SU1071947A1 - Анализатор подвижности аэрозольных частиц - Google Patents

Description

дЬм формировател  ламинарного потока аэрозол .

5. Анализатор по пп. 1 и 2, о т личающийс  тем, что каждый электрод формировател  ламинарного потока аэрозол  подключен к источнику напр жени  через аттенюатор, обеспечивающий потенциал Afi на каждом из электродов согласно соотношению

Ul

и Т

где и - потенциал, приложенный к потенциальному электроду.

6. Анализатор по пп. 1 и 3, о тличающийСЯ тем, что, каждый электрод формировател  ламинарного потока аэрозол  подключен к источнику напр жени  через аттенюатор, обеспечивающий потенциал Ot на каждом из электродов согласно соотношению

U ВиЛ

где г - радиус внутреннего потенцициального электрода.

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к средствам измерени  параметров аэрозолей и может быть использовано в различных област х науки и техники, например дл  исследовани  процессов Зар дки аэрозолей, измерении электрических характеристик атмосферного аэрозол , при определении дисперсного состава аэрозолей.

Известен анализатор подвижности аэрозольных-частиц, содержащий расположенный в газоходе конденсатор ;поперечного электрического пол , -состо щий из потенциального и заземленного электродов, а такжеколлектор зар женных частиц, св занный с измерительным блоком. В анализаторе подвижности поток аэрозол  проходит через все сечение конденсатора. В поперечном электрическом поле зар женные частицы отклон ютс  к одному из электродов. Хаотичное движение частиц в поперечном направлении исключаетс  при ламинарном характере потока, который в данном анализаторе обеспечиваетс  за счет ограничени  максимальной скорости потока и проходного сечени  конденсатора . При заданной скорости потока и напр женности электрического пол  на коллекторе осаждаютс  все частицы с подвижностью, большей некоторого предельного значени  К,,,уук.е а также определ юща  погрешность анализа часть частиц с подвижностью меньшей ,-что обусловлено различными координа ами частиц во входном сечении конденсатора. Измерительным блоком регистрируетс  часть частиц, увлекаемых из конденсатора потоком. После обработки результатов измерени  можно получить характеристику распределени  частиц по подвижности til.

Недостатком данного ансшизатора I вл етс  низка  точность, обусловленна  неопределенностью координаты оса сдени  частиц одинаковой подвиж5 ности вследствие их различного положени  во входной сечении конденсатора . Обработка результатов измерени  позвол ет уменьшить эту составл ющую погрешности анализа лишь при

0 заранее известном законе распределени . Кроме того, ограничени  на скорость потока и проходное сечение газохода определ ют малый объем анализируемой пробы и, как следствие,

с низкую точность анализа при малых концентраци х аэрозол .

Известен анализатор подвижности, содержащий расположенный в газоходе конденсатор поперечного электричес0 кого пол , состо щий из потенциального и заземленного электродов, в одном из которых выполнено щелевое отверстие, соединенное газоходом с измерительным блоком. На входе кон5 денсатора газоход разделен на две части, в одну из которых через аэрозольный фильтр подаетс  чистый газ, а в другую - исследуемый аэрозоль. Впуск аэрозол  в поток чистого газа

0 производитс  в узкой зоне, площадь которой составл ет несколько процентов от входного сечени  конденсатора , что позвол ет задать начальную координату частиц. Поток чистого

5 газа ламинаризуетс  аэрозольным фильтром, а в самом конденсаторе обеспечиваетс  за счет ограничени  скорости потока и проходного сечени  газохода. Аэрозольные частицы,

д двига сь с потоком в осевом направлении , осаждаютс  на электрод со щелевым отверстием на разных рассто ни х от входного сечени , определ в-, мых их подвижностью. В щелевое отверстие попадают частицы узкого диапазона подвижностей, ограниченного предельнЕлми при данной скорости потока и напр женности пол  значени ми Кт и Чадтицы отсасываютс  в измерительный- блок, выполненный в виде фотоэлектрического счетчика, где измер етс  их концентраци . По концентрации частиц при разных значе ни х напр женности пол  определ ют распределение аэрозольных частиц по подвижност м (.21. Недостатками такого анализатора  вл ютс  трудоемкость эксплуатации и невысока  точность вследствие необхо димости обдува струи аэрозол  чистым газом и сложности балансировки потоков аэрозол  и чистого газа, каналы которых имеют различное гидродинамическое сопротивление. При изменении скоростей подаваемого аэрозол  или газа по вл етс  погрешность анализа Дл  анализатора характерны дополнител ные погрешности, св занные с искажением потока и электрического пол над щелевым отверстием электрода. Указанные факторы ограничивают точность данного анализатора подвижности . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  анализатор подвижности аэрозольных частиц, содержащий расположенные в газоходе форми рователь ламинарного потока и конденсатор поперечного электрического пол , СОСТО5ПЦИЙ из потенциального . электрода, подключенного к источнику напр жени , и заземленного электрода , а также коллектор зар женных час тиц, св занный с измерительНЕлм блоком . В известном устройстве формирователь ламинарного потока аэрозол  представл ет собой ламинаризирующую решетку и аэрозольный фильтр, установленные последовательно по потоку аэрозол  перед входом в конденсатор Фильтр перекрывает большую часть сечени  газохода. При пропускании аэро зол  в неперекрытой фильтром части сечени  газохода формируетс  узка  стру  аэрозол  в потоке чистого газа . Начальные координаты частиц во входном сечении ограничены стенками аэрозольного фильтра. На участках коллектора зар женных частиц, расположенных вдоль направлени  потока, ;осаждаютс  частицы с близкими подвиж ност ми. Измер   измерительным блоком , выполненным в виде электрометра , зар ды частиц, накопленных на каждом участке колЯектора, определ ют распределение частиц по подвижност м С31. Источником значительной поггрешности анализатора  вл етс  изменение спектра подвижности анализируемых аэрозолей вследствие осаждени  частиц на стенки узких каналов формировател  ламинарного потока аэрозол . Осаждение вызвано броуновским движением частиц, силами электрического взаил действи , силой т жести. Поскольку на частицы разных подвижностей эти силы действуют неодинаково , при прохождении зар женных частиц через узкий канал измен етс  характер распределени . Необходимость сохранени  ламинарного потока по всей длине конденсатора ограничивает максимальную скорость потока. Это обусловливает малый объем анализируемой пробы при заданном времени накоплени  зар да на коллекторе и низкую точность анализа аэрозолей малых концентраций. Цель изобретени  - повышение точности анализа. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем расположенные в газоходе формирователь ламинарного потока аэрозол  и конденсатор поперечного электрического пол , состо щий из потенциального электрода, подключенного к источнику напр жени , и заземленного электрода, а также коллектор зар женных частиц, св занный с измерительным блоком, формирователь ламинарного потока аэрозол  выполнен в виде расположенных между потенциальным и заземленным электродами идентичных по форме и параллельных потенциальному электродов со щелевы-. ми отверсти ми, передн   и задн   кромки которых расположены в плоскост х , перпендикул рных направлению потока, а ширина одинакова и не превышает ширины щелевого отверсти , выполненного в заземленном электроде , под которым расположен коллектор зар женных частиц, причем рассто ние Цг от входного сечени  конденсатора до задней кромки каждого щелевого отверсти  электродов формировател  ламинарного потока аэрозол  задано уравнением i .0/ gCT t /hoK 0- €( t 1,... , - пор дковый номер электрода формировател  ламинарного потока аэрозол , отсчитываемый от потенциального; И. - рассто ние от входного Чзечени  до задней кромки щелевого отверсти  в заземленном электроде; К - рассто ние между потенциальным и заземленным электродами; .(.- рассто ние от потенциального электрода до i-ro; напр женность электрического пол  в конденсаторе на рассто нии X от потенциального электрода, Все электроды анализатора могут быть выполнены в виде плоских парал лельных пластин. , Все электроды анализатора могут быть выполнены также в виде коаксиальных цилиндров. На входе конденсатора поперечног электрического пол  может быть уста новлен аэрозольный фильтр, перекрывающий часть его входного сечени  между заземленным и ближайшим к потенциальному электродом формировател  ламинарного потока аэрозол . Каждый электрод формировател  ламинарного потока аэрозол , выполненный , в виде плоской пластины, может быть подключен к источнику напр жени через аттенюатор, обеспечивающий по тенциал Ui на каждом из электродов согласно соотношению где и - потенциал, приложенный к потенциальному электроду. Каждый э-лектрод формировател  ламинарного потока аэрозол , выполненный в виде цилиндра, может быть подключен к источнику напр жени  через аттенюатор, обеспечивающий поте циал Ui. на каждом из электродов согласно соотношению где г - радиус внутреннего потенциального электрода. Предлагаемый анализатор подвижности позвол ет повысить точность анализа распределени  аэрозольных частиц по подвижност м за счет формировани  ламинарного потока в самом конденсаторе поперечного электричес кого пол  с помощью набора параллель ных потоку электродов. При этом исключаютс  искажени  спектра подвижностей при больших скорост х потока в конденсаторе и объемах авализируе мой пробы. Система щелевых отверст в ламинаризирующих электродах, распо ложенных по траектории движени  частиц , обеспечивает накопление на кол лекторе зар женных частиц близких подвижностей и ограничивает разброс их входных координат. На фиг.1 показан анализатор под вижности, один из вариантов выцолне ни ; на фиг. 2 - то же, второй возможный вариант-выполнени . Анализатор подвижности содержит расположенный в газохйде 1 конденсатор поперечного потоку аэрозол  электрического пол , состо щий из потенциального электрода 2 и заземленного электрода 3. Потенциальный электрод 2 подключен к источнику 4 посто нного напр жени . Анализатор может быть установлен в потоке аэрозол  или дл  создани  потока служит воздуходувка 5, установленна  на выходе конденсатора. Формирователь ламинарного потока аэрозол  выполнен в виде набора из двух электродов 6 и 7, идентичных по форме и параллельных потенциальному электроду 2 и расположенных между электродами 2 и 3. При плоском потенциальном электроде 2 электроды 6 и 7 выполнены в виде металлических пластин (фиг. 1) , при потенциальном электроде 2 в виде цилиндра электроды б и 7 представл ют собой коаксиальные ему провод щие цилиндры (фиг. 2). Электроды б и 7 могут быть изолированными или подключатьс  к источнику 4 напр жени  через аттенюатор 8 Сфйг. 1), Аттенюатор 8 обеспечивйет потенциалы на каждом электроде б согласно соотношению (2) в случае плоских электродов или согласно соотношению (3) дл  цилиндрических электродов. В электродах 6 и 7 выполнены щелевые отверсти  одинаковой ширины, передн   и задн   кромки которых расположены в плоскост х, перпендикул рных направлению потока. Дл  плоских пластин форма щелевых отверстий пр моугольна , в цилиндрических электродах б и 7 щелевые отверсти  могут быть выполнены по кольцу или его части. Ширина щелевого отверсти  заземленного электрода 3 больше или равна ширине щелевых отверстий в электродах б и 7. Выражени , задающие положение задних кромок , щелевых отверстий в электродах б и 7, в частных случа х (фиг. 1 и 2) соответственно имеют вид 1t Из выражений (4), (5) следует, что задние кромки всех щелевых отверстий плоских электродов 3, б и 7 лежат на одной пр мой, а при цилиндрических электродах б и 7 расположены по параболе, Под щелевым отверстием заземленного электрода 3 установлен коллектор 9 зар женных частиц в виде плоской пластины (фиг. 1) ,или кольца, коаксиального электроду 3(.фиг. 2), Коллектор 9 св зан с измерительным блоком 10, например измерителем зар да или массы осажденных частиц. На входе конденсатора может быть установлен аэрозольный фильтр 11, например электростатический , перекрывающий часть входн го сечени  конденсатора между зазем ленным электродом 3 и ближайшим к .потенциальному электродом 6 (фиг,) Анализатор подвижности работает следующим образом. Поступающий в газоход 1 анализируемый аэрозоль прокачиваетс  возду ходувкой 5 через конденсатор, образова1|ный потенциальным электродом 2 и заземленным электродом 3. На потенциальный электрод 2 от источника 4напр жени  подаетс  посто нный потенциал. Количество электродов б формировател  ламинарного потока обеспечивает прохождение аэрозол  через конденсатор без перемешивани  слоев при заданном расходе. Попада  во входное сечение конденсатора, азрозольньте частицы движутс  вместе с потоком со средней по- сечению ско ростью V и одновременно смещаютс  вдоль силовых линий электрического пол  к заземленному электроду 3 со скоростью Vx СЕ(х , где - подви ность частицы. Уравнение траектории движени  частицы можно записать в следую1т,ем виде V rVx м-Х. Г /э - kC j €(- где U - рассто ние от частицы до входного сечени  конденсатора Уй - начсшьна  координата частиц во входном сечении. Уравнени  движени  частицы в поле плоского и цилиндрического конденсатора соответственно имеют вид .У Г f.. гч т к 20 Из выражений С4) , (5) и (7), С8) следует, что кромки щелевых отверстий электродов б и 7 при заданной скорости потока V и потенциале U , приложенном к потенциальному электр ду 2, лежат на тpaктoR и движени  частиц определенной подвижности К. . Параллельные кромки щелевых отверстий равной ширины в электродах 6 и 7 ограничивают сечение потока части этой подвижности на коллектор 9. Пр этом ограничиваетс  также часть вхо ного сечени , определ юща  область значений начальных координат Х , из которого могут попадать частицы на коллектор 9. Ширина спектра вьще л емого на коллекторе 9 диапазона подвижностей от кмии до KMAW определ етс  расположением и шириной щелевнх отверстий в электродах б и 7 ((jmr. 1). Из части входного сечени , прилежащей к заземленному электроду 3, могут проходить на коллектор 9 частицы малых подвижностей. Долю этих частиц можно учесть при анализе, уменьшить путем ограничени  входного сечени  этих частиц, например, за счет неравномерного шага набора электродов 6 и 7 (фиг. 2) или с помощью аэрозольного фильтра 11, перркрывающего часть входного сечени  между электродами 3 и б СФиг. 1). При этом аэрозольный фильтр 11 не вли ет на анализируемую часть потока аэрозол . При высоких концентраци х аэрозол  или при большом времени накоплени  зар да на коллекторе электрическое поле может искажатьс  вследствие накоплени  зар да на электродах 6 и 7. Дл  исключени  накоплени  зар да их можно подключить к источнику 4 напр жени  аттенюатор 8 сфиг. 1). Электрическое поле конденсатора не искажаетс  если потенциал приложенный к электродам формировател  ламинарного потока , задаетс  в соответствии с выражени ми С2) и (3), т.е. пропорционален рассто нию до заземленного электрода 3 Б плоском конденсаторе или определ етс  логарифмическим законом в цилиндрическом. Как следует из уравнений траектории движени  частиц (б) , (.7) и 1,8) при изменении скорости потока V или потенциала U, приложенного к электроду 2, на коллекторе 9 из того же сечени  регистрируютс  частицы другой подвижности . Измер   зар д или массу частиц на коллекторе 9 при каждом значении потенциала или скорости потока измерительным блоком 10, получают концентрацию частиц в каждом диапазоне подвижностей, т.е. функцию распределени  анализируемого аэрозол  по подвижност м , а при однозначной зависимости между размером частиц и подвижностью - дисперсный состав аэрозол . По сравнению с известным устройст .во позвол ет полностью устранить составл ющую погрешности анализа, св занную с осаждением частиц в узких каналах при формировании струи аэрозол  в потоке чистого газа. Ламинарность потока обеспечиваетс  в предлагаемом анализаторе при значи- . тельно больших расходах анализируемого газа за счет возможности увеличени  проходного сечени  и количества h электродов формировател  ламинарного потока, что позвол ет позы- . снть представительность пробы и точность анализа малых концентраций аэрозол . Так, например, дл  анализатора подвижности, выполненного с плоскими параллельными электродами, расположенными с равномерным шагом, условие ламинарности потока можно записать в следующем виде ftk.p//. , где - критерий Рейнольдса дл  предлагаемого устройства, 2300; Поток аэро 10 х у П

Фиг 1 расход, соответствующий критическому числу Рейнольдса без формировател  ламинарного потока; допустимый расход с формирователем; периметр сечени  газохода; ширина электродов. Из отношени  (9) следует, что расанализируемого аэрозол  можно личить за счет h на величину Р, лл

Claims (6)

1. АНАЛИЗАТОР ПОДВИЖНОСТИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащий расположенные в газоходе формирователь ламинарного потока аэрозоля и конденсатор поперечного электрического поля, состоящий из потенциального электрода, подключенного к источнику напряжения, и заземленного электрода, а также коллектор заряженных частиц, связанный с измерительным блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, формирователь ламинарного 'потока аэрозоля выполнен в виде рас положенных между потенциальным и заземленным электродами идентичных по форме и параллельных потенциальному электродов со щелевыми отверстиями, передняя и задняя кромки которых расположены в плоскостях, перпендикулярных направлению потока, а ширина одинакова и не превышает ширины щелевого отверстия, выполненного в заземленном электроде, под которым расположен коллектор заряженных частиц, причем расстояние 4t от входного сечения конденсатора до задней кромки каждого щелевого отверстия электродов формирователя ламинарного потока аэрозоля задано уравнением г

.где v = 1, ..., п — порядковый.номер электрода формирователя ламинарного потока аэрозоля, отсчитываемый от по- с тенциального; ® ¢- - расстояние от ^входного сечения до задней кромки щелевого отверстия в заземленном электроде;

η - расстояние между потенциальным и заземленным электродами;

Xi - расстояние от потенциального электрода до i-ro;

•Εΰχ) - напряженность электрического поля в конденсаторе на расстоянии х от потенциального электрода.

¹

2. Анализатор поп. 1, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде плоских параллельных пластин.

3. Анализатор поп. 1, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде коаксиальных цилиндров .

4. Анализатор по π. 1, о т '-л и ч ающийся тем, что на входе конденсатора поперечного электрического поля установлен аэрозольный фильтр, перекрывающий часть его входного сечения между заземленным и ближайшим к потенциальному электро-

SU-n, 1071947 дБм формирователя ламинарного потока аэрозоля.

5. Анализатор по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что каждый электрод формирователя ламинарного потока аэрозоля подключен к источнику напряжения через аттенюатор, обеспечивающий потенциал Μί на каждом из электродов согласно соотношению где U

- потенциал, приложенный к по· тенциальному* электроду.

6. Анализатор по пп. 1 и 3, о тличающийС'Я тем, что, каждый электрод формирователя ламинарного потока аэрозоля подключен к источнику напряжения через аттенюатор, обеспечивающий потенциал Gt на каждом из электродов согласно соотношению

U j где г - радиус внутреннего потенцициального электрода.