RU2231771C1 - Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method - Google Patents
Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231771C1 RU2231771C1 RU2002127522/28A RU2002127522A RU2231771C1 RU 2231771 C1 RU2231771 C1 RU 2231771C1 RU 2002127522/28 A RU2002127522/28 A RU 2002127522/28A RU 2002127522 A RU2002127522 A RU 2002127522A RU 2231771 C1 RU2231771 C1 RU 2231771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aerosol
- measuring
- particles
- electrodes
- concentration
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области определения размеров частиц и их концентраций и может быть применено в различных отраслях науки, техники и медицины, например для измерения концентрации и фракционно-дисперсного состава (ФДС) аэрозолей, используемых в качестве воздушных лечебных дыхательных смесей.The invention relates to the field of determining particle sizes and their concentrations and can be used in various fields of science, technology and medicine, for example, for measuring the concentration and fractional dispersed composition (FDS) of aerosols used as air treatment respiratory mixtures.
Известен способ непрерывного измерения концентрации дисперсной фазы аэрозолей, основанный на зарядке частиц аэрозоля в поле коронного разряда переменного тока и последующем измерении ЭДС, индуцируемой ими на измерительный электрод [1].There is a method of continuous measurement of the concentration of the dispersed phase of aerosols, based on the charging of aerosol particles in the field of an alternating current corona discharge and the subsequent measurement of the emf induced by them on the measuring electrode [1].
При использовании этого способа измеренная ЭДС пропорциональна суммарной площади поверхности заряженных частиц аэрозоля, проходящих измерительный электрод. Но поскольку заряд частицы пропорционален квадрату ее поперечника, а объем частицы пропорционален кубу ее поперечника, то и точность измерения счетной концентрации аэрозолей, неоднородных по дисперсному составу составляющих их частиц, невелика.When using this method, the measured EMF is proportional to the total surface area of the charged aerosol particles passing the measuring electrode. But since the particle’s charge is proportional to the square of its diameter, and the particle’s volume is proportional to the cube of its diameter, the accuracy of measuring the calculated concentration of aerosols inhomogeneous in the dispersed composition of their constituent particles is small.
Недостаток способа состоит в низкой точности измерения концентрации аэрозоля с неизвестным ФДС.The disadvantage of this method is the low accuracy of measuring the concentration of aerosol with unknown FDS.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения массы дисперсной фазы аэрозоля [2], основанный на предварительном заряде частиц аэрозоля в поле униполярного коронного разряда, воздействии на поток униполярно-заряженного аэрозоля отклоняющего электрического поля конденсатора, направленного перпендикулярно потоку, вызывающего поперечное отклонение заряженного потока аэрозоля, и последующей регистрации и обработке заряда, наведенного потоком, на двух индукционных электродах, расположенных симметрично относительно оси зарядной камеры и разнесенных друг от друга в плоскости вектора электрического поля отклоняющего конденсатора. Каждый из электродов через свой зарядочувствительный усилитель связан с одним из двух входов схемы вычитания и с одним из двух входов схемы суммирования. Выходной сигнал схемы вычитания пропорционален величине отклонения заряженного потока в поле конденсатора, а выходной сигнал схемы суммирования характеризует величину отклоняемого заряда. Способ [2] позволяет несколько улучшить, по сравнению с предыдущим, точность измерения счетной концентрации аэрозолей с широким диапазоном изменения размеров частиц, однако не позволяет получить информацию о ФДС исследуемого аэрозоля.Closest to the technical nature of the present invention is a method of measuring the mass of the dispersed phase of an aerosol [2], based on the preliminary charge of the aerosol particles in the field of a unipolar corona discharge, the impact on the stream of a unipolar-charged aerosol of a deflecting electric field of a capacitor directed perpendicular to the flow, causing a transverse deviation a charged aerosol stream, and subsequent registration and processing of the charge induced by the stream at two induction electrodes, is located s symmetrically relative to the axis of the charging chamber and spaced from each other in the plane of the electric field vector of the deflecting capacitor. Each of the electrodes through its charge-sensitive amplifier is connected to one of the two inputs of the subtraction circuit and to one of the two inputs of the summation circuit. The output signal of the subtraction circuit is proportional to the deviation of the charged stream in the capacitor field, and the output signal of the summing circuit characterizes the magnitude of the deflected charge. Method [2] allows to slightly improve, compared with the previous one, the accuracy of measuring the calculated concentration of aerosols with a wide range of particle size changes, however, it does not allow to obtain information about the FDS of the studied aerosol.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности способа измерения счетной концентрации аэрозоля и одновременное измерение его ФДС.The aim of the invention is to improve the accuracy of the method of measuring the calculated concentration of the aerosol and at the same time measuring its FDS.
Поставленная цель достигается тем, что предварительно знакопеременно-заряженный в зарядной камере коронного разряда переменного тока поток частиц аэрозоля пропускается через область приложенного регулируемого внешнего постоянного магнитного поля, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно потоку аэрозоля, в которой происходит пространственная сепарация заряженных частиц по фракциям и по знаку заряда за счет силы Лоренца, причем, регулируя магнитную индукцию приложенного поля, можно обеспечить последовательное движение разных фракций исследуемого аэрозоля по одной и той же выбранной траектории. Частицы разного знака заряда, но одинакового ФДС движутся по траекториям, симметричным относительно оси ионизационной камеры в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции приложенного поля.This goal is achieved by the fact that a stream of aerosol particles preliminarily alternately charged in the charging chamber of an AC corona discharge is passed through an applied adjustable external constant magnetic field, the magnetic induction vector of which is directed perpendicular to the aerosol stream, in which the spatial separation of charged particles into fractions and along the sign of the charge due to the Lorentz force, moreover, by regulating the magnetic induction of the applied field, it is possible to ensure a consistent The motion of the different fractions of the test aerosol for the same chosen path. Particles of different signs of charge but of the same FDS move along trajectories symmetrical about the axis of the ionization chamber in a plane perpendicular to the magnetic induction vector of the applied field.
Разделение частиц по знаку позволяет использовать отдельные, симметрично расположенные относительно зарядной камеры, измерительные электроды для частиц, заряженных положительно и отрицательно, и при дифференциальной обработке (вычитании) ЭДС разного знака, наведенных ими на измерительные электроды, вдвое увеличить величину полезного сигнала при одновременном подавлении паразитных ЭДС одного знака, наводимых на измерительные электроды коронным разрядом.Separation of particles by sign allows the use of separate, symmetrically located relative to the charging chamber, measuring electrodes for particles charged positively and negatively, and by differential processing (subtraction) of the emf of different signs induced by them on the measuring electrodes, double the value of the useful signal while suppressing spurious EMF of the same sign induced on the measuring electrodes by corona discharge.
Таким образом, пространственная сепарация в магнитном поле заряженных частиц разных фракций обеспечивает последовательное измерение счетной концентрации частиц для каждой фракции, вычисление суммарной счетной концентрации по всем фракциям частиц, а также измерение с высокой точностью ФДС исследуемого аэрозоля.Thus, spatial separation in a magnetic field of charged particles of different fractions provides a sequential measurement of the counted concentration of particles for each fraction, calculation of the total counted concentration for all fractions of particles, as well as measurement with high accuracy of the photographic function of the studied aerosol.
На чертеже представлено устройство, принцип действия которого основан на предлагаемом способе.The drawing shows a device whose operating principle is based on the proposed method.
В диэлектрическом корпусе (на чертеже не показан) последовательно по ламинарному потоку аэрозоля установлены зарядная камера, состоящая из двух электродов: наружного 1, например, в виде полого металлического цилиндра и внутреннего (на чертеже не показан) в виде металлической иглы, расположенной по оси цилиндра. На электроды зарядной камеры подают знакопеременное импульсное напряжение от источника высокого напряжения (на чертеже не показан), обеспечивающее формирование в камере знакопеременного электростатического поля за счет коронного разряда.In the dielectric casing (not shown in the drawing), a charging chamber consisting of two electrodes is installed sequentially along the laminar flow of aerosol: the outer one, for example, in the form of a hollow metal cylinder and the inner one (not shown in the drawing) in the form of a metal needle located along the cylinder axis . An alternating pulse voltage from a high voltage source (not shown in the drawing) is supplied to the electrodes of the charging chamber, which ensures the formation of an alternating electrostatic field in the chamber due to corona discharge.
Зарядная камера обеспечивает заряд частиц аэрозоля, проходящих сечение камеры до насыщения. На выходе камеры в ламинарном потоке частиц аэрозоля, имеющего некоторый собственный фоновый заряд, формируется область цилиндрической формы, состоящая из перемещающихся вместе с потоком пакетов объемных зарядов с чередующимся знаком заряда.The charging chamber provides a charge of aerosol particles passing through the chamber section to saturation. At the chamber exit, in the laminar flow of aerosol particles having some intrinsic background charge, a cylindrical region is formed, consisting of space charge packets moving with the flow with an alternating charge sign.
Вслед за зарядной камерой на пути ламинарного потока аэрозоля располагают полюса 2 и 3 постоянного магнита таким образом, что вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно потоку аэрозоля. Заряженные частицы аэрозоля движутся перпендикулярно магнитным силовым линиям, при этом на них действует сила Лоренца в направлении, перпендикулярном вектору индукции магнитного поля и вектору скорости заряженных частиц. Траектория движения заряженной частицы в постоянном магнитном поле представляет собой окружность, радиус которой пропорционален отношению поперечника частицы к индукции магнитного поля и не зависит от скорости движения частицы. Заряженные частицы разных фракций, проходя полюса магнита, смещаются на различные углы от оси зарядной камеры при постоянной индукции магнитного поля.Following the charging chamber, poles 2 and 3 of the permanent magnet are arranged on the path of the laminar aerosol flow in such a way that the magnetic induction vector is directed perpendicular to the aerosol flow. Charged aerosol particles move perpendicular to the magnetic lines of force, with the Lorentz force acting in them in the direction perpendicular to the magnetic field induction vector and the charged particle velocity vector. The trajectory of a charged particle in a constant magnetic field is a circle whose radius is proportional to the ratio of the particle diameter to the magnetic field induction and does not depend on the particle velocity. Charged particles of different fractions passing the magnet poles are shifted to different angles from the axis of the charging chamber with constant induction of the magnetic field.
Далее, на пути потока аэрозоля, на одинаковом расстоянии, симметрично относительно оси зарядной камеры размещают первый 4 и второй 5 индукционные измерительные электроды в виде полых металлических экранированных цилиндров с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру наружного электрода 1 зарядной камеры.Next, on the path of the aerosol flow, at the same distance, symmetrically relative to the axis of the charging chamber, the first 4 and second 5 induction measuring electrodes are placed in the form of hollow metal shielded cylinders with an inner diameter equal to the inner diameter of the outer electrode 1 of the charging chamber.
Изменяя напряженность магнитного поля между полюсами 2 и 3 постоянного магнита, можно обеспечить прохождение через индукционные измерительные электроды 4 и 5 пакетов заряженных частиц выбранного размера (фракции), причем пакеты частиц, несущих заряд разного знака, но одинаковой величины, будут смещаться в противоположные стороны от оси зарядной камеры на равные углы и проходить каждый внутри своего электрода, наводя в нем ЭДС, пропорциональную суммарной площади поверхности частиц данного пакета (данной фракции). В промежутках между пакетами через измерительные электроды 4 и 5 проходит незаряженный в зарядной камере поток аэрозоля с некоторым собственным фоновым зарядом, наводящим на электродах 4 и 5 фоновую ЭДС.By changing the magnetic field between the poles 2 and 3 of the permanent magnet, it is possible to ensure through the induction measuring electrodes 4 and 5 packets of charged particles of a selected size (fraction), and packets of particles carrying a charge of a different sign, but of the same magnitude, will be shifted in opposite directions from the axis of the charging chamber at equal angles and each passing inside its electrode, inducing an emf in it, proportional to the total surface area of the particles of this packet (this fraction). In the intervals between the packets, an aerosol stream uncharged in the charging chamber passes through the measuring electrodes 4 and 5 with some own background charge, which induces a background emf on the electrodes 4 and 5.
Первый индукционный измерительный электрод 4 соединен с неинвертирующим входом вычитающего устройства 6, например инструментального усилителя, а второй электрод 5 - с инвертирующим его входом. Инструментальный усилитель 6 осуществляет операцию вычитания ЭДС, наведенных в измерительных электродах 4 и 5, при этом ЭДС, наведенные пакетами заряженных частиц (разными по знаку), складываются, а ЭДС, наводимые на электродах фоновым зарядом, вычитаются и подавляются инструментальным усилителем 6, как синфазная составляющая. Наводки от зарядной камеры на индукционные измерительные электроды 4 и 5 одинаковы (вследствие симметричности расположения электродов и одинакового расстояния каждого из них до зарядной камеры - источника наводок) и подавляются инструментальным усилителем 6, как синфазная составляющая.The first induction measuring electrode 4 is connected to a non-inverting input of a subtractor 6, for example, an instrumental amplifier, and the second electrode 5 is connected to its inverting input. The instrumental amplifier 6 performs the operation of subtracting the EMF induced in the measuring electrodes 4 and 5, while the EMF induced by the packets of charged particles (different in sign) are added, and the EMF induced by the background charge on the electrodes are subtracted and suppressed by the instrumental amplifier 6, as in-phase component. The leads from the charging chamber to the induction measuring electrodes 4 and 5 are the same (due to the symmetry of the location of the electrodes and the same distance of each of them to the charging chamber - the source of pickups) and are suppressed by the instrumental amplifier 6, as a common-mode component.
Измерения проводят при различных величинах напряженности магнитного поля, т.е. для различных фракций аэрозоля, и рассчитывают для каждой фракции счетную концентрацию частиц, а также интегральную счетную концентрацию аэрозоля как сумму счетных концентраций всех фракций и ФДС исследуемого аэрозоля.Measurements are carried out at various values of the magnetic field strength, i.e. for different fractions of the aerosol, and calculated for each fraction, the counted concentration of particles, as well as the integral counted concentration of the aerosol as the sum of the counted concentrations of all fractions and the FDS of the studied aerosol.
Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый метод, повышает точность измерения концентрации и обеспечивает получение информации о ФДС аэрозоля.Thus, a device that implements the proposed method improves the accuracy of measuring the concentration and provides information on the aerosol FDS.
Источники информацииSources of information
1. Устройство для непрерывного измерения запыленности газов по а.с. СССР №113558, кл. G 01 N 15/02, Высотский Д.И. и др., заявл. 23.10.56.1. Device for continuous measurement of gas dust by A. with. USSR No. 113558, class G 01 N 15/02, Vysotsky D.I. et al. 10.23.56.
2. Устройство для измерения массы дисперсной фазы аэрозоля по а.с. СССР №693165, кл. G 01 N 15/02, Напалков Е.Г., опубл. 25.10.79, бюл. №39 - прототип.2. Device for measuring the mass of the dispersed phase of the aerosol by AS USSR No. 693165, cl. G 01 N 15/02, Napalkov E.G., publ. 10/25/79, bull. No. 39 is a prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127522/28A RU2231771C1 (en) | 2002-10-14 | 2002-10-14 | Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127522/28A RU2231771C1 (en) | 2002-10-14 | 2002-10-14 | Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002127522A RU2002127522A (en) | 2004-04-20 |
RU2231771C1 true RU2231771C1 (en) | 2004-06-27 |
Family
ID=32846227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127522/28A RU2231771C1 (en) | 2002-10-14 | 2002-10-14 | Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2231771C1 (en) |
-
2002
- 2002-10-14 RU RU2002127522/28A patent/RU2231771C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3688010B2 (en) | Ion mobility spectrometer | |
JP5690963B2 (en) | Ultra-compact asymmetric field ion mobility filter and detection system | |
SU966583A1 (en) | Method of analysis of impurities in gases | |
JPS62192649A (en) | Method and device for detecting trace quantity of gas or steam in mixed gas | |
WO2016002647A1 (en) | Particle charging device and particle classification device using said charging device | |
CA2635995A1 (en) | Ion selection apparatus and method | |
Santos et al. | Performance evaluation of a high-resolution parallel-plate differential mobility analyzer | |
RU2231771C1 (en) | Method of measurement of concentration and fraction dispersed composition of aerosols and device for realization of this method | |
JP2016507127A (en) | Dual rotating electric field mass spectrometer | |
Syrovatka et al. | Charge and mass measurements of a dust particle in the linear quadrupole trap | |
US20110163753A1 (en) | Sensor system and method for detection of fluids with a certain material composition | |
RU2244289C2 (en) | Method of continuous measurement of concentration of dispersed phase of aerosol and device for realization of this method | |
JP3774770B2 (en) | Mass spectrometry and mass spectrometer | |
RU2002127522A (en) | METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION AND FRACTIONAL-DISPERSION COMPOSITION OF AEROSOLS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
Krupa et al. | A method for aerosol particle charge measurements | |
JP4942175B2 (en) | Fine particle measuring apparatus and measuring method for mass classification of fine particles using AC electric field | |
RU2314594C1 (en) | Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions | |
SU748192A1 (en) | Method of determining volumetric concentration of aerosol dispersed phase | |
KR100467314B1 (en) | Electromagnetic Flowmeter | |
SU1100538A1 (en) | Method of measuring average size of aerosol particles | |
Béquin et al. | Corona discharge velocimeter | |
SU575547A1 (en) | Method of continuously measuring the concentration of dispersed phase in aerosoles | |
SU693165A1 (en) | Device for measuring aerosol dispersed phase mass | |
SU545902A1 (en) | A method for measuring the dispersed composition of aerosols | |
SU301649A1 (en) | METHOD FOR DETERMINING THE PRODUCTION OF ION MOBILITY ON THE DENSITY OF VOLUME CHARGE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051015 |