Устройство для определения величины и знака заряда аэрозольных частиц Советский патент 1980 года по МПК G01N15/02 

1

Изобретение относится к области определения физических свойств твердых и жидких аэрозольных частиц, а именно к устройствам для определения величины и знака заряда аэрозольных частиц и может быть использовано в горнодобывающей, угольной, металлургической, химической и других отраслях промышленности, а также для исследовательских целей.

Заряд отдельных аэрозольных частиц можно определить по величине их отк1 онения в постоянном электрическом поле между горизонтально рас-положенными электродами (мег-од Милликена). Чаще применяют устройства, основанные на методе, в соответствии с которым частицы пропускают между двумя вертикально расположенными электродами с приложенным к ним постоянным по величине и знаку напряжением.

Известен метод Фукса-Петрянова, заключающийся в пропускании частиц между двумя плоскими, вертикально расположенными электродами на которые подается постоянное по величине и переменное по напряжение; падаюш1ге частицы при этом двкясутся по зигзагообразным траекториям 1L . Эти траектории фотографируются, а затем по фотографиям измеряют длины путей, пройденных частица в1 под действием электрического поля в горизонтальном направлении и под действием силы тяжести в вертикальном. Зная эти величины, а также напряженность электрического 1ЮЛЯ и время перекоммутации направления его, нетрудно далее высчитать заряд аэрозольной частицы. Однако процессы измерения основанные на нем не удалось еще полностью автоматизировать. Возможно автоматизировать обработку треков на фотографиях, применяя аппаратуру, разработанную для ядерных исследований, которая вследствие своей дороговизны и сложности обслуживания не нашла широкого применения в области аэрозольных исследований. Трудоемкие операции по фотографированию треков заряжгенных частиц, обработке фотопленки, отнимающие много времени, остались.

Наиболее близким техническим решением является устройство, которое содержит светонепроницаемую измери1 ильную камерУ с вертикально расположенными в ней плоскими электродамл; на которые подается постоянное по величине и переменное по знаку напряжение, источник света, создающий освещенное поле в камере, нескол ко дополнительных электродов, предназначенных для торможения частиц в вертикальном направлении и сведени их в плоскость резкот-о изображения частиц на фотопленке 2 . Треки падающих в освещенном поле частиц фотографируются, а затем по фотографиям обсчитываются. Основной недостаток устройства трудоемкость процесса измерения. Целью изобретения является ускорение процесса анализа при сохранении высокой точности измерения зарядов отдельных аэрозольных частиц. Эта цель достигается тем, что вся щель или часть ее перекрыта полосой прозрачного материала, имеющег переменную степень прозрачности по ширине щели, при этом в случае перек рытия всей щели на полоску дополнительно нанесен ряд вертикальных пара лельных штрихов. На фиг. 1 схематически показан разрез устройства по главному виду. Устройство имеет аэрозольную камеру 1, электроды 2, штуцеры 3 Hanyc и отсоса аэрозоля лазер 4, данхций лу 5, который, пройдя через цилиндричес кую линзу 6 и отразившись от зеркал создает в аэрозольной камере плоское световое поле 8. Цифрой 9 обозначена траектория падаютдей частицы. На фиг. 2 показано поперечное се -1ение устройства. Обозначения те же что и на фиг. 1. Кроме того: 10-лин проектиругацая изображения частиц на непрозрачный экран 11, за которым у тановл.ен фотоприемник 12. На фиг. 3 показаны изображения тр екторий частиц, имеющих различный з ряд (в том числе и нулевой), пересе кающих полоску из прозрачного материала, имеющего переменную степень прозрачности по ширине щели, а рядо соответствующие им сигналы, снимаемы с фотоприемниками (для случая, когд стецень прозрачности меняется по ши рине линейно). Представлено два варианта экрана со щелью, В первом ва рианте полоской закрыта не вся щель а ч.асть ее. Здесь V - сигнал, сним емый с фотоприемника во время пересучения изображением частицы незакрытого участка щели, V. - начальный сигнал при проходе изображением полоски, V- -конечный сигнал, Т -дли тельность импульса. Первая частица заряжена положительно, вторая нейтральна, третья отрицательно заряжена. Во вторбм варианте закрыта вся щель. Для упрощения автоматической обработки сигналов на полоску нанес ряд вертикальных параллельных штрихов с одинаковым расстоянием между ними. Обозначения те же, что и в первом варианте. Анализ частиц в данном устройстве происходит следующим образом. После напуска аэрозоля в камеру впускной и выпускной штуцеры перекрываются. Падающие между электродами 2 частицы под действием приложенного к ним напряжения совершают зигзагообразное движение. Изображения частиц, находящихся в плоскости освещенного поля 8, проецируются линзой 10 на экран 11. Когда изображение частиц пересекает щель с прикрепленной к ней полоской прозрачного материала, с фотоприемника снимается сигнал, который далее автоматически обрабатывается. Зная время пересечения изображением высоты щели (оно равно ), нетрудно определить размер частицы, соотношение же - однозначно определяет как расстояние, пройденное частицей за время Т , так и знак заряда (полярность электродов во время пересечения изображением частицы щели известна). Во втором варианте знак заряда определяется по знаку разности Vj - , а расстояние пройденное частицей н горизонтальном направлении, находят по количеству осцилляции амплитуды импульса либо по их частоте. Зная размер частицы и расстояние, пройденное ею под действием электрического поля в горизонтальном направлении за время Т , можно по известным- формулам определить величину заряда. Весь анализ сигналов производится автоматически специальным анализирующим устройством. Использование изобретения позволит значительно упростить и в несколько раз ускорить процессы измерения зарядов отдельных аэрозольных частиц при сохранении высокой точности, что даст значительную экономию труда вследствие больших масштабов таких измерений во многих областях науки и техники. Формула изобретения 1. Устройство для определения величины и знака заряда аэрозольных частиц, содержащее светонепроницаемую измерительную камеру с параллельными, вертикально расположенными плоскими электродами, источник света, снабженный оптической системой, позволяющей формировать в межэлектродном пространстве плоское световое поле, регистрирующую систему, представляющую собой линзу, проецирующую изображения частиц, находящихся в световом поле на непрозрачный экран с пря1/юугольной щелью за которой установлен фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью ускорения

процесса анализа при сохранении высокой точности, вся щель или часть ее перекрыта полоской прозрачного материала, имеющего переменную степень прозрачности по ширине щели.

2. Устройство по п. 1,отличающееся тем, что в случае перекрытия всей щели на полоску дополнительно нанесен ряд вертикальных параллельных штрихов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Фукс Н. А. Петрянов И. в, ЖФХ 4, 567, 1933.

2.Авторское свидетельство СССР 348946, кл. q 01N 15/00, 1970

прототип .

V

3

«i

JL

у

J Фиг.)