Способ измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01N15/00 

О О

со

ю

liw |ь.

укрупнения гидрофильных частиц с последующим отделением гидрофобных частиц и измеряют концентрации неоднородных гидрофобных аэрозольных частиц. Устройство состоит из зарядника 1 аэрозоля, соединенного с сепаратором 2, к которому подсоеди- .нен насос 3, подключенный также к фильтpv 4. К сепаратору 2 подключен блок 5 управления. Конденсационный укрупнитель 6 состоит из камеры 7 насыщения с подогревом, камеры 8 насыщения без подогрева и камеры 9 пересыщения, к которой подсоединена камера 8 насыщения, подключенная к сепаратору 2. Выход камеры 9 пересыщения подключен к второму сепаратору 11, к которому аналогично подключены фильтр 12, насос 13, укрупнитель 14, к которому подключен счетчик 19,2 с.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к исследованию конденсационных свойств аэрозольных частиц и может быть использовано в химической технологии, медицине и геофизике при исследовании загрязнения окружающей среды. С целью расширения эксплуатационных возможностей способа и повышения точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, выделяют монодисперсный аэрозоль из неоднородного полидисперсного аэрозоля, разделяют аэрозольные частицы из неоднородного монодисперсного аэрозоля на гидрофильную и гидрофобную фракции путем укрупнения гидрофильных частиц с последующим отделением гидрофобных частиц и измеряют концентрации неоднородных гидрофобных аэрозольных частиц. Устройство состоит из зарядника 1 аэрозоля, соединенного с сепаратором 2, к которому подсоединен насос 3, подключенный также к фильтру 4. К сепаратору 2 подключен блок 5 управления. Конденсационный укрупнитель 6 состоит из камеры 7 насыщения с подогревом, камеры 8 насыщения без подогрева и камеры 9 перенасыщения, к которой подсоединена камера 8 насыщения, подключенная к сепаратору 2. Выход камеры 9 перенасыщения подключен к второму сепаратору 11, к которому аналогично подключены фильтр 12, насос 13, укрупнитель 14, к которому подключен счетчик 19. 2 с.п.ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к исследованиям конденсационных свойств аэрозольных частиц и может быть использовано в химической технологии, медицине и геофизике, при исследовании загрязнения окружающей среды.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа и устройства и повышение точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц путем выделения фракции гидрофобных частиц из неоднородного полидисперсного аэрозоля и эффективного укрупнения гидрофобных частиц.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график зави- симости пересыщения от диаметра Кэльвина.

Способ включает следующие операции: выделение монодисперсного аэрозоля из неоднородного полидисперсного адрозоля, укрупнение гидрофильных аэрозольных частиц, отделение фракции гидрофобных аэрозольных частиц от неоднородного аэрозоля и измерение концентрации неоднородных гидрофобных аэрозольных частиц путем конденсационного их укрупнения при пересыщении SS: 3,5 и фотоэлектрической регистрации.

Устройство для .реализации способа состоит из зарядника 1 аэрозоля, соединенного с первым электростатическим сепаратором 2, к которому подсоединен первый насос 3, подключенный также к первому фильтру 4. К сепаратору 2 подключен блок 5 управления, состоящий из микро- ЭВМ ДВК-2М и интерфейса КАМАК. Первый конденсационный укрупнитель б состоит из камеры 7 насыщения с подогревом, камеры 8 насыщения без подогрева и камеры 9 пересыщения. Камера 7 насыщения соединена с вторым фильтром 10 и пер- вой камерой 9 пересыщения, к которой подсоединена первая камера 8 насыщения, подключенная также к сепаратору 2. Выход первой камеры 9 пересыщения подключен к

второму сепаратору 11, к которому аналогично, как и к первому сепаратору 2 подключены третий фильтр 12 и второй насос 13. Выход второго сепаратора 11 соединен с

вторым укрупнителем 14, состоящим из камеры 15 насыщения без подогрева, камеры 16 пересыщения и камеры 17 насыщения с подогревом. Вторая камера 15 насыщения без подогрева подключена к другой камере

16 пересыщения, соединенной с второй ка-. мерой 17 насыщения с подогревом, к которой подключен четвертый фильтр 18. Выход второй камеры 16 пересыщения подключен к входу фотоэлектрического счетчика 19, к

которому также подключен блок 5 управления, соединенный с первым и вторым сепараторами 2 и 11 и с первой камерой 7 насыщения с подогревом.

Устройство работает следующим образом.

Полидисперсным неоднородный -аэрозоль поступает на биполярный зарядник 1 аэрозоля. Для зарядки аэрозольных частиц используется пластинка радиоактивного

изотопа плутония-239. Распределение зарядов на аэрозольных частицах определялось по рекуррентной формуле .

Ny

Г п,

(1)

у

где Ny, концентрация заряжен- ных аэрозольных частиц с зарядами у е и

-+

(у - 1)е ;/3i.y - 1 и Дг,у- коэффициенты

присоединения легких аэроионов к аэрозольным частицам.

Заряженные аэрозольные частицы поступают в измерительный объем цилиндрического электростатического сепаратора 2 и движутся в узком потоке воздуха вдоль внешнего электрода. Объем между этим потоком и внутренней обкладкой сепаратора 2 заполнен движущимся с той же скоростью

чистым воздухом. Поток чистого воздуха обеспечивается циклической непрерывной прогонкой насосом 3 воздуха через абсолютный фильтр 4, Подключением источника (не показано) высокого напряжения между внешним (заземленным) и внутренним электродами создается электрическое поле. Ступенчатым переключением напряжения в пределах 44-12000 В обеспечивается измеряемый спектр аэрозоля (0,01-0,2 мкм). Программное управление напряжением осуществляется блоком 5. Отрицательно заряженные монодисперсные частицы через отверстие во внутреннем электроде выходят из сепаратора 2. Зависимость диаметра частиц, поступающих на выход сепаратора 2, от его параметров определяется выражением

da

2yeU Ic

(Г1/Г2)

(2)

где и - напряжение между электродами; I - расстояние между входом и выходом аэрозоля в зоне действия электрического поля; / - вязкость воздуха; Ф- объемная скорость чистого воздуха; п и Г2 - радиусы внешнего и внутреннего электродов; с - поправка Канингэма; Y-число элементарных зарядов; е - элементарный заряд.

Поток заряженных аэрозольных частиц с диаметром dgi из сепаратора 2 поступает на первый конденсационный укрупнитель 6. Принцип действия укрупнителя 6 основан на достижении пересыщения при смешивании насыщенного парами рабочей жидкости холодного и. теплого воздуха. В первом укрупнителе 6 в качестве рабочей жидкости используется вода. В камеру 7 насыщения с подогревом через фильтр 10 поступает очищенный от аэрозольных частиц воздух, где он насыщается парами воды. Аэрозоль поступает в камеру 8 насыщения без подогрева. Насыщение в этой камере 8 происходит при температуре окружающей среды. В камере 9 пересыщения в процессе перемешивания двух потоков воздуха с различной температурой происходит пересыщение паров воды, что приводит к их конденсации на аэрозольных частицах. Степень пересыщения, которая зависит от разницы температур смешивающихся потоков, регулируется блоком 5 управления, согласно формуле Кэльвина

1п(1 +S)

4 о М

(3)

pRTdk

где (7-поверхностное натяжение воды; р - плотность воды; Т - температура паров воды; R - газовая постоянная; М - молекулярный вес воды; dk-диаметр Кэльвина, т.е. наименьший диаметр однородной частицы воды, конденсационный рост которой начинается при пересыщениях, описываемых 5 формулой (3).

На фиг. 2 показан график функциональной зависимости пересыщения S от диаметра Кэльвина dk водяной частицы. Данная кривая показывает наименьший диаметр dk

0 водяной частицы, конденсационный рост которой в атмосфере паров воды начинается при соответствующем пересыщении S. Диаметр Кэльвина dk конкретной частицы зависит от ее конденсационной способно5 сти и может сильно отличаться от геометрического диаметра dg (для водяной частицы dk dg). Частицы, пересыщенный пар воды на которых конденсируется легче, чем на водяных частицах (dk dg), т.е. достаточно

0 меньшая степень пересыщения -пара, чем для водяных частиц), называются гидрофильными частицами. В противоположном случае (dk dg) т.е. нужна большая степень пересыщения пара, чем для водяных ча5 стиц) - гидрофобными. Поэтому, когда в первом укрупнителе устанавливается пересыщение S, при котором выполняется условие dk dg растут частицы, для которых dk dg (частицы, для роста которых доста0 точна меньшая степень пересыщения пара воды, чем для водяных частиц), т.е. гидрофильные частицы, а гидрофобные часУицы (dk dg) не могут расти, так как для роста этих частиц нужна большая степень пере5 сыщения.

Предлагаемый метод применим в диа-. пазоне геометрических диаметров (0,01- 0,1) мкм аэрозольных частиц. В диа-. пазоне dg 0,1 мкм становится существен0 ной погрешность измерения из-за появления большого числа многократно заряженных частиц в сепараторах. В диапазо- не dg 0,01 мкм рост гидрофобных аэрозольных частиц во втором укрупнителе

5 становится нестабильным. Для гидрофильных частиц диаметром dg 0.01 мкм в первом укрупнителе создаваемое критическое пересыщение S 1,12. При dk5:dgi происходит конденсационный рост гидрофильных

0 частиц, а гидрофобные частицы dk dgi не участвуют в конденсационном росте. Из первого укрупнителя 6 аэрозоль поступает во второй сепаратор 11. Геометрия и все другие параметры обоих сепараторов 2 и 11

5 одинаковы. Блоком 5 управления регулируемое высокое напряжение подбирается так, чтобы геометрический диаметр аэрозоля dgi, сепарируемого первым сепаратором 2. совпал бы с геометрическим диаметром аэрозоля dg2, сепарируемого вторым сепаратором 11, т.е. dgi dga. Причем гидрофобные частицы, которые после первого укрупнения не изменили своих размеров, поступают на выход второго сепаратора 11 и далее - во второй конденсационный ук- рупнитель 14. В этом укрупнителе 14 в качестве рабочей жидкости используется бутанол, который при больших пересыщениях конденсируется на гидрофобных частицах, Удается создать Г1ересыщение S 3,5, причем частицы укрупняются до размеров 1-4 мкм. Укрупненные частицы регистрируются фотоэлектрическим счетчиком 19, который сопряжен с блоком 5 управления. Через интерфейс КАМАК информация о гидрофобных частицах поступает на ЭВМ ДВК-2М.

Измеряется распределение аэрозольных частиц по электрическим подвижно- стям t/ (k). Для получения спектра гидрофобных частиц f(d) в памяти ЭВМ ДВК-2М реализована аппаратная матрица системы Н, учитывающая распределение зарядов на частицах и функции трансформации сепараторов. Подсчет спектра в матричном виде можно представить в виде: f (d)H )(4)

Фо.рмула изобретения 1. Способ измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, заключающийся в укреплении монодисперсных частиц, сравнении их геометрического диаметра с диаметром Кельвина и измерении спектра гидрофобных аэрозольных частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения ТОЧНОСТИ измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, сепарированием из неоднородного полидисперсного аэрозоля выделяют монодисперсный аэрозоль, в укрупнителе с автоматически управляемым коэффициентом пересыщения укрупняют только гидрофильные частицы неоднородного монодисперсного аэрозоля, перед измерением спектра повторным сепарированием выделяют фракцию гидрофобных аэрозольных частиц, которые укрупняют при п ересыщении S 3,5 в атмосфере паров бутанола.

камера насыщения паров воды с управляемым подогревом, а также дополнительно введены зарядник аэрозоля, два электростатических сепаратора, укрупнитель гидрофобных частиц, состоящий из камеры

насыщения паров бутанола без подогрева, камеры насыщения паров бутанола с подогревом и камеры пересыщения паров бутанола, четыре фильтра и блок управления, причем зарядник аэрозоля соединен с первым электростатическим сепаратором, к которому подсоединены блок управления и первый насос, подключенный также к первому фильтру, к второму фильтру подсоединена камера насыщения паров воды с

подогревом, соединенная с камерой пересыщения паров воды, к которой подсоединена камера насыщения паров воды без подогрева, подключенная также к первому сепаратору, выход камеры перенасыщения

паров воды подключен к второму сепаратору, к которому подсоединен третий фильтр и второй насос, выход второго сепаратора соединен с камерой насыщения паров бутанола без подогрева, которая подключена к

камере пересыщения паров бутанола, соединенной с камерой насыщения паров бутанола с подогревом, к которой подключен четвертый фильтр, выход камеры перенасы- . щения паров бутанола подключен к оптической системе измерения, соединенной с блоком управления, к которому подключены оба сепаратора и камера насыщения паров воды с подогревом.

102

O.Oi

0,0 0,06 0,0В 0.1

фиг 2

0,2 4,Afw