CN101762434A - 一种微小尘埃的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小尘埃的测量方法，优选用于真空环境微小尘埃的测量，属于传感器技术领域。具体实现步骤是：选取粘性材料，均匀涂敷在石英晶片的表面并进行处理，制得用于测量微小尘埃的粘性膜石英晶片，将所述粘性膜石英晶片安装到粘性石英晶体微量天平(SQCM)的探头中，再将所述探头放入真空室内，分别测得粘性膜石英晶片空载时和堆积微小尘埃SQCM的频率，根据二者频率变化计算出沉积微小尘埃的质量，计算公式为：Δm＝-K×Δf，K是粘性材料的粘度系数，Δf是SQCM的频率变化量。本发明解决了石英晶体微量天平不能直接用于测量微小尘埃和不能测量真空中微小尘埃的问题，测试设备结构简单可靠，测量精度高。

Description

一种微小尘埃的测量方法

技术领域

本发明涉及一种微小尘埃的测量方法，属于传感器技术领域。

背景技术

目前，市场上有利用高压放电手段，用石英晶体微量天平(QCM)测量尘埃的方法，但其不足之处需要高压放电组件，尘埃碰撞粒径分离器，结构复杂。最重要的一点是不能用于真空环境，因为高压放电需要空气，尘埃碰撞粒径分离器需要气流。同时，石英晶体微量天平不能直接用于微小尘埃的测量，需要增加测量晶片与微小尘埃之间的粘结力，才可以达到测量的目的。随着我国探月工程的发展，需要测量月球表面真空中的粉尘环境，急需一种可以直接用于测量真空环境中微小尘埃的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有石英晶体微量天平不能直接用于测量微小尘埃和不能测量真空环境中微小尘埃的问题，将粘性膜石英晶片组装成的探头与石英晶体微量天平组成粘性石英晶体微量天平(SQCM)提出了一种微小尘埃的测量方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现：

本发明一种微小尘埃的测量方法具体实现步骤如下：

步骤一、将粘性材料溶于有机溶剂中，配成0.01g/ml～0.1g/ml的溶液；

步骤二、将步骤一所制得的溶液均匀涂敷在石英晶片表面，得到用于测量微小尘埃的粘性膜石英晶片；

步骤三、将步骤二中制得的粘性石英晶片放在温度50℃～80℃，湿度10％～30％的恒温恒湿箱中处理40～60小时，得到处理好的粘性膜石英晶片；

步骤四、将处理好的粘性膜石英晶片安装到粘性石英晶体微量天平的探头中，再将所述探头放入真空室内，抽真空，使真空度小于10^-3Pa；

步骤五、用晶体阻抗计测量粘性膜石英晶片上无待测物情况下，即空载时，所述粘性石英晶体微量天平的频率；

步骤六、打开真空环境中的扬尘装置，用晶体阻抗计测量所述粘性石英晶体微量天平的频率，与步骤五中测得的粘性膜石英晶片空载时粘性石英晶体微量天平的频率相比较，得到粘性石英晶体微量天平的频率变化，根据频率变化计算出沉积微小尘埃的质量，计算公式为：Δm＝-K×Δf，K是粘性材料的粘度系数，Δf是粘性石英晶体微量天平的频率变化量。

步骤一中所述的粘性膜材料要求粘结力大于一定数值，这一数值根据实验确定，具体的确定方法是：将粘性膜材料涂敷在石英晶体微量天平的石英晶片表面，然后沉积微小尘埃，只有测试频率出现下降现象，就认为粘性膜材料的粘结力足够，符合使用要求，而且要求粘性膜材料质损小于1％，可凝挥发物小于0.1％，包括但不限于：空间润滑油脂，真空密封油脂，所述有机溶剂能够将粘性膜材料溶解，但对石英晶片没有腐蚀作用，包括但不限于石油醚、乙醇；涂敷粘性膜的厚度使得所述粘性石英晶体微量天平的频率改变量在10000Hz～20000Hz；制得的粘性膜使用高倍显微镜观测，膜厚均匀。

有益效果：

(1)本发明利用石英晶片的压电原理，提出了一种微小尘埃的测量方法，克服现有技术不能测量在真空环境中微小尘埃质量的问题；

(2)本发明测试设备结构简单可靠，适用环境增多，可以大气和真空两种环境下对微小尘埃的质量进行测量，优选用于真空环境中对微小尘埃的质量测量；

(3)本发明测量精度高，精度可以达到10^-8g/cm²的量级。

具体实施方式

实施例

步骤一、将粘性材料Apiezon H溶于石油醚中，配成0.02g/ml的溶液；

步骤二、把测量用石英晶片固定在旋涂机上，将步骤一所制得的溶液滴在所述石英晶片表面，按照1800n/min，旋涂5min，涂敷均匀，得到用于测量微小尘埃的粘性膜石英晶片；

步骤三、将步骤二中制得的粘性膜石英晶片放在温度75℃，湿度25％的恒温恒湿箱中处理48小时，得到处理好的粘性膜石英晶片；

步骤四、将处理好的粘性膜石英晶片安装到粘性石英晶体微量天平的探头中，再将所述探头放入真空室内，抽真空，使真空度达到5.2×10^-4Pa；

步骤五、用晶体阻抗计测量粘性膜石英晶片空载时，所述粘性石英晶体微量天平的频率为15000553Hz；

步骤六、打开真空环境中的扬尘装置，用晶体阻抗计测量所述粘性石英晶体微量天平的频率为14994236Hz，与步骤五中测得的粘性膜石英晶片空载时粘性石英晶体微量天平的频率相比较，得到粘性石英晶体微量天平的频率变化量Δf为6317Hz，，根据频率变化计算出沉积微小尘埃的质量，计算公式为：Δm＝-K×Δf，基频为15MHz的石英晶片，K＝1.96×10⁹g/cm²·Hz，计算得沉积微小尘埃的面积质量为：1.24×10⁵g/cm²。

Claims (3)

1.一种微小尘埃的测量方法，其特征在于包括下列步骤：

步骤一、将粘性材料溶于有机溶剂中，配成0.01g/ml～0.1g/ml的溶液；

步骤二、将步骤一所制得的溶液均匀涂敷在石英晶片表面，得到用于测量微小尘埃的粘性膜石英晶片；

步骤三、将步骤二中制得的粘性膜石英晶片放在温度50℃～80℃，湿度10％～30％的恒温恒湿箱中处理40～60小时，得到处理好的粘性膜石英晶片；

步骤四、将处理好的粘性膜石英晶片安装到粘性石英晶体微量天平(SQCM)的探头中，再将所述探头放入真空室内，抽真空，使真空度小于10^-3Pa；

步骤五、用晶体阻抗计测量粘性膜石英晶片上无待测物情况下，即空载时，所述粘性石英晶体微量天平的频率；

步骤六、打开真空环境中的扬尘装置，用晶体阻抗计测量所述粘性石英晶体微量天平的频率，与步骤五中测得的粘性膜石英晶片空载时粘性石英晶体微量天平的频率相比较，得到粘性石英晶体微量天平的频率变化，根据频率变化计算出沉积微小尘埃的质量，计算公式为：Δm＝-K×Δf，K是粘性材料的粘度系数，Δf是粘性石英晶体微量天平的频率变化量。

2.根据权利要求1所述的一种微小尘埃的测量方法，其特征在于：所述步骤一中所述的粘性膜材料要求粘结力大于一定数值，这一数值根据实验确定，具体的确定方法是：将粘性膜材料涂敷在石英晶体微量天平石英晶片表面，然后沉积微小尘埃，只有测试频率出现下降现象，就认为粘性膜材料的粘结力足够，符合使用要求，而且要求粘性膜材料质损小于1％，可凝挥发物小于0.1％，所述粘性材料包括但不限于：空间润滑油脂，真空密封油脂。

3.根据权利要求1所述的一种微小尘埃的测量方法，其特征在于：所述步骤二中要求涂敷粘性膜的厚度使得粘性石英晶体微量天平频率改变量在10000Hz～20000Hz；