CN109013061A - 一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，它由电子产生与加速、颗粒物收集两部分组成。前者通过产生电子并经加速后撞击待收集的颗粒物，使其电离带正电，后者利用静电场引起电离后颗粒物的定向移动，达到收集目的。本发明装置结构简单，体积小，收集效率高，特别适合于微重力环境下对颗粒物的收集。

Description

一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置
技术领域
本发明涉及静电场和静电吸附领域，具体涉及一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置。
背景技术
加工车间里漂浮在空中的碎屑，吸入体内会影响员工的身心健康，同时它还影响工件的加工精度，因此有必要及时清除。
飞船或太空舱作为航天员工作、生活的场所，漂浮的食品碎屑、皮屑以及掉落的毛发组织若被航天员吸入体内，将危害其健康，因此载人航天体内需要一种碎屑收集装置。
已有的颗粒物收集法主要有机械法、过滤法、胶粘法等。机械法主要是利用力(重力、惯性力、离心力等)的作用从空气中收集颗粒，此法虽然结构简单，易操作，但只能收集较大颗粒，对细小颗粒收集效率低。过滤法是利用滤料或滤网有限的孔径尺寸拦截较大尺寸的样品颗粒，此方法虽然方便快捷，但是易出现二次污染。胶粘法利用采集探头表面涂胶直接粘取颗粒以达到收集的目的，此方法虽然操作简便，但颗粒容易脱落，收集效率低。
静电吸附进行颗粒物收集方面，申请号为2018100140170的发明专利利用电荷施加法对样品颗粒进行收集，而申请号为2018101311504的发明专利虽也利用电离法对颗粒物进行静电收集，但所用金属球壳形成的静电场不强，收集效率不高。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，它通过电子枪产生电子，利用加速电极间的强电场对其加速，高速电子撞击待收集颗粒物，使之电离带正电，而颗粒物收集部分另外两电极间产生强静电场，受其作用，带电颗粒物向收集筒移动，实现对颗粒物的收集。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，它包括电子产生与加速、颗粒物收集两个部分，所述电子产生与加速部分由电子枪、加速电极和凸台组成，所述电子枪和加速电极通过陶瓷垫片和螺杆固定在所述凸台上，所述加速电极由两块相互平行的极板组成，两极板平行于所述凸台的表面，所述颗粒物收集部分由上底座、过滤网、漏斗、收集筒、筒内极板，下底座组成，所述上、下底座由等间距分布的几根立柱连接，所述立柱的数目不小于3，所述过滤网安装于所述上底座中央，并覆盖该底座中央圆孔，所述漏斗导出口插入所述收集筒内，所述收集筒通过螺钉同轴固定于所述下底座上，所述筒内极板平行于筒底内置于筒内。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述上底座为圆环体，下底座为薄圆柱体，凸台为长方体，且均为约束变形能力强的绝缘材质，上底座沿一弦垂直底面切去一块，用螺丝将凸台贴着截面固定于上底座外侧。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述电子枪由螺旋状钨丝，两根接线柱和电源组成，用来产生电子。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述加速电极的两极板为两块相同的金属环状圆片，用于对电子枪产生的电子进行加速，高速电子撞击待收集的颗粒物，使其电离带正电，所述电子枪穿过加速电极极板中央的孔，螺旋状钨丝的轴线与凸台表面平行。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述过滤网为金属材质，能够滤除大尺寸颗粒以防堵塞收集筒口，同时，它还充当正极板，与筒内极板间形成的静电场使得待收集的带正电的颗粒物向收集筒内聚集。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述收集筒为绝缘材质，其内径呈阶跃分布，便于筒内极板的放置。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述收集筒底部中央有一圆孔，用于将收集筒同轴固定于下底座上，所述收集筒壁靠近底部有一圆孔，用于筒内极板导线与电源负极连接时走线。
本发明的有益效果体现在：
1.本发明装置结构简单，拆卸方便，装置的高度和极板间距均可调节。
2.若加速电场足够强，原则上本发明装置可用来对任何材质的颗粒进行收集，无论其导电性如何。
3.本发明装置尤其适用于真空、微重力环境下对颗粒物的收集。
4.通电后自动收集，收集效率高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1利用电离法实现颗粒物静电收集的装置。
图2电子产生与加速部分立体图。
图3电子产生与加速部分主视图。
图4电子产生与加速部分俯视图。
图5收集筒剖面图。
图1中：1-上底座，2-过滤网，3-漏斗，4-收集筒，5-下底座，6-凸台，7、8-接线柱。
图2中：9-螺孔，10-电子枪上的钨丝，11、12-加速电极的两极板，13-陶瓷垫片。
图4中：14、15、16-接线柱。
图5中：17-筒内极板，18-螺孔，19-接线孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，见图1所示，它包括电子产生与加速、颗粒物收集两个部分，先对两个部分分别进行组装，然后再将两个部分组装到一起。
电子枪通过螺杆固定在凸台6上，并且电子枪中螺旋状钨丝10的轴线方向与凸台6的表面平行。加速电极的两块极板11、12通过螺杆固定在凸台6上并且均与凸台6的表面平行，极板11为负极，极板12为正极。为保证极板间的绝缘性，极板11、极板12以及螺杆之间均使用了陶瓷垫片13。凸台6上有三个接线柱14、15和16，其中接线柱14接电子枪的正极，接线柱15接电子枪的负极，接线柱15还连接靠近凸台6的极板11，接线柱16接远离凸台6的极板12。
上底座1和下底座5通过等间距分布的几根立柱连接，立柱数目不小于3。过滤网2安装在上底座1中央，并覆盖其中间的圆孔。利用螺钉将收集筒4同轴固定于下底座5上。内置一块极板17于收集筒4，极板17与筒底平行。将漏斗3的导出口插入收集筒4内并保证漏斗3和收集筒4之间是同轴放置。上底座1上有一个接线柱7跟过滤网2相连，下底座2上有一个接线柱8跟筒内极板17相连。
用螺丝将凸台6固定在上底座1的侧面。为便于凸台6的安装，将上底座1沿一弦垂直于底面切去一块。
本发明装置总共需要三个电源，其中电源1给电子枪供电，电源2为高压电源，用来给加速电极的两块极板11、12供电，电源3给颗粒物收集部分的过滤网2和筒内极板17供电。
电源1的正极连接线柱14，负极连接线柱15。电子枪上的钨丝10通电发热后表面产生大量的电子，并向四周辐射电子。
电源2正极连接线柱16，负极连接线柱15。极板11与极板12之间形成静电场，借助其对电子枪辐射的电子进行加速，满足：
其中：q1为电子的带电量，U1为电源2电压，m为电子质量，v为电子经加速后获得的速度。
加速后的电子与待收集的颗粒物撞击，前者有足够的动能，使后者电离带正电。电离的难易程度与颗粒物中所含元素的原子核对核外电子的约束程度以及不同原子间的作用等因素有关。调整电源2的电压大小，只要其足够大，原则上任何材质的颗粒物均可被电离而被收集。
电源3正极连接线柱7，负极连接线柱8，使得过滤网2和筒内极板17之间形成静电场，带正电荷的颗粒物受此静电场作用，将向漏斗3方向移动，最终会聚集在收集筒内极板17的表面。为防止正负电荷抵消而导致颗粒物脱落，可在筒内极板表面贴一层介电材质的薄膜。
带电颗粒在电场中受的力为：
F＝q2E (2)
其中：q2为带电颗粒的带电量，E为静电场的电场强度，E值大小跟电源3提供的电压值U2和过滤网2与筒内极板17之间的距离d有关，三者的关系为：
本发明装置收集颗粒物的过程可概括成五个阶段：1).电子枪辐射电子；2).电子获得加速；3).颗粒物电离带正电；4).颗粒物迁移；5).颗粒物聚集于收集筒内。
以上实施方式仅用于说明本发明，并非对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，它包括电子产生与加速、颗粒物收集两个部分，所述电子产生与加速部分由电子枪、加速电极和凸台组成，所述电子枪和加速电极通过陶瓷垫片和螺杆固定在所述凸台上，所述加速电极由两块相互平行的极板组成，两极板平行于所述凸台的表面，所述颗粒物收集部分由上底座、过滤网、漏斗、收集筒、筒内极板，下底座组成，所述上、下底座由等间距分布的几根立柱连接，所述立柱的数目不小于3，所述过滤网安装于所述上底座中央，并覆盖该底座中央圆孔，所述漏斗导出口插入所述收集筒内，所述收集筒通过螺钉同轴固定于所述下底座上，所述筒内极板平行于筒底内置于筒内。
2.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述上底座为圆环体，下底座为薄圆柱体，凸台为长方体，且均为约束变形能力强的绝缘材质，上底座沿一弦垂直底面切去一块，用螺丝将凸台贴着截面固定于上底座外侧。
3.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述电子枪由螺旋状钨丝，两根接线柱和电源组成，用来产生电子。
4.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述加速电极的两极板为两块相同的金属环状圆片，用于对电子枪产生的电子进行加速，高速电子撞击待收集的颗粒物，使其电离带正电，所述电子枪穿过加速电极极板中央的孔，螺旋状钨丝的轴线与凸台表面平行。
5.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述过滤网为金属材质，能够滤除大尺寸颗粒以防堵塞收集筒口，同时，它还充当正极板，与筒内极板间形成的静电场使得待收集的带正电的颗粒物向收集筒内聚集。
6.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述收集筒为绝缘材质，其内径呈阶跃分布，便于筒内极板的放置。
7.权利要求1所述的一种利用电离法实现颗粒物静电收集的装置，其特征在于：所述收集筒底部中央有一圆孔，用于将收集筒同轴固定于下底座上，所述收集筒壁靠近底部有一圆孔，用于筒内极板导线与电源负极连接时走线。
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