 4oM M) с. Из зоны зарядки частица поступает на стекловолокнистый (типа ФСВ/П) фильтр 7, соединенньй с электрометром 8 для измерения тока переноса частиц,40 возникакхцего при их осаж;аении на волокна фильтра. Но значениям тока переноса In,измеренным при различных Е при 6 t const по известным теоретическим формулам или по калибровочной 45 кривой судят о нижнем пределе и флук- туациях запьи1енности инертных и электроположительных газов субмикронными частицами. Микроамперметр 9 измеряет величину электрончот о тока j Q б Е и соответственно проводимости G g в зоне зарядки.

Расчет малой запыпенности производится следующим образом.

В диапазоне К Я: 100-500 /см при

.е

c c:onst HMMt JicHvie Ip - т ii с достаточной для пряк гики точностью можно аппроксИМИ11 --)ть линейной тависимостью

1« k-E + 1в, (1) где k - KOHciaHTa;

(, - ток переноса при .

Величина 1 практически совпадает с величиной тока перенс)са часгтиц I; , зapяжeнн Jix униполярными ионами для Е - О и 1 CQ t, так как при

О температура электронов Т,,

Т

и электроны находятся в равновесии с молекулами газа (Т - температура га- за(1 - ионная проводимость газа). Из (1) можно получить, что

i,,j/ -E;--iJ, Ы

где 1 и токи переноса, соответствующие напряженнос- тям электрического поля Е и Е.

Таким образом, измеряя ток Ig, например, при Е 200 и Е 400 В/см, можно из (2) определить 1о и далее рассчитать заряд частиц известного размера по формуле, полученной для расчета среднего заряда частиц, заряженных газовыми ионами в диффузионном режиме:

. q, t- -||-l8 (1,4-10 J: t),

(3)

где Tj - заряд частиц в элементарных

единицах;

,8 СГСЭ ад. - заряд электрона; ,38 эрг/К - постоянная Больцмана;

г - радиус частиц, см. Определив , оценивают счетную концентрацию частиц ,7qj & где

лЗ..

в расход газа.

Расчет может Оыть проведен с использованием калибровочных зависимостей. Например измеренные значения в зависимости от Е в гелии и азоте для частиц дибутилфталата с , 3 мкм при (5 . (0м м) с

приведены на фиг.2.

Из анализа приведенных данных следует, что отношение слабо зависит от изменения поля с Е 1000 - -1300 В/см, т.е. имеет место насыщение частицы зарядом и соответственно ток переноса стремится к предельной величине - насьпцению (аналогичные результаты получены для субмикронных частиц в аргоне). Это позволяет измерять малые запыленности путем измеpoBOMHufi кривой оценивать rse.iinqnny

I.

При этом чуЕзствитслытсть детек

тирования малых яап1)1леи}и)стей возрас- тает в Ig/Ij раз по сравнению с чувст вительностью их детектироваяня путем измерения тока переноса частиц, зар яженнь;х унинолярными нонами при одинаковых значениях Е и С .

П р и м е р. Поток частиц дибутил- (И алата с радиусом г j; U, 3 мкм в гелии пропускают с расходом 1000 см через зону зарядки, в которой поддерживают постоянной величину электронной про- водимости 6 2,510 (Ом-м) . Время зарядки частиц t 0,1 с. При увеличении напряженности электрического поля в зоне зарядки от 50 до 500 В/см температура электронов изменяется от 1200 до 8800 К, величина заряда частиц qg от 39 до 220 е, а ток переноса линейно возрастает от 2,5-10 до U.. Соответственно, ,2-10 и счетная концентрация частиц Nлr410 частиц/см , Величина тока насыщения I i 2

10

А. В случае зарядки частиц положительными ионами при ( -Gg t 2,5.10 (Ом-м) -с величина Ij возрастает только от 1,35л до 1,8-10 А с увеличением Е от 50 до 500 В/см. Таким образом, отношение 7,И при Е 500 В/см, что позволяет расширить нижний предел регистрации столь мелких частиц почти в 8 раз.

1.Способ детектирования запыленности инертн1 Х и электроположительных г азов суСмикронными частицами, включающий создание зоны ионизации газов и зоны зя.рядки частиц, пропускание исследуемого потока газа .через зону зарядки, униполярную зарядку частиц при наложении внешнего электрического поля при постоянном значении параметра зарядки, определяемом как произведение проводимости газа на время зарядки, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения чувствительности детектирования при H3MepeHvm малых запыленностей путем повышения скорости диффузионной зарядки частиц, их униполярно заряжают нетепловыми электронами при постоянном значении электронной проводимости газа, определяют зависимость тока переноса от напряжекности электрического поля, по которой определяют запыленность газов суОмикронными частицами .

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что запьленность газов определяют по величине насьицения тока .

3.Способ по П.1, отличающийся тем, что запыленность

1газов определяют по линейной зависимости тока переноса от напряженности электрического поля 100-500 В/см.

Изобретение относится к анализу дисперсных систем в газах, а именно к способу детектирования малых запыленностей инертных и электроположительных газов, и может быть использовано при решении задач охраны окружающей среды для контроля технологической гигиены и степени чистоты технологических газов. Цель изобретения - повышение чувствительности детектирования при измерении малых запыленностей путем увеличения скорости униполярной диффузионной зарядки частиц. Для достижения указанной цели частицы униполярно заряжают нетепловыми электронами. Зарядку осуществляют при постоянном значении параметра зарядки, определяемом как произведение электронной проводимости газа на время зарядки. По измеренным значениям тока переноса в области насыщения дисперсных частиц электронами и калибровочной зависимости, или по линейной зависимости тока переноса от измерения напряженности электрического поля в интервале значений от 50 до 600 В/см судят о запыленности инертных и электроположительных газов субмикронными частицами. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

500

Редактор П.Бобкова

Составитель М.Роганев Техред А.Кравчук

Заказ 6075/45

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113033, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

WOO

E.BJCM

ЦЗиг.2

Корректор Э.Лончакова

Подписное