Способ дисперсного анализа частиц Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

(54) СПОСОБ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЯ

1

Изобретение относится к технике измерений дисперсных характеристик аэрозольной среды и может быть использовано, например в метеорологии для определения распределения капель облаков и туманов по размерам, в медицине и химической промлцленности для определения дисперсного состава жидких и твердых аэрозолей.

Известны способы определения некоторых интегрешьных характеристик аэрозольной среды путем предварительной зарядки частиц и последующего измерения переносимого ими заряда 1.

Однако эти способы не дают информации о дисперсном составе измеряемого аэрозоля.

Известны более информативны способы, основанные на пространственной селекции предварительно заряженных частиц, движущихся в электрическом поле.

Наиболее близкий по технической сугадости к предлагаемому заключается в следующем.

Твердые частицы исследуемого аэрозоля, взвешенные в воздухе, заряжают в зарядном устройстве, затем в тонкой струе воздуха подают в электростатическое поле конденсатора, к пластинс1м которого прикладывают импульсы напряжения прямоугольной форма с длительностью, превышающей время прохождения аэрозольных частиц через осадительный конденсатор. этом за время действия импульса из струи последовательно удаляются фракции частиц убывающего размера. На выходе из конденсатора с помощью датчика заряженных частиц измеряют электрический ток, создаваемой частицами, пролетгиосдими конденсатор без ос 1ждения. По временному изменению величины тока непосредственно определяют интегральный закон распределения частиц по размерам 12.

Недостатком известного способа является то, что в нем не учитывается искажение измеряекюго тока, вызванное отскоком от пластин конденсатора перезарядившихся частиц и попаданием их вместе с потоком воздуха в датчик заряженных частиц, который из-за распределения частиц аэро-золя на выходе из конденсатора по всему поперечному сечению, имеет размера порядка поперечного сечения конденсатора. Датчик таких размеров вызывает сильное искажение электрического поля на выходе из конденсатора, что тоже приводит к понижению точности определения интегрального закона распределения частиц по размерам. Кроме того, измерение электрического тока на выходе из конде сатора не позволяет распространить этот способ на случай низких концент раций аэрозолей из-за невозможности обеспечения электрометрических измерений малых токов с приемлемой погрешностью. Цель настоящего изобретения - пов шение точности измерений и чувствительности способа. Эта цель достигается тем, что час тицы аэрозоля заряжают в зарядном устройстве, форг даруют заряженный аэрозоль в струю и пропускают вместе с потоком воздуха через отклоняющее электрическое поле конденсатора перпендикулярно силовым линиям поля. На пластины конденсатора подают импульс напряжения чередующейся полярности с постоянным значением амплитуды в течение каждого полупериода колебаний напряжения и периодом, равным времени -пролета частиц через отклонякяцее поле конденсатора. Отбор частиц производят на выходеиз конденсатора в плоскости нулевого потенциала в зоне фокусировки струи, и непрерывно измеряют ток, создаваемый прошедшими поле частицами, или их концентрацию. По известным.зависимостям находят функцию распределения частиц по размерам на рабочем участ ке спектра. Повторяя предыдущие one рации при других значениях приложен ного напряжения, получают функцию распределения частиц по размерам во всем диапазоне размеров исследуемых частиц. На чертеже представлена схема установки для реализации способа дисперсионного, анализа частиц. Установка включает зарядное устройство 1, формирователь 2 струи, конденсатор 3, датчик 4 и вычислител ный блок 5. После зарядки аэрозольных частиц в устройстве 1 их смешивают со струе воздуха в устройстве 2 и затем аэрозолы}ую струю заряженных частиц подают в конденсатор 3 в плоскости нулевого потенциала. К пластинам кондеасатора прикладывают напряжения чередующейся полярности с амплитудой поатоянной в течение каждого полупериЛда, и периодом, равным времени пролета частиц через конденсатор. Двигаясь вдоль пластин конденсатора «заряженные частицы отклоняются в той или другой пластине в зависимоети от направления отклоняющего поля Так как при. зарядке частицы приобретают заряд с|, , пропорциональный квадрату радиуса г частиц, г а движение частиц подчиняется закону Стокса, скорость частиц V по направлению поля прямо пропорциональна радиусу частицы Y(r) Вг , где В постоянно при постоянном напряжении, т.е. более крупные частицы являются более подвижными. Из частиц, попадаю14их в отклоняющее поле в любой момент i первой четверти периода Oit Т/ на пластины оседают все частицы со скоростью И(Г) а частицы фракции О г г проходят конденсатор без осаждения (п половина расстояния между пластинами конденсатора). Предельный размер г , делящий частицы на оседающие и неоседающие, при изменении MOMeHTat попадания частиц в конденсатор от О до Т/4 непрерывно меняется от Г-) предельного размера при t О, до Г2 - предельного размера при t Т/4. На чертеже изображен конденсатор 3 в разрезе и траектории частиц предельных размеров: А - частиц размера г для t О, В - частиц размера ri(2 для t Т/4. Из пропорциональности /скоростей частиц их размерам следует, что Гч 2г В тех же самых пределах Г{; будет изменяться и в остальные четверти периода. Все частицы, не осевшие на пластины, вновь собираются вместе на выходе из конденсатора в плоскости нулевого потенциала. Такая фокусировка частиц на выходе объясняется тем, что каждая частица одинаковое время подвергается воздействию полей противоположного знака. Отбор частиц в датчик 4 производят на выходе из конденсатора в зоне фокусировки струи в плоскости нулевого потенциала и непрерывно измеряют ток J , создаваемый пролетающими конденсатор без осаждения частицами, или их концентрацию N. Непрерывно измеряемый сигнал поступает в вычислительный блок 5, где по формулам, которые легко выводятся при условии пропорциональности скоростей частиц их размерам в(г/а-1)«(. ,,.,.5Wi-)aNSUnT dt где S - площадь поперечного сечения струи аэрозоля, U - скорость движения частиц вдоль пластин конденса- тора, получают функцию распределения частиц по размерам (г) на,участке спектра QT г ДО rij ,. Изменяя величину приложенного к пластинам конденсатора напряжения, получают функцию распределения п(г) во, всем диапазоне размеров измеряемых частиц.

Например, чтобы определить распределение по размерам капель тумана радиусом от 1 до 16 мкм, нужно заряжать капли в поле коронного разряда напряженностью 2000 В/см, формироват из них струю, движущуюся со скоростью 20 см/с, К подавать в конденсатор длиной 10 см и расстоянием между пластинами 2 см. Между пластинами, прикладывая импульсы напряжения прямоугольной формы, нужно создавать знакопеременное электрическое поле напряженностью Е 2000В/с с периодом колебаний напряжения Т 0,5 с. Непрерывно измеряя ток, создаваемой частицами, на выходе из конденсатора с помощью стандартного электрометрического усилителя и используя обычные решающие усилители для выполнения операций по указанным выше формулам, получим распределение капель по размерам в диапазоне радиусов от 1 до 2 мкм. Создавая ме;:оду пластинами конденсатора поле напр51женностью 1000 В/см, при остальных неизменных параметрах получим распределение в диапазоне от 2 до 4 мкм. При Е 500 В/см получим распределение для радиусов от 4 до 8 мкм, а при Е 250 В/см - для радиусов от 8 до 16 мкм. Т.е. для определения распределения капель по размерам в диапазоне от 1 до 16 мкм достаточно провести измерения всего при четырех значениях напряженности поля конденсатора.

Таким образом подача на пластины конденсатора знакопеременного напряжения с амплитудой, постоянной в течение полупериода колебаний напряжения, и с периодом, равным времени пролета частиц через отклонякнцее поле конденсатора, обеспечивает фокусировку частиц на выходе из конденсатора в плоскости нулевого потенциала, что позволяет:

Формула изобретения

по известным зависимостям определяют функцию распределения частиц по размерам на рабочем участке спектра, причем для получения функции распределения частиц по размерам во всем диапазоне размеров исследуемых части повторяют указанную операцию при других значениях амплитуды приложенного напряжения.

4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-