CN103149461B - 静电喷雾荷质比测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电喷雾荷质比测量装置，其包括雾滴收集装置、雾滴称量装置、雾滴电量测量装置和数据采集和处理系统；所述雾滴收集装置为集液筒（3），所述集液筒（3）包括集液外筒（11）、集液内筒（13），所述集液外筒（11）与集液内筒（13）内设有陶瓷绝缘体（12），所述集液内筒（13）内设置有石墨内筒（14）；所述的石墨内筒（14）采用斜面石墨，石墨内筒（14）的直径（d）、石墨内筒长母线（B）、石墨内筒短母线（C）、筒盖的开口直径（D）、中部截面交线到筒底的距离（A）、中部截面交线到长母线的距离（H）；所述石墨内筒（14）的参数为A =（0.35~0.45）B；d：A：C=2:2:1，B=（13~15）H；所述石墨内筒（14）内设置有斜面圆柱块（15）。
Description
技术领域
本发明涉及静电喷雾荷质比测量装置，尤其是涉及一种减少荷电雾滴撞击集液筒内筒壁后反弹而造成荷电雾滴的再次测量和逃逸产生的电荷误差，可以实现对荷电雾滴或粒子荷质比的准确测量的静电喷雾荷质比测量装置。
背景技术
国内外研究人员荷质比测量装置做了多次研究，而对提高荷质比测量装置的精度问题研究甚少。2002年A.K.Knight等人利用阵列式微法拉第筒测量荷质比，试验表明该方法既有效的降低了检测限又提高了线性动态范围。2008年S.S.Kausik等人利用法拉第杯研究尘埃的电荷分布，结果表明尘埃粒子的荷电量由中心向外围递减并成不对称分布。2009年A.Kashefian等人利用静电和磁环来降低荷电粒子与法拉第内筒的撞击产生的电荷误差。2003年张宝峰等人通过自制法拉第筒测量装置的屏蔽问题，认为筒上覆盖接地金属网可有效屏蔽电极等干扰。2006年陈志刚等研究提高网状目标法测量雾滴荷质比精度的措施，结果表明把荷质比放置在相对稳定的独立空间并做好屏蔽可获得稳定的信号值；从国家知识产权专利检索中，申请号为201110156068.5，名称为“一种风沙流沙粒荷质比实时测量系统”的专利公开了一种实时高频测量沙粒荷质比的装置，不过其是对于沙粒的荷质比的测量装置；申请号为201010571210.8，名称为“测试静电喷雾中雾化空间的局部荷质比的装置”，其主要公开了测试局部荷质比的装置，对于如何降低测量荷电粒子撞击筒壁产生的电荷误差，从而提高荷质比测量的精度没有的技术内容没有公开。
发明内容
针对以上问题，我们对原有荷质比测量装置进行了改进，该装置可以减少荷电雾滴的再次测量和逃逸而产生的电荷误差，实现对荷电雾滴荷质比的准确测量。
本发明的工作原理如下：当荷电液滴群喷射到集液筒内后形成回路。电荷聚集在集液筒内，与地面构成回路时，即产生微电路。采用皮安表测量电流并使用数据采集软件Excelinx进行数据的采集，同时用采样量筒接收喷到集液筒内的液体。在一定时间内测量荷电雾滴群的平均荷质比 （mc/kg）为：=×10，式中（uA）为喷雾过程中雾滴群的电荷，（Kg/s）为喷雾过程中收集到的液体流量。
基于上述原理的静电喷雾荷质比测量装置，其包括雾滴收集装置、雾滴称量装置、雾滴电量测量装置和数据采集和处理系统。所述雾滴收集装置为集液筒3，所述集液筒3包括筒盖2，所述集液筒3倾斜设置在机架1上，所述集液筒3包括集液外筒11、集液内筒13，所述集液外筒11与集液内筒13内设有陶瓷绝缘体12，所述集液内筒13内设置有石墨内筒14；雾滴称量装置为精密电子天平6；所述雾滴电量测量装置为皮安表8；所述皮安表8通过导线7与所述集液筒3的接线口16连接；所述数据采集和处理系统为PC机9、数据采集软件Excelinx和荷质比分析软件，所述软管4连接集液筒的管口17与量筒5，所述量筒5放置在电子天平6上。
所述的石墨内筒14采用斜面石墨，石墨内筒14的直径d、石墨内筒长母线B、石墨内筒短母线C、筒盖的开口直径D、中部截面交线到筒底的距离A、中部截面交线到长母线的距离H；
所述石墨内筒14的参数为A =（0.35~0.45）B；d：A：C=2:2:1，B=（13~15）H。
所述石墨内筒14内设置有斜面圆柱块15。
斜面圆柱块15的材料为高导电率的金属铜，斜面角度为38°~50°或82°~90°。
筒盖开口直径D与石墨内筒长母线B满足：D=（0.30~0.35）B。
皮安表8与集液筒3之间的导线7上串联一个电阻10，所述电阻10的阻值为10欧姆。
通过在集液内筒13里面增加一个长的斜面石墨内筒14和一个斜面角度为38°~50°或82°~90°的高导电率的金属铜圆柱块15，使荷电粒子与集液内筒13之间形成一个横向电场，使偏转射出的粒子沿法线方向碰撞集液内筒13，减少荷电雾滴或粒子撞击集液内筒13壁后逃逸和再次测量而产生的电荷误差，实现了对荷电雾滴荷质比的准确测量。
附图说明
图1为本发明静电喷雾荷质比测量装置的结构示意图。
图2为本发明静电喷雾荷质比测量装置的集液筒的结构示意图。
图3为本发明静电喷雾荷质比测量装置的石墨内筒的结构结示意图。
图4（a）为本发明静电喷雾荷质比测量装置的斜面圆柱块的斜面角度为38°~50°集液筒中粒子的电力线示意图。
图4（b）为本发明静电喷雾荷质比测量装置的斜面圆柱块的斜面角度为82°~90°集液筒中粒子的电力线示意图。
图4（c）为本发明静电喷雾荷质比测量装置的无石墨内筒和斜面圆柱块时集液筒中粒子的电力线示意图。
图中，1-机架、2-筒盖、3-集液筒、4-软管、5-量筒、6-电子天平、7-导线、8-皮安表、9-PC机、10-电阻、11-集液外筒、12-陶瓷绝缘体、13-集液内筒、14-石墨内筒、15-斜面圆柱块、16-接线口、17-管口、18-电力线轨迹。
d-石墨内筒的直径、A-中部截面交线到筒底的距离、B-石墨内筒长母线、C-石墨内筒短母线、D-筒盖的开口直径、H-中部截面交线到长母线的距离、 -斜面圆柱块的斜面角度。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的装置结构示意图如图1所示，主要由雾滴收集装置、雾滴称量装置、雾滴电量测量装置和数据采集和处理系统组成。其中雾滴承载装置为集液筒3；雾滴称量装置为精密电子天平6；雾滴电量测量装置为Modle6485型皮安表8；数据采集和处理系统为PC机9、数据采集软件Excelinx和荷质比分析软件。
结合图1，实施本发明时，按照图1连接好集液筒3及Modle6485型皮安表8：将专用BNC屏蔽线7的一端与皮安表8的输入口（BNC头连接器，主要将待测信号连接到6485型皮安表的输入口）相连接，另一端与集液内筒13上的接线口16连接。在集液内筒13和皮安表8之间串联一个10欧姆左右的电阻10，防止被测物与主机输入端之间的放电，过载而损伤皮安表。集液内筒13必须严格接地。材料为金属铜的集液外筒11和集液内筒13之间采用陶瓷绝缘体12绝缘。利用RS232线将皮安表8与PC机9连接，以采集所测得的电荷量。软管4一端与管口17相连，软管4的另一端伸入量筒5内部。量筒5置于精密电子天平6上。实验时，将集液筒3倾斜放置，集液筒3口向上。打开静电喷雾器，向集液筒3内喷雾，集液筒3中的水通过软管4自流到集液筒下的采样量筒5中，同时记录整个喷雾的时间。停止喷雾后，记录精密电子天平6上显示的采样量筒5内液体的质量，或者直接读取采样量筒5内液体的体积，并计算出这段时间内液体的流量。
本发明关键结构如图2和3，在集液内筒13里面增加一个长的斜面石墨内筒14和一个斜面角度 为38°~50°或82°~90°的高导电率的金属铜圆柱块15，主要是为了使荷电粒子与集液内筒13之间形成一个横向电场，使偏转射出的粒子沿法线方向碰撞集液内筒13，减少荷电雾滴或粒子撞击集液内筒13壁后逃逸和再次测量而产生的电荷误差，实现对荷电雾滴荷质比的准确测量。石墨内筒14采用壁厚为3mm，或者壁厚小于3mm，膨胀力度较小的HT250石墨。设石墨内筒14的直径为d，石墨内筒中部截面交线到筒底的距离为A、石墨内筒长母线为B、石墨内筒短母线为C、石墨内筒中部截面交线到长母线的距离为H，经数值模拟实验发现，当石墨内筒满足A =（0.35~0.45）B，d：A：C=2:2:1，B=（13~15）H时，反弹粒子在集液筒内运动的距离最短，这意味着集液筒测量雾滴或粒子的荷电量精确度最高。筒盖开口直径D=（0.30~0.35）B时，外界电子对荷电量测量额影响不超过5%。
图4（a）为有石墨内筒和 为38°~50°斜面圆柱块时集液筒中粒子电力线示意图，图4（b）为有石墨内筒和为82°~90°斜面圆柱块时集液筒中粒子电力线示意图，这两幅图说明当有石墨内筒和α为38°~50°或为82°~90°斜面圆柱块时，荷电粒子能够与集液内筒之间形成一个横向电场，使偏转射出的粒子沿法线方向碰撞集液内筒，减少荷电雾滴或粒子撞击集液内筒壁后逃逸和再次测量而产生的电荷误差，实现对荷电雾滴荷质比的准确测量。图4（c）为无石墨内筒和无斜面圆柱块时集液筒中粒子电力线示意图，说明在集液内筒之间形成一个电场，而反弹的荷电粒子沿着集液筒轴向方向逃逸出去，这样会造成电荷的测量误差。
Claims (7)
1.静电喷雾荷质比测量装置，其包括雾滴收集装置、雾滴称量装置、雾滴电量测量装置和数据采集和处理系统；所述雾滴收集装置为集液筒（3），所述集液筒（3）包括集液外筒（11）、集液内筒（13），所述集液外筒（11）与集液内筒（13）内设有陶瓷绝缘体（12），所述集液内筒（13）内设置有石墨内筒（14）；
其特征在于：所述的石墨内筒（14）采用斜面石墨，石墨内筒（14）的直径d、石墨内筒长母线B、石墨内筒短母线C、筒盖的开口直径D、中部截面交线到筒底的距离A、中部截面交线到长母线的距离H；
所述石墨内筒（14）的参数为A =（0.35~0.45）B；d：A：C=2:2:1，B=（13~15）H；
所述石墨内筒（14）内设置有斜面圆柱块（15）。
2.根据权利要求1所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：所述斜面圆柱块（15）的材料为高导电率的金属铜，斜面角度为，为38°~50°或82°~90°。
3.根据权利要求1所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：所述的筒盖开口直径D与石墨内筒长母线B的关系为：D=（0.30~0.35）B。
4.根据权利要求1至3任一项所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：雾滴称量装置为精密电子天平（6）；所述雾滴电量测量装置为皮安表（8）；所述皮安表（8）通过导线（7）与所述集液筒（3）的接线口（16）连接；软管（4）连接集液筒（3）的管口（17）与量筒（5），量筒（5）放置在电子天平（6）上；所述数据采集和处理系统为PC机（9）、数据采集软件Excelinx和荷质比分析软件。
5.根据权利要求4所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：所述皮安表（8）与集液筒（3）之间的导线（7）上串联一个电阻（10）。
6.根据权利要求5所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：所述电阻（10）的阻值为10欧姆。
7.根据权利要求1所述的静电喷雾荷质比测量装置，其特征在于：所述石墨内筒（14）的壁厚3mm。
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