FR2658916A2 - Electrostatic aerosol particle sensor and apparatuses comprising application thereof - Google Patents

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/02Collecting means for receiving or storing samples to be investigated and possibly directly transporting the samples to the measuring arrangement; particularly for investigating radioactive fluids
    • G01T7/06Collecting means for receiving or storing samples to be investigated and possibly directly transporting the samples to the measuring arrangement; particularly for investigating radioactive fluids by electrostatic precipitation

Abstract

Application of the electrostatic sensor according to Claim 1 of the main patent for producing an electrical mobility selector for the particles of the aerosol, characterised in that at least one of the two coaxial conducting discs (16, 18) is provided with an annular slot (76) centred on the axis common to the two discs and in connection with means (84) for sucking through this slot the particles which would normally be deposited on the disc at this slot if it did not exist.

Description

CAPTEUR ELECTROSTATIQUE DE PARTICULES
D'AEROSOL ET APPAREILS EN COMPORTANT APPLICATION.
ELECTROSTATIC PARTICLE SENSOR
AEROSOL AND APPARATUSES INCLUDING APPLICATION.

Premier certificat d'addition à la demande de brevet français nO EN 89 084 00 du 23 juin 1989.First certificate of addition to French patent application No. EN 89 084 00 of June 23, 1989.

La présente addition au brevet principal nO EN 89 084 000 du 23 juin 1989 a trait d'une façon générale au domaine de la capture électrostatique des particules d'aérosol en vue de les étudier ou de les traiter et a pour objet de façon plus précise un certain nombre d'applications particulières du capteur électrostatique décrit dans la demande de brevet principal. The present addition to the main patent No. EN 89 084 000 of June 23, 1989 relates generally to the field of electrostatic capture of aerosol particles with a view to studying or treating them and more specifically relates to a number of specific applications of the electrostatic sensor described in the main patent application.

On commencera par rappeler que le capteur électrostatique de particules d'aérosol, objet de la demande principale se caractérise en ce qu'il comprend deux disques conducteurs coaxiaux, espacés et parallèles, entre lesquels on établit un champ électrique en les portant à des potentiels différents, l'espace compris entre les deux disques communiquant sur toute sa périphérie avec l'atmosphère à examiner, une aspiration centrale étant prévue dans cet espace pour y faire circuler, à partir de la périphérie des disques, une partie de cette atmosphère sous forme d'un écoulement laminaire centripète et stable. We will begin by recalling that the electrostatic sensor of aerosol particles, the subject of the main application is characterized in that it comprises two coaxial, spaced and parallel discs between which an electric field is established by bringing them to different potentials , the space between the two discs communicating over its entire periphery with the atmosphere to be examined, a central aspiration being provided in this space to circulate therein, from the periphery of the discs, part of this atmosphere in the form of '' a centripetal and stable laminar flow.

La demande de brevet principal décrit et revendique un certain nombre de variantes de mise en oeuvre du capteur électrostatique, objet de l'invention, ainsi qu'un certain nombre d'applications de ce capteur, notamment à la réalisation d'un spectromètre de mobilité électrique de particules, et d'un collecteur des particules contenues dans une atmosphère à examiner. The main patent application describes and claims a certain number of alternative embodiments of the electrostatic sensor, object of the invention, as well as a number of applications of this sensor, in particular in the production of a mobility spectrometer electric particle, and a collector of particles contained in an atmosphere to be examined.

La demanderesse a trouvé qu'il était encore possible d'élargir les domaines d'application du capteur électrostatique faisant l'objet de la demande de brevet principal et ce sont ces domaines d'applications complémentaires qui font précisément l'objet du présent certificat d'addition. The Applicant has found that it is still possible to widen the fields of application of the electrostatic sensor which is the subject of the main patent application and it is these fields of complementary applications which are precisely the subject of this certificate. 'addition.

Une première application nouvelle du capteur électrostatique objet du brevet principal réside dans la réalisation d'un sélecteur de mobilité électrique de particules d'un aérosol, caractérisé en ce que l'un au moins des deux disques conducteurs coaxiaux est muni d'une fente annulaire centrée sur l'axe commun aux deux disques, en liaison avec des moyens d'aspiration, au travers de cette fente, des particules qui se seraient normalement déposées sur le disque à l'endroit de cette fente si elle n'existait pas. A first new application of the electrostatic sensor which is the subject of the main patent resides in the production of an electric mobility selector for aerosol particles, characterized in that at least one of the two coaxial conductive discs is provided with an annular slot. centered on the axis common to the two discs, in connection with suction means, through this slot, particles which would normally have been deposited on the disc at the location of this slot if it did not exist.

Selon une variante de mise en oeuvre de ce sélecteur de mobilité, les moyens d'aspiration précédents consistent en un boîtier cylindrique, accolé à l'un des disques et renfermant la fente, et muni d'une tubulure d'aspiration pour permettre l'extraction sélective des particules ayant la mobilité électrique correspondant au rayon de la fente. According to an alternative embodiment of this mobility selector, the above suction means consist of a cylindrical casing, attached to one of the discs and containing the slot, and provided with suction tubing to allow the selective extraction of particles with electric mobility corresponding to the radius of the slit.

Une seconde application également nouvelle du capteur électrostatique selon la demande de brevet principal réside dans la réalisation d'un appareil d'obtention d'étalon de dépôt surfacique homogène de particules sur un substrat en forme de disque. A second equally new application of the electrostatic sensor according to the main patent application lies in the production of an apparatus for obtaining a standard of uniform surface deposition of particles on a disc-shaped substrate.

Conformément à la présente addition, cet appareil se caractérise en ce qu'on alimente le capteur électrostatique dont le substrat constitue l'un des disques conducteurs, à l'aide d'un flux particules d'aérosol ayant toutes en commun la même valeur pour deux sur trois des grandeurs que sont la mobilité électrique, la charge et la dimension, et en ce que l'on fait varier la différence de potentiel V entre les disques du capteur en fonction du temps pendant le dépôt selon la loi

Figure img00030001

formule dans laquelle :: - h est la demi-distance entre les plaques; - Z est la mobilité électrique commune aux
particules; - rA est la distance du point d'injection de
l'aérosol par rapport à l'axe du capteur; - Q est le débit d'extraction de la phase gazeuse
hors du capteur; - N est la concentration des particules dans le
débit d'extraction Q, lorsque V = 0 - S est la densité surfacique des particules que
l'on souhaite obtenir sur le disque de
collection; - t est le temps.In accordance with the present addition, this device is characterized in that the electrostatic sensor, the substrate of which constitutes one of the conducting discs, is supplied with the aid of a stream of aerosol particles all having the same value for two out of three of the magnitudes of electric mobility, charge and dimension, and in that the potential difference V between the discs of the sensor is varied as a function of time during deposition by law
Figure img00030001

formula in which :: - h is the half distance between the plates; - Z is the electric mobility common to
particles; - rA is the distance from the injection point of
the aerosol with respect to the axis of the sensor; - Q is the extraction rate of the gas phase
outside the sensor; - N is the concentration of particles in the
extraction rate Q, when V = 0 - S is the surface density of the particles that
we want to get on the disc of
collection; - t is the time.

Une troisième application nouvelle du capteur électrostatique objet du brevet principal réside dans la réalisation d'un capteur électrostatique à collection totale selon la revendication 9 du brevet principal, apte à sélectionner tous les aérosols ayant une granulométrie inférieure à un seuil donné, caractérisé en ce qu'il comporte, sur le trajet d'introduction de la phase gazeuse contenant les aérosols, une fente annulaire calibrée pour réaliser, pour un débit d'extraction approprié la séparation inertielle des particules de granulométrie inférieure au seuil et le dépôt de ces particules sur un disque de collection. A third new application of the electrostatic sensor which is the subject of the main patent lies in the production of a total collection electrostatic sensor according to claim 9 of the main patent, capable of selecting all the aerosols having a particle size smaller than a given threshold, characterized in that '' it includes, on the path of introduction of the gas phase containing the aerosols, an annular slit calibrated to achieve, for an appropriate extraction rate, the inertial separation of particles with a particle size below the threshold and the deposition of these particles on a collection disc.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la lecture qui suit d'exemples de mise en oeuvre des applications nouvelles précédentes du capteur électrostatique selon le brevet principal, description qui sera faite à titre surtout illustratif et non limitatif en se référant aux figures 1 à 4 sur lesquelles ::
- la figure 1 représente le principe schématique de réalisation d'un sélecteur de mobilité électrique de particules d'un aérosol conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un schéma permettant d'expliquer la dispersion des dépôts de particules sur la plaque collectrice d'un capteur électrostatique ;
- la figure 3 est un schéma simplifié d'une installation de réalisation d'un appareil d'obtention de dépôt surfacique étalon de particules sur un substrat ;
- la figure 4 montre un exemple schématique de mise en oeuvre d'un capteur électrostatique à collection totale conforme à l'invention.
Anyway, the invention will be better understood by referring to the following reading of examples of implementation of the previous new applications of the electrostatic sensor according to the main patent, description which will be given by way of illustration only and without limitation. referring to Figures 1 to 4 in which:
- Figure 1 shows the schematic principle of producing an electric mobility selector of aerosol particles according to the invention;
- Figure 2 is a diagram for explaining the dispersion of particle deposits on the collector plate of an electrostatic sensor;
- Figure 3 is a simplified diagram of an installation for producing an apparatus for obtaining a standard surface deposition of particles on a substrate;
- Figure 4 shows a schematic example of implementation of a total collection electrostatic sensor according to the invention.

EXEMPLE I
REALISATION D'UN SELECTEUR DE MOBILITE
Par sélecteur de mobilité ou analyseur différentiel de mobilité, on entend un appareil susceptible de trier les particules d'aérosols contenues dans une phase gazeuse déterminée en fonction de leur mobilité électrique, grandeur bien connue et dont la définition a été rappelée dans la demande de brevet principal. De tels appareils existent déjà dans l'industrie et sont utilisés soit pour produire des aérosols de mobilité électrique connue, soit même dans certains cas, des aérosols ayant un diamètre parfaitement déterminé et souvent désignés par les spécialistes sous la terminologie d'aérosols monodispersés (en terminologie anglo-saxonne "mono-dispersed").
EXAMPLE I
REALIZATION OF A MOBILITY SELECTOR
By mobility selector or differential mobility analyzer is meant an apparatus capable of sorting the aerosol particles contained in a gaseous phase determined as a function of their electric mobility, a size well known and the definition of which has been recalled in the patent application. main. Such devices already exist in the industry and are used either to produce aerosols of known electrical mobility, or even in certain cases, aerosols having a perfectly determined diameter and often designated by specialists under the terminology of monodispersed aerosols (in Anglo-Saxon terminology "mono-dispersed").

Dans les réalisations connues jusqu'à ce jour, les sélecteurs de mobilité électrique ont une symétrie cylindrique et les deux électrodes en présence sont constituées respectivement par deux cylindres métalliques conducteurs creux coaxiaux de diamètres différents. Le cylindre central est muni d'une fente circulaire dans laquelle sont aspirées les particules de mobilité électrique déterminée. Cette géométrie présente l'inconvenient de ne pas être suffisamment compacte pour certaines applications que l'on envisage. In the embodiments known to date, the electric mobility selectors have a cylindrical symmetry and the two electrodes present consist respectively of two hollow metallic coaxial conductive cylinders of different diameters. The central cylinder is provided with a circular slot into which particles of determined electrical mobility are sucked. This geometry has the disadvantage of not being sufficiently compact for certain applications that are envisaged.

En revanche, en réalisant un sélecteur de mobilité selon le modèle représenté schématiquement figure 1, dans lequel on retrouve le capteur électrostatique selon le brevet principal avec ses deux disques coaxiaux 16 et 18, et sa tubulure 8 d'extraction, on peut résoudre le problème de façon simple et élégante. On the other hand, by making a mobility selector according to the model shown diagrammatically in FIG. 1, in which there is the electrostatic sensor according to the main patent with its two coaxial discs 16 and 18, and its extraction pipe 8, one can solve the problem in a simple and elegant way.

En effet, sur la figure 1 on voit que les bords latéraux du capteur électrostatique précédent comportent deux ouvertures : une ouverture supérieure 70 par laquelle sont aspirés les aérosols à analyser et une ouverture inférieure 72 munie d'un filtre de propreté 74 par laquelle est injecté l'air de balayage extrait par la tubulure 8. Indeed, in Figure 1 we see that the side edges of the previous electrostatic sensor have two openings: an upper opening 70 through which the aerosols to be analyzed are sucked and a lower opening 72 provided with a cleanliness filter 74 through which is injected the sweeping air extracted through the tubing 8.

Conformément à l'invention, le disque conducteur inférieur 16 est muni d'une fente annulaire 76 centrée sur l'axe commun 78 des deux disques 16 et 18 et, on aspire par cette fente annulaire 76 les particules dont la trajectoire moyenne entre le point A et le point B est schématisée en pointillé par la ligne 80 sur la figure ; ces particules sont aspirées au travers de la fente 76 en raison du fait que leur lieu normal d'impact en l'absence de cette fente 76 aurait été le point B situé à la distance de l'axe 78 égal au rayon de la fente annulaire 76. According to the invention, the lower conductive disc 16 is provided with an annular slot 76 centered on the common axis 78 of the two discs 16 and 18 and, by this annular slot 76, the particles whose average trajectory between the point A and point B is shown diagrammatically in dotted line 80 on the figure; these particles are sucked through the slot 76 due to the fact that their normal place of impact in the absence of this slot 76 would have been the point B located at the distance from the axis 78 equal to the radius of the annular slot 76.

Pour réaliser cette aspiration, plusieurs moyens peuvent être utilisés sans sortir du cadre de l'invention ; notamment, et comme c'est le cas dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on peut utiliser un boîtier cylindrique 82 accolé sous le disque 18 et muni d'une tubulure 84 axiale par exemple, par laquelle on aspire un débit q très inférieur au débit d'extraction primaire Q soutiré par la canalisation 8. De cette façon, on recueille par la tubulure 84 toutes les particules d'aérosols qui ont traversé la fente annulaire 76 et qui ont par définition la même mobilité électrique.To achieve this aspiration, several means can be used without departing from the scope of the invention; in particular, and as is the case in the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to use a cylindrical box 82 attached to the disc 18 and provided with an axial pipe 84 for example, through which a flow q much lower than the primary extraction flow rate Q drawn off through the pipe 8. In this way, all the aerosol particles which have passed through the annular slot 76 and which by definition have the same electrical mobility are collected by the tubing 84.

Pour régler cette mobilité électrique à la valeur souhaitable cas par cas, on peut agir sur les deux paramètres que sont le débit Q d'une part et la différence de potentiel V appliquée conformément à l'invention entre les deux disques conducteurs coaxiaux 16 et 18. To adjust this electric mobility to the desirable value case by case, one can act on the two parameters which are the flow Q on the one hand and the potential difference V applied according to the invention between the two coaxial conductive discs 16 and 18 .

EXEMPLE II
APPAREIL D'OBTENTION D'UN DEPOT SURFACIQUE ETALON
L'exemple qui suit concerne une application du capteur électrostatique selon la revendication 1 du brevet principal à la réalisation d'un appareil d'obtention d'étalon de dépôt surfacique homogène de particules sur un substrat en forme de disque.
EXAMPLE II
APPARATUS FOR OBTAINING A STANDARD SURFACE DEPOSIT
The example which follows relates to an application of the electrostatic sensor according to claim 1 of the main patent to the production of an apparatus for obtaining a standard of homogeneous surface deposition of particles on a disc-shaped substrate.

Un certain nombre de développements industriels récents, et notamment la nécessité de réaliser dans de grands volumes de travail des atmosphères de haute pureté vis-à-vis de la contamination par des particules de poussières (salles blanches), rendent de plus en plus nécessaire l'étude des aérosols contenus dans l'atmosphère et par là-même la connaissance aussi exacte que possible du taux de contamination d'une atmosphère déterminée. A cet effet, il est utile de disposer d'étalons de surface, notamment de tranches de silicium (en terminologie anglo-saxonne "waters") "contaminées" qui sont des étalons en dimension ou en concentration des particules déposées sur un substrat. A number of recent industrial developments, and in particular the need to achieve high purity atmospheres in large work volumes against contamination by dust particles (clean rooms), make it increasingly necessary 'the study of aerosols contained in the atmosphere and thus the knowledge as exact as possible of the rate of contamination of a given atmosphere. For this purpose, it is useful to have surface standards, in particular silicon wafers (in English terminology "waters") "contaminated" which are standards in size or concentration of the particles deposited on a substrate.

On a ainsi déjà réalisé artificiellement des tranches de silicium "contaminées" à l'aide d'aérosols de microsphères de polystyrène en latex monodispersé qui permettent l'étalonnage en dimension de particules des appareils d'analyse de dépôt surfacique. Thus, “contaminated” silicon wafers have already been produced artificially using aerosols of polystyrene microspheres in monodispersed latex which allow the calibration in particle size of the surface deposition analysis apparatuses.

Les méthodes utilisées pour réaliser de tels dépôts sont actuellement mal connues et ne peuvent par conséquent être employées ou reproduites facilement. The methods used to make such deposits are currently poorly understood and therefore cannot be easily used or reproduced.

Dans d'autres réalisations, de même nature, on a réalisé des étalons en concentration de particules par gravure de points microscopiques sur un substrat, le nombre de ces points étant parfaitement déterminé et connu par procédé photolithographique. Il est évident que cette technique est délicate à mettre en oeuvre et qu'elle conduit à des étalons relativement coûteux. In other embodiments of the same nature, particle concentration standards have been produced by etching microscopic points on a substrate, the number of these points being perfectly determined and known by photolithographic process. It is obvious that this technique is delicate to implement and that it leads to relatively expensive standards.

La présente invention a pour objet un procédé qui permet de réaliser des contaminations surfaciques étalons, à la fois en dimension et en concentration tout en garantissant un dépôt particulièrement homogène. Elle peut de plus être appliquée pour déposer sur des substrats des particules de nature physico-chimique parfaitement maîtrisée pour les besoins de la recherche, notamment en microélectronique.  The present invention relates to a process which makes it possible to carry out standard surface contaminations, both in size and in concentration while guaranteeing a particularly homogeneous deposit. It can also be applied to deposit on substrates particles of a physico-chemical nature perfectly controlled for the needs of research, in particular in microelectronics.

La demanderesse a effectivement trouvé qu'il était possible d'appliquer le capteur électrostatique de particules d'aérosol objet de la demande de brevet principal pour obtenir un tel dépôt en constituant simplement l'un des deux disques conducteurs du capteur électrostatique par le substrat sur lequel on veut déposer la contamination étalon. The Applicant has actually found that it was possible to apply the electrostatic sensor of aerosol particles which is the subject of the main patent application to obtain such a deposit by simply constituting one of the two conductive discs of the electrostatic sensor by the substrate on which one wants to deposit the standard contamination.

En se référant à la figure 2 ci-jointe qui montre un capteur électrostatique selon le brevet principal, on va d'abord expliquer le principe physique qui est à la base de cette application. Referring to the attached FIG. 2 which shows an electrostatic sensor according to the main patent, we will first explain the physical principle which is the basis of this application.

Sur cette figure 2 on a représenté le capteur schématiquement par ses deux disques coaxiaux conducteurs 16 et 18 et sa tubulure 8 d'aspiration du débit d'extraction Q. L'entrée des particules d'aérosols que l'on veut déposer sur le disque inférieur 16 est située sur la surface du disque 18 et revêt la forme d'une fente annulaire d'injection 12 au travers de laquelle ces particules sont aspirées. Si le débit gazeux d'aspiration par la fente annulaire 12 est q, il est clair que le débit de gaz d'entraînement nécessaire à la périphérie ouverte des deux disques coaxiaux 16 et 18 est égal à Q-q.Si l'on appelle Z la mobilité électrique des particules, 2h la distance séparant les disques électrodes 16 et 18, rA la distance radiale de la fente annulaire 12 par rapport à l'axe du système et r le rayon d'impact d'une particule donnée, la théorie de l'appareil montre qu'à l'intérieur du capteur sur le disque 16, les particules d'aérosols se déposent sur une circonférence de rayon r défini par la formule suivante :

Figure img00080001

formule dans laquelle V est la différence de potentiel appliquée entre les électrodes coaxiales circulaires 16 et 18.Dans la formule précédente, si l'on considère que dans un cas particulier donné, les valeurs du débit Q de la tension V sont fixées, on voit donc que c'est uniquement en fonction de leur mobilité électrique Z que les différentes particules constituant l'aérosol pénétrant par la fente annulaire 12 dans le capteur se répartissent selon différents rayons à la surface de l'électrode circulaire 16.In this FIG. 2, the sensor is represented diagrammatically by its two coaxial conductive discs 16 and 18 and its tube 8 for suction of the extraction flow rate Q. The entry of aerosol particles which it is desired to deposit on the disc lower 16 is located on the surface of the disc 18 and takes the form of an annular injection slot 12 through which these particles are sucked. If the suction gas flow through the annular slot 12 is q, it is clear that the flow of driving gas required at the open periphery of the two coaxial discs 16 and 18 is equal to Qq. If Z is called electrical mobility of the particles, 2h the distance separating the electrode discs 16 and 18, rA the radial distance of the annular slot 12 relative to the axis of the system and r the impact radius of a given particle, the theory of l the device shows that inside the sensor on the disc 16, the aerosol particles are deposited on a circumference of radius r defined by the following formula:
Figure img00080001

formula in which V is the potential difference applied between the circular coaxial electrodes 16 and 18. In the previous formula, if we consider that in a given particular case, the values of the flow rate Q of the voltage V are fixed, we see therefore it is only as a function of their electrical mobility Z that the different particles constituting the aerosol penetrating through the annular slot 12 in the sensor are distributed according to different radii on the surface of the circular electrode 16.

Si l'on veut par conséquent déplacer le dépôt des particules du rayon r vers le rayon r+dr il n'y a que deux possibilités qui consistent soit à diminuer le débit d'aspiration Q soit à augmenter la tension
V. Comme expérimentalement cette seconde solution est de loin la plus facile et surtout la plus précise, c'est celle que l'on choisit dans le cadre de la présente invention. Par conséquent, c'est en effectuant un balayage de la tension et en la faisant passer de façon continue par diverses valeurs que l'on obtiendra une dispersion du dépôt des particules d'aérosols sur l'électrode circulaire 16 utilisée comme substrat du futur étalon surfacique. Mais bien entendu, cette tension V ne doit pas varier de façon quelconque en fonction du temps si l'on veut réaliser un étalon dont la concentration surfacique soit homogène, c'est-à-dire qui ait toujours en tous points le même nombre de particules par unité de surface.
If we therefore want to move the deposit of particles from radius r to radius r + dr there are only two possibilities which are either to decrease the suction rate Q or to increase the tension
V. As experimentally this second solution is by far the easiest and above all the most precise, it is that which one chooses within the framework of the present invention. Consequently, it is by scanning the voltage and passing it continuously through various values that a dispersion of the deposit of aerosol particles on the circular electrode 16 used as substrate of the future standard will be obtained. surface. But of course, this voltage V must not vary in any way as a function of time if one wishes to produce a standard whose surface concentration is homogeneous, that is to say which always has the same number of points at all points. particles per unit area.

Pour réaliser l'homogénéité d'un tel dépôt, la tension
V doit varier dans le temps selon une loi particulière que la demanderesse a déterminée et qui s'exprime par la formule suivante :

Figure img00090001

formule dans laquelle S est la densité surfacique que l'on veut obtenir sur l'électrode 16 de dépôt, t est le temps et N la concentration des particules dans le débit Q d'extraction lorsque V = 0.To achieve the homogeneity of such a deposit, the voltage
V must vary over time according to a particular law which the plaintiff has determined and which is expressed by the following formula:
Figure img00090001

formula in which S is the surface density that we want to obtain on the deposition electrode 16, t is the time and N the concentration of the particles in the extraction rate Q when V = 0.

Par ailleurs, le résultat précédent ne peut pas être obtenu à partir de n'importe quelle population de particules d'aérosols. En effet, trois grandeurs caractérisent les particules de tout aérosol, à savoir la mobilité électrique, la charge électrique et la dimension de chaque particule. Sans entrer dans le détail de la théorie, qui n'est d'ailleurs pas nécessaire à la compréhension et à la reproductibilité des moyens de l'invention, on indiquera tout de même que ces trois grandeurs sont liées entre elles par une relation qui s'écrit de la façon suivante :
Z = peC
3tb d équation dans laquelle Z est la mobilité électrique d'une particule, e la charge élémentaire, p le nombre de charges élémentaires d'une particule, C est un coefficient et d est le diamètre de chaque particule.
Furthermore, the above result cannot be obtained from any population of aerosol particles. In fact, three quantities characterize the particles of any aerosol, namely electrical mobility, electrical charge and the size of each particle. Without going into the details of the theory, which is moreover not necessary for the understanding and the reproducibility of the means of the invention, it will nevertheless be indicated that these three quantities are linked together by a relation which s 'writes as follows:
Z = peC
3tb d equation in which Z is the electric mobility of a particle, e the elementary charge, p the number of elementary charges of a particle, C is a coefficient and d is the diameter of each particle.

il en résulte par conséquent que l'égalité pour toutes les particules de deux au moins de ces trois grandeurs est suffisante pour qu'à partir de l'aérosol ainsi constitué, on obtienne, en appliquant la loi précédente de variation de la tension V en fonction du temps, un dépôt surfacique homogène.it therefore follows that equality for all the particles of at least two of these three magnitudes is sufficient so that, from the aerosol thus formed, one obtains, by applying the preceding law of variation of the voltage V in function of time, a homogeneous surface deposition.

En se référant à la figure 3, on va décrire maintenant le schéma de principe de l'application du capteur électrostatique de particules d'aérosols à la fabrication d'un étalon surfacique de concentration. Referring to Figure 3, we will now describe the block diagram of the application of the electrostatic sensor of aerosol particles to the manufacture of a surface concentration standard.

Sur cette figure 3, on a représenté le capteur électrostatique 87 selon le brevet principal muni de ses disques électrodes concentriques 16 et 18 et de sa fente annulaire 12 pour l'accès des aérosols à disperser à l'intérieur du capteur 87, l'ensemble étant situé dans une enceinte fermée 86 alimentée par la canalisation 88 à l'aide d'un flux gazeux contenant les particules d'aérosols. Le débit d'aspiration principal Q du capteur électrostatique 87 circule dans ce dernier et dans l'enceinte 86 grâce à une canalisation 90 ; il est injecté au travers d'un filtre 92 et rejeté à l'extérieur de l'enceinte 86 après avoir rempli sa fonction d'entraînement. In this Figure 3, there is shown the electrostatic sensor 87 according to the main patent provided with its concentric electrode discs 16 and 18 and its annular slot 12 for access of aerosols to be dispersed inside the sensor 87, all being located in a closed enclosure 86 supplied by line 88 using a gas flow containing the aerosol particles. The main suction flow Q of the electrostatic sensor 87 circulates in the latter and in the enclosure 86 by means of a pipe 90; it is injected through a filter 92 and rejected outside the enclosure 86 after having fulfilled its driving function.

Une canalisation 94 permet d'extraire et d'évacuer vers l'extérieur au travers du filtre 96, l'excès d'atmosphère éventuellement contenue dans l'enceinte 86. A pipe 94 makes it possible to extract and evacuate towards the outside through the filter 96, the excess atmosphere possibly contained in the enclosure 86.

Selon l'invention, les particules d'aérosol qui pénètrent dans l'enceinte 86 par la conduite 88 ont des caractéristiques prédéterminées et notamment la même valeur pour toutes les particules de deux sur trois des grandeurs que sont la mobilité électrique, la charge et la dimension. Dans un cas particulier, mais d'emploi fréquent, l'aérosol est réalisé à l'aide de billes de latex calibrées et l'homme de métier sait alors qu'il est facile, en faisant passer l'aérosol ainsi formé au travers d'un sélecteur différentiel de mobilité, d'obtenir une population de particules d'aérosols qui ont toutes à la fois la même charge électrique, la même dimension et la même mobilité électrique. Ce cas particulièrement facile à mettre en oeuvre permet notamment d'alimenter la conduite 88 à l'entrée de l'enceinte 86. According to the invention, the aerosol particles which penetrate into the enclosure 86 via the line 88 have predetermined characteristics and in particular the same value for all the particles of two out of three of the magnitudes that are the electric mobility, the charge and the dimension. In a particular case, but of frequent use, the aerosol is produced using calibrated latex beads and the skilled person knows then that it is easy, by passing the aerosol thus formed through '' a differential mobility selector, to obtain a population of aerosol particles which all have the same electrical charge, the same dimension and the same electrical mobility. This particularly easy-to-implement case makes it possible in particular to supply the pipe 88 at the entrance to the enclosure 86.

Quoi qu'il en soit, en respectant Les conditions de nature particulière de l'aérosol injecté et de variation de la différence de potentiel V entre les deux disques 16 et 18 en fonction du temps, on obtient sur l'électrode 16, utilisée comme substrat de dépôt, une contamination surfacique homogène ayant une valeur S (en nombre de particules par unité de surface) choisie à l'avance. Anyway, respecting the conditions of a particular nature of the aerosol injected and variation of the potential difference V between the two discs 16 and 18 as a function of time, we obtain on the electrode 16, used as deposition substrate, a homogeneous surface contamination having a value S (in number of particles per unit area) chosen in advance.

EXEMPLE III
CAPTEUR A SELECTION TOTALE DES PARTICULES DE
GRANULOMETRIE INFERIEURE A UN SEUIL DONNE
Cet exemple est relatif à l'application du capteur électrostatique selon la revendication 9 du brevet principal à la réalisation d'un appareil qui permet de capter tous les aérosols ayant une granulométrie inférieure à un seuil donné. Un tel appareil possède un grand nombre d'applications possibles, l'une des principales étant l'étude dans une atmosphère comportant des aérosols dispersés en granulométrie, de ceux qui sont normalement inhalés par les voies respiratoires de l'homme, puisque l'on admet généralement que les particules inspirables par l'homme et susceptibles de franchir le larynx sont celles qui ont une granulométrie inférieure à 10 micromètres.Cet appareil permet donc de collecter dans une atmosphère quelconque la totalité des poussières qu'un être humain, présent dans cette atmosphère, aurait inhalées.
EXAMPLE III
SENSOR WITH TOTAL SELECTION OF PARTICLES OF
GRANULOMETRY LESS THAN A THRESHOLD
This example relates to the application of the electrostatic sensor according to claim 9 of the main patent to the production of an apparatus which makes it possible to capture all the aerosols having a particle size below a given threshold. Such an apparatus has a large number of possible applications, one of the main ones being the study in an atmosphere comprising aerosols dispersed in particle size, of those which are normally inhaled by the human respiratory tract, since generally admits that the particles inspirable by man and likely to cross the larynx are those which have a particle size of less than 10 micrometers. This device therefore makes it possible to collect in any atmosphere all the dust that a human being, present in this atmosphere, would have inhaled.

L'appareil de sélection totale, objet de la présente application combine le principe de la sélection granulométrique par séparation inertielle avec un capteur électrostatique de collection totale tel qu'il a été défini et revendiqué en se référant à la figure 7 et à la revendication 9 du brevet principal. The total selection apparatus, object of the present application combines the principle of particle size selection by inertial separation with an electrostatic sensor of total collection as it has been defined and claimed with reference to FIG. 7 and to claim 9 of the main patent.

Sur la figure 4 qui montre schématiquement la réalisation du capteur à sélection totale, on reconnaît le capteur proprement dit tel qu'il était décrit sur la figure 7 du brevet principal avec ses électrodes 16 et 18 dont l'électrode 16 est un émetteur ionisant, sa grille équipotentielle 60 et sa tubulure centrale d'aspiration 8 par laquelle est évacué le débit Q2. Conformément à la présente invention, on a combiné avec cette structure une structure de sélection granulométrique par séparation inertielle qui se compose essentiellement, dans le courant gazeux pénétrant à la périphérie 12 de l'appareil sous un débit Q1+Q2 d'une fente annulaire 98 d'une largeur de l'ordre du millimètre par laquelle est aspiré dans l'espace compris entre les électrodes coaxiales 16 et 18 le débit d'atmosphère Q2.La fraction restante Q1 du débit d'entrée en 12 dans l'appareil qui ne pénètre pas dans le capteur électrostatique est évacuée directement par une autre tubulure centrale 100. In FIG. 4 which schematically shows the construction of the total selection sensor, the sensor proper can be recognized as it was described in FIG. 7 of the main patent with its electrodes 16 and 18 of which the electrode 16 is an ionizing emitter, its equipotential grid 60 and its central suction pipe 8 through which the flow Q2 is evacuated. In accordance with the present invention, this structure has been combined with a particle size selection structure by inertial separation which essentially consists, in the gas stream penetrating at the periphery 12 of the apparatus under a flow rate Q1 + Q2 of an annular slot 98 with a width of the order of a millimeter through which the flow of atmosphere Q2 is sucked into the space between the coaxial electrodes 16 and 18. The remaining fraction Q1 of the flow entering 12 into the apparatus which does not not enter the electrostatic sensor is discharged directly through another central tube 100.

Conformément à l'invention, la fente 98 en combinaison avec le débit d'aspiration Q2 qui la traverse constitue un séparateur inertiel de sélection granulomètrique et c'est par le choix convenable et selon des modalités connues de l'homme de métier que l'on réalise la coupure à une granulométrie voulue des particules d'aérosols pénétrant dans le capteur en choisissant la dimension de la fente annulaire et le débit Q2 qui la traverse. In accordance with the invention, the slot 98 in combination with the suction flow rate Q2 which passes through it constitutes an inertial separator for particle size selection and it is by suitable choice and according to methods known to those skilled in the art that the cutting is carried out at a desired particle size of the aerosol particles entering the sensor by choosing the size of the annular slot and the flow rate Q2 which passes through it.

Dans un exemple fréquent de mise en oeuvre de la présente application, on choisit précisément les dimensions de la fente annulaire 98 et la valeur du débit Q2 pour obtenir une coupure des particules au diamètre aérodynamique de 10 micromètres, ce qui réalise, par des moyens physiques, la sélection granulométrique qui aurait eu lieu dans le larynx d'un être humain. De cette façon, toutes les particules qu'aurait inhalées cet être humain pénètrent par la fente 98 et sont ensuite absorbées et fixées sur la plaque de collection 18 du capteur électrostatique à sélection totale dans le but d'une analyse ultérieure.  In a frequent example of implementation of the present application, the dimensions of the annular slot 98 and the value of the flow rate Q2 are precisely chosen to obtain a cut-off of particles with an aerodynamic diameter of 10 micrometers, which achieves, by physical means , the size selection which would have taken place in the larynx of a human being. In this way, all the particles which this human being would have inhaled penetrate through the slot 98 and are then absorbed and fixed on the collection plate 18 of the electrostatic sensor with total selection for the purpose of a subsequent analysis.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Application du capteur électrostatique selon la revendication 1 du brevet principal à la réalisation d'un sélecteur de mobilité électrique des particules d'un aérosol, caractérisée en ce que l'un au moins des deux disques conducteurs coaxiaux (16, 18) est muni d'une fente annulaire (76) centrée sur l'axe commun aux deux disques en liaison avec des moyens d'aspiration (84), au travers de cette fente, des particules qui se seraient normalement déposées sur le disque à l'endroit de cette fente si elle n' existait pas. 1. Application of the electrostatic sensor according to claim 1 of the main patent for the production of an electric mobility selector for aerosol particles, characterized in that at least one of the two coaxial conductive discs (16, 18) is provided with an annular slot (76) centered on the axis common to the two discs in connection with suction means (84), through this slot, particles which would normally have deposited on the disc at the location of this slot if it did not exist. 2. Application du capteur électrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'aspiration consistent en un boîtier cylindrique (82), accolé sous le disque (16), renfermant la fente (76), et muni d'une tubulure d'aspiration (84) pour permettre l'extraction sélective des particules ayant la mobilité électrique correspondant au rayon de la fente (76). 2. Application of the electrostatic sensor according to claim 1, characterized in that the suction means consist of a cylindrical housing (82), attached to the disc (16), containing the slot (76), and provided with a tube suction (84) to allow the selective extraction of particles having electric mobility corresponding to the radius of the slot (76). 3. Application du capteur électrostatique selon la revendication 1 du brevet principal à la réalisation d'un appareil d'obtention d'étalons de dépôts surfaciques homogènes de particules sur un substrat en forme de disque, caractérisée en ce qu'on alimente le capteur électrostatique dont le substrat constitue l'un des disques conducteurs, à l'aide d'un flux d'aérosol de particules ayant toutes en commun la même valeur pour deux sur trois des grandeurs que sont la mobilité électrique, la charge et la dimension, et en ce qu'on fait varier la différence de potentiel V entre les disques du capteur en fonction du temps pendant le dépôt selon la loi :: 3. Application of the electrostatic sensor according to claim 1 of the main patent to the production of an apparatus for obtaining standards of homogeneous surface deposits of particles on a disc-shaped substrate, characterized in that the electrostatic sensor is supplied the substrate of which constitutes one of the conductive disks, using a stream of aerosol of particles all having in common the same value for two out of three of the magnitudes of electrical mobility, charge and dimension, and in that the potential difference V between the sensor disks is varied as a function of time during deposition according to the law:
Figure img00150001
Figure img00150001
formule dans laquelle - h est la demi-distance entre les plaques ; - Z est la mobilité électrique commune aux  formula in which - h is the half distance between the plates; - Z is the electric mobility common to particules ; - rA est la distance du point d'injection de l'aérosol particles; - rA is the distance from the aerosol injection point par rapport à l'axe du capteur ; - Q est le débit d'extraction de la phase gazeuse relative to the axis of the sensor; - Q is the extraction rate of the gas phase hors du capteur ; - N est la concentration des particules dans le débit outside the sensor; - N is the concentration of particles in the flow d'extraction Q, lorsque V = 0 ; - S est la densité surfacique des particules que of extraction Q, when V = 0; - S is the surface density of the particles that l'on souhaite obtenir sur le disque de we want to get on the disc of collection ; - t est le temps. collection; - t is the time.
4. Application du capteur électrostatique à collection totale selon la revendication 9 du brevet principal à la réalisation d'un capteur à sélection totale de tous les aérosols ayant une granulométrie inférieure à un seuil donné, caractérisée en ce que ce capteur comporte sur le trajet d'introduction de la phase gazeuse contenant les aérosols une fente annulaire calibrée (98) pour réaliser, pour un débit d'extraction approprié la séparation inertielle des particules de granulométrie inférieure au seuil choisi.  4. Application of the total collection electrostatic sensor according to claim 9 of the main patent for the production of a sensor with total selection of all aerosols having a particle size less than a given threshold, characterized in that this sensor comprises on the path d introduction of the gaseous phase containing the aerosols a calibrated annular slot (98) to achieve, for an appropriate extraction rate, the inertial separation of the particles with a particle size below the chosen threshold.
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