Устройство для измерения дисперсного состава аэрозолей Советский патент 1977 года по МПК G01N15/02 

1

Изобретение относится к дисперсному анализу.

Известно устройство для определения распределения част1иц по размерам. Исследуемый газ прокачивают над поверхностью жидкости для насыщения его конденсируемыми парами, после чего он поступает в пузырьковую камеру, где с помощью трех электродов (сеток) создается трехмерное поле переменного тока. Два электрода имеют вид плоских дисков, а третий выполнен в виде цилиндрической поверхности. Заряженные част1ицы, имеющие отношение заряда к массе, укладывающееся в некоторый диапазон е, фиксируется в о-бъеме камеры, остальные рассеиваются и осаждаются на стенках камеры. При последующем понижении температуры пар конденсируется на частицах. Концентрация полученных капель измеряется с помощью источника света « фотоумножителя, регистрирующего рассеянное излучение. Меняя напряженность на электродах и частоту, можно снять кривую распределения частиц по отношениям заряда к массе. В случае нейтральных частиц для зарядки используется источник ионизирующих излучений 1.

Известное устройство характеризуется сложностью настройки в работе.

Известен спектрометр для определения распределения электрических заряженных частиц аэрозолей по размерам. Аэрозоль в виде струи продувается между двумя пластинами, на которые подается электрическое напряжение. Расстояние от места влета до места соударения частиц о поверхность пластины зависит от диаметра частиц 2.

Устройство не обеспечивает широкого диапазона измеряемых аэрозолей.

Паиболее близким технически.м решением

является устройство, содержащее электроды коронного разряда, электроды осаждения заряженных частиц, измерительный электрод, установленный последовательно в потоке аэрозоля, движущегося с постоянной скоростью,

а также электрометр, подключенный к измерительному электроду, и регистратор, вход которого подключен к выходу электрометра. Аэрозольные частицы приобретают в поле коронного разряда электрический заряд. В

пространстве электродов осаждения, на которые подают постоянное напряжение, осаждается часть аэрозольных частиц, зависящая от дисперсного состава и величины напряжеиия. Неосевшие частицы увлекаются потоком на

измерительный электрод. Заряд этих частиц Q, иропорциональный их концентрации, измеряется электрометром, выходной сигнал которого подается на регистратор. На электродах осаждения задерживаются все частицы,

имеющие диаметры, большие предельной веЛичины бпред, определяемой напряжением на этих электродах, а также часть частиц, имеющих диаметры, меньшие предельного. Заряд этой частицы составляет погрешность измерения, которая обуславливается различием координат входа отдельных частиц в пространство электродов осаждения.

В известном устройстве для уменьшения погрешности аэрозоль пропускают через систему электродов в виде узкого пучка, площадь, поперечного сечения которого составляет не более 5% площади, охватываемой наружным электродом осаждения. По результатам ряда последовательных измерений заряда Q, проведенных при различных значениях напрял ения на электродах осаждения, судят о дисперсном составе 3.

Известное устройство характеризуется низкой точностью и чувствительностью. Низкая точность обуславливается заменой непрерывной функции распределения ее ступенчатой аппроксимацией, а также тем, что погрешность из-за различия координат входа отдельных частиц устраняется неполностью. Низкая чувствительность обуславливается малой представительностью пробы аэрозоля, определяемой для рассматриваемого устройства площадью поперечного сечения потока аэрозоля, которая не может быть увеличена без снижения точности измерения.

С целью повышения точности и чувствительности измерения дисперсного состава аэрозолей блок питания электродов осаждения выполнен в -виде генератора экспоненциального напряжения, выход которого подключен к одному из входов регистратора, другой его вход через сумматор подключен к электрометру, причем оно снабжено блоком дифференцирования заряда, поступающего на электрометр, вход этого блока подключен к измерительному электроду, а выход - к сумлМатору.

Заряд q тех частиц с диаметрами, меньшими предельного, которые выходят из потока под действием осаждаюшего поля, равен

dQ

dQ

,

пред

пред d (In бпред) аи

Вследствие того, что напряжение U на электродах осаждения является экспоненциальной функцией времени с постоянной т, значение бпред изменяется во времени по закону

1п(5„ред) - .

Благодаря этому становится возможным

dQ

измерение заряда q, равного

, с поdt

мощью блока определения заряда, введенного в устройство, и регистрация суммарного заряда всех частиц с размерами, меньшими предельного, как непрерывной функции бпредБлагодаря измерению заряда q погрещность цз-за различия координат входа отдельных

частиц в пространство электродов осаждения устраняется полностью, поэтому можно повысить чувствительность измерения, пропуская через систему электродов поток аэрозоля,

имеющий сечение, равное сечению, ограничиваемому наружным электродом осаждения.

На чертеже представлена схема устройства для измерения дисперсного состава аэрозолей.

В потоке аэрозоля установлены наружный и внутренний электроды 1 и 2 коронного разряда, наружный и внутренний электроды 3 и 4 осаждения заряженных частиц и измерительный электрод 5, к которому подключены

входы электрометра 6 и блока 7 дифференцирования заряда, поступающего на электрометр. К выходам электрометра 6 и блока 7 подключены входы сумматора 8. Электроды 3 И 4 подключены к генератору 9 экспоненциального напряжения. Выход сумматора и выход генератора соединены со входами регистратора 10.

Поток аэрозоля пропускается через систему электродов по всему ее поперечному сечению с постоянной скоростью. В пространстве электродов 1 и 2 осуществляется, коронный разряд. Частицы аэрозоля, проходя между этими электродами, приобретают электрический заряд. Все заряженные частицы, диаметры которых превыщают значение бпред, определяемое напряженностью электрического поля между электродами 3 и 4, осаждаются на одном из этих электродов. Электрическое поле создается генератором 9 экспоненциалького напряжения с постоянной времени т.

Частицы, оставшиеся в потоке, поступают на измерительный электрод 5 и их заряд Q регистрируется электрометром 6. Для определения заряда д к измерительному электроду подключен вход блока 7, осуществляющего дифференцирование заряда Q по времени и усиление полученной величиы в т раз. Сигнал на входе сумматора 8 пропорционален

сумме зарядов Q и , а следовательно, пропорционален концентрации частиц, имеющих диаметры, меньшие бпред. Этот сигнал непрерывно фиксируется регистратором 10.

Одновременно на второй вход регистратора поступает сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения генератора 9, что дает возможность поставить в соответствие каждому значению этого напряжения и,

следовательно, каждому значению - величину концентрации частиц.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения благодаря регистрации дисперсного состава как непрерывной

функции размера частиц и устранению погрешности из-за различия координат входа частиц в пространство электродов осаждения и поднять чувствительность не менее, чем в 20 раз за счет увеличения представительности

пробы аэрозоля.

Формула изобретений

Устройство для «измерения дисперсного состава аэрозолей, содержащее последовательно установленные в потоке аэрозоля электрода коронного разряда, электроды осаждения заряженных частиц с блоком питания, измерительный электрод, электрометр, подключенный к измерительному электроду, и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений, блок питания электродов осаждения выполнен в виде генератора экспоненциального напряжения, выход которого подключен к одному из входов регистратора, другой его вход через сумматор подключен к электрометру, причем оно снабжено блоком дифференцирования заряда поступающего на электрометр, вход этого блока подключен к измерительному электроду, а выход - к сумматору.

/ O771Of

аэроза