Спектрометр аэрозоля Советский патент 1982 года по МПК G01N15/02 

(54) СПЕКТРОМЕТР АЭРОЗОЛЯ

Изобретение относитсй к средст- вам исследования физических свойств веществ в части измерения дисперсного состава частиц аэрозоля и может быть использовано для анализа спектра размеров промьлшленных выбросов и технологических пылей в диапазоне 1100 мкм.

Известен спектрометр аэрозоля, содержащий каскад ступеней инерционного осаждения, в котором осаждаются частицы нескольких фракций, причем фракционная концентрация определяется взвешиванием 1.

Недостатками этого спектрометра являются низкая чувствительность при разделений частиц на фракции,что обус ловлено недостаточной резкостью границ разделения ступеней инерционного осаждения, и ограниченным конструктивно числом фракцией (до 7-10).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является электромеханичеркий анализатор дисперсности аэрозоля, содержащий источник питания, регистратор тока, ступениинерцион - ного осаждения с электростатическими ловушками, образованными парами электродов, снабженньх по периметру отверстий выступами и соединенных с источником питания и регистратором тока 2.

5 Однако спектрометр обладает низкой чувствительностью по. разделению частиц на фракции, которая пропорциональна квадрату размера частиц, и ограниченным верхним пределом изме 0 рения (не более 10 мкм) .

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности и расширение верхнего предела измерения спектра размеров.

15

Поставленная цель достигается тем, что в известном спектрометре аэрозоля, содержащем источник питания, регистратор тока и образованную двумя электродами ступень инерционного

20 осаждения с электростатической ловушкой, в одном из электродов выполнена коническая полость с углом 150-170 и отверстием в вершине, а во втором электроде по периметру об25ращенного к нему основания конуса расположены сопла, причем первый электрод соединен с источником питания, а второй - с регистратором тока.

На чертеже схематически показан 30 сепаратор аэрозоля. Электроды 1 и 2, соединенные с источником 3 питания и регистраторо 4 тока образуют электростатическую ловушку для колеблющихся между ними чаатиц из-за наличия выступов 5 по периметру электродов. В электроде 1 выполнена коническая полость с углом 150-170° и отверстием б в вердине. По периметру, основания конической полости, обращенного к эле троду 1, в электроде 2 расположены сопла 7, а на электроде 1 поверхности 8 инерционного осаждения. Данная конструкция электродов та кова, что междуэлектродное расстояние монотонно увеличивается от края к центру электродов и, соответствен но, понижается напряженность электр ческого поля, а силовые линии образуют криволинейные, поверхности, обр щенные выпуклостью к оси отверстий Подлежащий исследованию аэрозоль пропускают через сопла 7 со -скоростью, которая обеспечивает осаждение на поверхности 8 частиц в диапазоне всего анализируемого спектра т.е. диаметр сопел и скорость потока соответствует границе разделения ступени, равной нижнему пределу спектра размеров частиц. Затем прек ращают доступ аэрозоля, включают ис точник 3 питания и регистратор 4 то ка. Перезаряжаясь на поверхностях электродов 1 и 2, частицы осадка ко леблются в междуэлектродном промежутке , двигаясь вдоль силовых Линий поля. Высокая напряженность поля, создаваемая выступами 5 выталкивает частицы в область конической полост Частицы двигаются от периферии элек тродов 1 и 2 к центральному отверс тию 6, через которое удаляются из спектрометра. Поэтому электрический ток, измеряемый регистратором непрерывно уменьшается до нуля. Полученная временная зависимость тока соответствует непрерывному спектру размеров частиц осадка. Пtlинцип радиального движения час тиц состоит в том, что двигаясь по криволинейным траекториям с выпуклостью, обращенной к центру электро дов, Частицы приобретают центростре мительное ускорение и центробежной силой выталкиваются к оси отверс-: тия 6. Центробежная сила, как известно равна„ . ,- (1) -масса частицы; -скорость движения вдоль силовых линий; -радиус кривизны силовых линий. Под действием этой силы частицы приобретают радиальную скорость при Стоксовском приближении закона гидравлического сопротивления f - время релаксации частицы в воздухе. Учитывая, что скорость частицы вдоль поля в том же приближении равна V, - , (3) где q - заряд частицы; Е - напряженность поля. Подстановкой формул (1) и (3) в формулу (2) получим V п ш Известно, что и заряд и время релаксации частицы пропорциональны квадрату размера частицы и, выразив массу через объем и плотность, получим Таким образом, заданное расстояние, равное радиусу основания конической полости электрода 1, быстрее всех пройдут частицы наиболее грубых фракций, которые удалены через отверстие 6 в первую очередь, а тонкие фракции покинут междуэлектродный промежуток последними. Отсюда следует, что разделяясь в пространстве вдоль, радиуса электрода 1, фракции частиц регистрируются в виде временного графика электрического тока. Угол конуса в 150-170° найден экспериментально при высоте конической полости, меньш&й расстояния между электродами в зоне сопел 7. Экспериментально измерен спектр частиц в пределах 1-100 мки, что на порядок превышает верхний предел известных спектрометров с каскадными ступенями осаждения. Спектр непрерывный, а не выборочный по 7-10 точкам, как в известных приборах, что повышает точность измерения и позволяет исследовать тонкую структуру спектра. Чувствительность определяется скоростью разделения осадка на фракции, которая как следует из формулы 5, пропорциональна четвертой степени размера частиц. В известных приборах чувствительность определяется разностью границ инерционного осаждения ступеней пропорциональной квадрату размера. ФоЕЯ«1ула изобретения Спектрометр аэрозоля, содержащий источник питания, регистратор тока и образованную двумя электродами ступень инерционного осаждения с.электростатической ловушкой, о т л и ч а юи и с я .тем, что, с целью повышения чувствительности, точности и расширения верхнего предела измерения спектра размеров, в одном из электродов выполнена коническая полость с углом 150-170° и отверстием в вершине, а во втором электроде по периметру обращенного к нему основания конуса расположены сопла, причем пе{}вый электрод соединен с источником питания, а второй - с регистратором тока.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 N 15/02, 1980 (прототип).

1