DE401023C

DE401023C - Method for measuring the size and number of suspended particles in gases

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Publication number: DE401023C
Application number: DEG58853D
Authority: DE
Original assignee: HERMANN ROHMANN DR; Gelsenkirchener Bergwerks AG
Current assignee: HERMANN ROHMANN DR; Gelsenkirchener Bergwerks AG
Publication date: 1924-08-28

Description

Verfahren zur Messung der Größe und der Zahl der Schwebeteilchen in Gasen. Es gibt zur Zeit kaum technisch verwendbare Methoden für die Messung der Größe der in Rauch und Nebel vorkommenden Schwebeteilchen. Die physikalischen Methoden, wie die Beobachtung der Fallzeiten solcher Teilchen, unterliegen an sich starken Bedenken und sind ihres diffizilen Charakters wegen für irgendeine Art technischer Messung durchaus unbrauchbar.Procedure for measuring the size and number of suspended particles in Gases. There are currently hardly any technically usable methods for measuring the Size of the suspended particles in smoke and fog. The physical methods like the observation of the fall times of such particles, are inherently strong Concerns and are technical of some kind because of their delicate nature Measurement quite useless.

Dagegen besteht ein großes Bedürfnis nach solchen Meßmethoden z. B. in der elektrischen Gasreinigung, wo ein großer Teil der Schwierigkeiten, die bei der Reinigung gewisser Raucharten auftreten, davon herrührt, daß unerwartete Unterschiede in der Größe der niederzuschlagenden Schwebeteilchen vorhanden sind. Meßmethoden für die Teilchengröße sind daher notwendig sowohl zur Untersuchung dafür, ob ein gegebener Gasreinigungsapparat sich für eine gegebene, Rauchart eignet, wie auch zur Überwachung und Einregulierung während des Betriebes.In contrast, there is a great need for such measurement methods, for. B. in electrical gas cleaning, where a large part of the difficulties that arise with cleaning of certain types of smoke, results from unexpected differences are present in the size of the suspended particles to be precipitated. Measurement methods for the particle size are therefore necessary both to investigate whether a A given gas cleaning apparatus is suitable for a given type of smoke, as well as for monitoring and adjustment during operation.

Das im folgenden beschriebene Meßverfahren beruht auf der elektrischen Aufladung und Niederschlagung von Schwebeteilchen und ist insofern ähnlich den bei der elektrischen Gasreinigung gebräuchlichen Verfahren. Die elektrische Niederschlagung von Staub ist schon häufiger benutzt worden, um die Anwesenheit von Staub in einem Gase zu konstatieren, oder um Methoden für die Messung des Staubgehaltes zu erzielen. Diese Methoden liefern aber keine Angaben über die hier interessierende Frage der Größe der einzelnen Teilchen. Desgleichen ist schon bemerkt und zur praktischen Benutzung vorgeschlagen. daß bei dem normalen Verfahren der elektrischen Gasreinigung bei Wahl einer gewissen Rohgasgeschwindigkeit eine Trennung der niedergeschlagenen Schwebeteilchen nach ihrer Größe erzielt werden kann. Diese Trennung kann aber nach Ziel und Art der Methode nur eine relativ sehr grobe sein, und sie eignet sich daher nicht für Meßzwecke. De--i-gegenüber ergibt das im folgenden beschriebene Verfahren. eine exakte Trennung der Schwebeteilchen verschiedener Größe und liefert damit Messungen von jeder erforderlichen Genauigkeit.The measuring method described below is based on the electrical Charging and deposition of suspended particles and is in this respect similar to that of common methods of electrical gas cleaning. The electric crackdown of dust has been used more often to denote the presence of dust in a person To determine gases, or to achieve methods for measuring the dust content. However, these methods do not provide any information on the question of interest here Size of each particle. The same has already been said and is practical Suggested use. that in the normal process of electrical gas cleaning if a certain raw gas velocity is selected, a separation of the precipitated Suspended particles can be achieved according to their size. This separation can, however, after The aim and nature of the method can only be relatively very rough, and it is therefore suitable not for measuring purposes. De-i-opposite results in the method described below. an exact separation of the suspended particles of different sizes and thus provides measurements of any accuracy required.

Eine Ausführungsform des Verfahrens ist in der Abbildung skizziert. Zwischen ebenen, parallelen Elektroden i und 2 wird durch angelegte Spannung ein elektrisches Feld hergestellt, dessen Stärke den Versuchsbedingungen entsprechend gewählt wird und das während der Messung selbst konstant gehalten wird. An der Stelle 3 ist die Platte i mit einem schmalen Schlitz versehen, so daß durch eine hinter diesem Schlitz angeordnete und auf entsprechendes Potential gebrachte Spitze I ein etwa der Schlitzbreite entsprechender Ionenstrom durch das im übrigen wesentlich homogene Feld geht. In das ionenführende Feld wird senkrecht zur Schlitzrichtung und parallel zu den Elektroden durch eine Düse 5 das die Schwebeteilchen enthaltende Gas in dünnem, möglichst glattem Strom eingeführt. Beim Durchgang durch die ionenführende Stelle erhalten die Schwebeteilchen eine noch zu besprechende elektrische Ladung und werden dann durch das elektrische Feld an die Elektrode 2 getrieben. Auf dem Wege nach der Platte 2 sollen nun die geladenen, elektrisch bewegten Schwebeteilchen der Einwirkung eines gleichiräßigen, durch den Pfeil 6 angedeuteten Reingasstroms unterworfen sein.One embodiment of the method is outlined in the figure. A voltage is applied between flat, parallel electrodes i and 2 electrical field produced, the strength of which corresponds to the test conditions is selected and that is kept constant during the measurement itself. At the point 3, the plate i is provided with a narrow slot, so that by a behind a tip I arranged in this slot and brought to the appropriate potential ion current roughly corresponding to the slit width through the otherwise essential homogeneous field goes. The ion-carrying field is perpendicular to the direction of the slot and parallel to the electrodes through a nozzle 5 that containing the suspended particles Gas introduced in a thin stream that was as smooth as possible. When passing through the ion-carrying In the second place, the suspended particles receive an electrical charge that is still to be discussed and are then driven to the electrode 2 by the electric field. On the The charged, electrically moving suspended particles should now travel to the plate 2 the action of a uniform stream of pure gas indicated by arrow 6 be subject to.

Bei einer solchen Anordnung findet die Niederschlagung derart statt, daß große Schwebeteilchen sich in relativ geringer Entfernung (gerechnet von der gegenüber 3 liegenden Stelle der Platte 2 aus) niederschlagen, kleinere Teilchen dagegen in einer gesetzmäßig wachsenden »Niederschlagsweite«.With such an arrangement, the Crackdown in such a way that large suspended particles are located at a relatively short distance (calculated from the opposite 3 position on plate 2), smaller ones Particles, on the other hand, in a lawfully increasing "precipitation expanse".

Über die für das Verfahren in Betracht kommenden physikalischen Beziehungen läßt sich folgendes sagen: In einem innenführenden elektrischen Feld werden genügend lange in ihm verweilende Fremdteilchen eine elektrische Ladung bekommen, die einen von der Größe des betreffenden Teilchens abhängigen Grenzwert hat und sich in folgender Weise abschätzen läßt. Offenbar wird auf das schon mit einer gewissen Ladung ;e versehene Fremdteilchen dann kein Ion mehr hinzukommen können; wenn die Feldstärke, die die Ladung e an der Oberfläche des Teilchens ergibt (nämlich bei kugelförmigen Teilchen vom Radius r gleich e/r»), gleich ist der Stärke des die Ionen führenden Feldes.About the physical relationships that are considered for the process the following can be said: in an internal electrical field there are sufficient Foreign particles that linger in it for a long time get an electrical charge that makes you feel has a limit value that depends on the size of the particle in question and is as follows Can be judged wisely. Obviously this is already done with a certain charge; e contaminated foreign particles can then no longer get an ion; if the field strength, which gives the charge e on the surface of the particle (namely in the case of spherical Particles of radius r equal to e / r »), equal to the strength of the one guiding the ions Field.

Das heißt, wenn wir in unserer Anordnung die Verhältnisse so wählen, daß die Schwebeteilchen im innenführenden Feld die Grenzladung erhalten, so werden verschieden große Teilchen Ladungen haben, die sich (bei kugelförmigen Teilchen) proportional den Quadraten ihrer Radien verhalten. Bei nicht kugelförmigen Teilchen wäre etwa ein mittlerer Radius einzusetzen.That is, if we choose the proportions in our arrangement so so that the suspended particles in the internal leading field receive the limit charge particles of different sizes have charges which (in the case of spherical particles) behave proportionally to the squares of their radii. For non-spherical particles a medium radius would be used.

Die Kräfte, die die geladenen Schwebeteilchen dann zur Platte 2 treiben, sind daher auch proportional dem Quadrat ihres Radius. Unter der Wirkung dieser elektrischen; Kräfte erreichen die Schwebeteilchen in ruhendem Gas eine Geschwindigkeit, die bestimmt ist durch den etwa nach der Stokesschen Formel zu berechnenden Reibungswiderstand des Gases. Dieser Widerstand ist bekanntlich proportional der ersten Potenz des Radius (bei kugelförmigen Teilchen). Infolgedessen wird also die fragliche Geschwindigkeit eines unter den angegebenen Umständen aufgeladenen Teilchens proportional der ersten Potenz seines (mittleren) Radius.The forces that drive the charged suspended particles to plate 2, are therefore also proportional to the square of their radius. Under the effect of this electrical; Forces, the suspended particles in a gas at rest reach a speed which is determined by the frictional resistance to be calculated using Stokes' formula of the gas. This resistance is known to be proportional to the first power of the Radius (for spherical particles). So, as a result, it becomes the speed in question of a particle charged under the given circumstances proportional to the first Power of its (mean) radius.

Da in unserer Anordnung die geladenen Teilchen auch noch der Wirkung des konstanten Luftstroms 6 unterliegen, so ergeben sich Niederschlagsweiten, die bei im übrigen gleichen Verhältnissen umgekehrt proportional der ersten Potenz des Radius sind. Die als Maß der Teilchengröße zu betrachtende Niederschlagsweite wird durch das auf der. Platte 2 entstehende Bild des Staubes ohne weiteres sichtbar gemacht. Wenn Teilchen verschiedener Größe vorhanden sind, entsteht eine Art ,Staubspektrum. 'Die Zahl der Teilchen einer gewissen Größe läßt sich in bekannter Weise durch Wägung oder durch irgendeine Art der Mengenbestimmung des in einer bestimmten Zeit erzielten Niederschlags bestimmen.Because in our arrangement the charged particles also have the effect of the constant air flow 6 are subject to precipitation widths that with otherwise the same conditions, inversely proportional to the first power of the Radius are. The amount of precipitation to be considered as a measure of the particle size becomes through that on the. Plate 2 resulting image of the dust readily visible made. When particles of different sizes are present, a kind of dust spectrum arises. The number of particles of a certain size can be determined in a known manner by weighing or by some kind of quantitative determination of what was achieved in a given time Determine precipitation.

Es ist bemerkenswert, daß es für das vorliegende Verfahren nicht notwendig ist, die Schwebeteilchen im innenführenden Feld bis zur Grenzladung aufladen zu lassen. Man erhält vielmehr auch dann, wenn die Teilchen sich nur relativ kurze Zeit im Innenstrom befinden, Ladungen, die proportional dem Quadrat der Teilchenradien sind mit einem entsprechend veränderten. Proportionalitätsfaktor, und zwar deshalb, weil bei stark unter der Maximalen liegenden Ladungen diese Ladung einfach proportional zu setzen ist der Zahl von Ionen, die das Teilchen treffen können, also proportional der Fläche, die es dem Innenstrom darbietet. (Die Verhältnisse werden offenbar kompliziert, wenn sich nach der Rechnung nur Bruchteile eines Elementarquantums als Teilchenladung ergeben, aber solche Verhältnisse lassen sich praktisch leicht vermeiden. Normalerweise wird man mit Ladungen von einigen zehn bis hundert Elementarquanten arbeiten.) Die in der Abbildung gezeichnete Methode zur Herstellung eines schmalen Innenstroms mit Spitze und Blende kann ersetzt werden durch Einrichtungen von folgender Art: :durch einen glühenden Draht, der an der Stelle 3 über die Platte i gespannt ist, durch radioaktive oder auch durch lichtelektrische usw. Ionenerzeug ung.It is noteworthy that it is not necessary for the present process is to charge the suspended particles in the internal field up to the limit charge permit. Rather, one obtains even if the particles are only relatively short Time in the internal current, charges that are proportional to the square of the particle radii are modified accordingly. Proportionality factor, therefore, because if the charges are significantly below the maximum, this charge is simply proportional to be set is proportional to the number of ions that can hit the particle the area which it presents to the inner stream. (The situation is obviously getting complicated, if, according to the calculation, there are only fractions of an elementary quantum as particle charge result, but such relationships are practically easy to avoid. Normally one will work with charges of a few tens to a hundred elementary quanta.) The Method shown in the illustration for creating a narrow inner stream with tip and diaphragm can be replaced by devices of the following types: : by a glowing wire stretched over plate i at point 3, by radioactive or also by photoelectric etc. ion generation.

Durch entsprechende Ausgestaltung der Elektrode 2 kann das Staubspektrum auf einen Papierstreifen o. dgl. aufgenommen und laufend aufgezeichnet werden.By appropriately designing the electrode 2, the dust spectrum be recorded on a paper strip or the like and continuously recorded.

Claims

Claim: Method for measuring the size and number of suspended particles in gases, characterized in that one containing the suspended particles by in part q internal. electric field skillful gas flow of the effect is subjected to a gas or air flow free of suspended particles and that the inner leading Part of the field opposite the width of the to be traversed by the suspended particles Clean gas flow is narrow.