Способ измерения среднего размера частиц в аэрозолях

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЯХ путем зарядкИ частиц униполярными ионами в ударном режиме, измерения электрического тока и потока массы частиц и расчета по их отношению среднего размера частиц, отличающийся тем, что, с целью увеличения верхнего предела диапазона измерений среднего размера частиц и расширения области применения на высокоскоростных аэрозольных потоках, зарядку частиц ведут в плоском коронном разряде при скоростях частиц 50 м/с, а средний размер частиц определяют пр формуле: «JBoE 3 , a---.-j-( rCfee/u) где ст - радиус частиц; оэлектрическая постоянная, равная 8,8510 Ф/м; Е - напряженность электрическогЬ§ поля при зарядке частиц; - плотность материала частиц; },J - поток массы и электрический ток частиц; и - скорость частиц; 6 - йодвижность ионов; д О - модифицированные функции Бесселя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) (5Н G 01 N 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ФМ (.::

0,8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3641132/18-25 (22) 08.09.83 (46) 30.08.84. Бюл. 9 32 (72) Л.T.Черный и Н.Л.Васильева (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова (53) 548.137(088.8) (56) 1. Liu Y. Н. et а1; А Portable

Electrical Analyzer for Size Measurement of Submicron Aегоsols. — 3 ..

of the Air Pollution Control

Association, 1974, ч; 24, 9 11, 1067-1072..

2. Авторское свидетельство СССР

9 879405, кл. G 01 N 15/00, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО

РА3МЕРА ЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЯХ путем зарядки частиц униполярными ионами в ударном режиме, измерения электрического тока и потока массы частиц и расчета по их отношению среднего размера частиц, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что,.с целью увеличения верхне, ro предела диапазона измерений среднего размера частиц и расширения об- ласти применения на высокоскоростных аэрозольных потоках, зарядку частиц ведут:в плоском коронном разряде при скоростях частиц О ЬЕ = 50 м/с, а средний размер частиц определяют по формуле: с(= — - — к — }, WE V u р е

<(U). "), 3o ea/u) где a — - радиус частиц; г, — электрическая постоянная, равная 8,85 10 Ф/м; е - напряженность электрического Я поля при зарядке частиц; р — плотность материала частиц;

3,J - -поток массы и электрический . ток частиц;

U - скорость частиц;

- *одвижность ионову — модифицированные функции с 2

Бесселя.

11 11074

25 р о.)

) ВЕ ,< Cu.) Зш(ййтй (CD u(egu.

60

Изобретение относится к технике измерения среднего размера частиц в аэрозолях и может быть использовано в авиации и метеорологии для определения среднего размера аэрозольных частиц в облаках и осадках, а также в химической промышленности для анализа аэрозолей.

Известен способ измерения размеров частиц в аэрозолях путем зарядки частиц униполярными ионами и последующей сортировки частиц по размерам в электрическом поле Г12.

Наиболее близок к предлагаемому способ измерения среднего размера частиц в аэрозолях, основанный на зарядке частиц униполярными ионами в ударном режиме, измерении электрического тока и потока массы частиц с последующим расчетом по их отношению среднего размера частиц (2).

Недостатками известного способа измерения среднего размера частиц в аэрозолях являются низкий верхний предел диапазона измерений среднего размера частиц, составляющий не более 5. 10> нм по радиусу и невозможность применения его для измерений в высокоскоростных аэроэольных потоках при скоростях частиц 50 M/ñ.

Эти недостатки вызваны нарушением диффузионного режима зарядки частиц из-за влияния электрического поля и неучетом влияния скорости частиц на их заряд при определении размера частиц.

Цель изобретения — увеличение . 35 верхнего предела диапазона измерений среднего размера частиц в аэрозолях вплоть до 5 ° 104 нм по радиусу и расширение области применения на высокоскоростных аэрозольных потоках со 40 скоростями 50 — 200 м/с.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения среднего размера частиц в аэрозолях путем зарядки частиц униполярными 4 ионами в ударном режиме, измерения электрического тока и потока массы частиц и расчета по их отношению среднего размера частиц, зарядку час. тиц ведут в плоском коронном разряде при скоростях частиц "ц з6Е 50 м/с, а средний размер частиц определяют по Формуле: где а — радиус частиц; — электрическая постоянная равная 8,85 ° 10 Ф/м;

E - напряженность электрического поля при зарядке частиц; 65

2 ,Р— плотность материала частиц;

3,) — поток массы и электрический ток частиц; д, — скорость частиц;

6 — подвижность ионов; .7,,7, — модифицированные функции

Бесселя.

При расчете размера частиц учитывают влияние их скорости на заряд частиц при помощи зависимости а «вФ1

<(v,i) gq(ICE/u)

3(Ябан где а, — заряд частицы.

Вследствие исключения диффузионного режима зарядки частиц и учета влияния скорости частиц .на их заряд увеличивается верхний предел диапа- ( зона измерений среднего размера частиц в аэрозолях вплоть до 5 104 нм по радиусу и расширить область применения на диапазон скоростей 50

200 м/с.

На фиг. 1 изображена зависимость

К (О- /6Е-); на фиг. 2 †.схема устройства для реализации способа.

Способ осуществляют следующим образом. между электродами 1 и 2 при помощи системы коронирующих игл 3 и источника 4 высокого напряжения создают плоский коронный разряд с униполярными ионами и напряженностью электрического поля, направленной вдоль оси корпуса 5 и равной 300 кВ/м у электрода 2. Исследуемый аэрозоль про пускают в течение фиксированного времени через корпус 5, фильтр б и выходной патрубок 7. В области коронного разряда между электродами 1 и 2, частицы аэрозоля заряжают униполярными ионами. Величина заряда частиц с связана с их радиусом а и скоростью

4 зависимостью (2). Затем электрометром 8 измеряют электрический ток частиц аэрозоля J-, осаждающихся на фильтре б. При помощи аналитических весов определяют приращение массы фильтра б. Путем деления этого приращения на время осажцения частиц находят поток массы . Отношение потока массы частиц к их электрическому току зависит от радиуса частиц а ги а

a=u4=ueoEu

vn =ф а

Средний радиус частиц рассчитывают по отношению Д/,} при помощи вытекаю1111074

Фиг.2

ВНИИПИ Закаэ 6302/35 Тираж.822 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 щего из формулы (3) выражения для о . °

g 9Я е 5 ц, 4 ЬЕ

Пример 1. Аэрозоль, состоящий из частиц воды, взвешенных в воздухе, пропускают в течение 60 с через устройство. Напряженность электрического поля Е поддерживают равной 300 кВ/м, скорость частиц аэрозоля U = -50 м/с, плотность воды Э = 10 кг/м", > =

=0,98 ° 10 8 А, 3 = 6,28 10 кг/с, что соответствует значению среднего радиуса частиц а = 2 10 нм.

Пример 2. Аэрозоль, состоящий иэ взвешенных в воздухе частиц воды, пропускают,в течение 60 с через устройство. Напряженность электрического поля Е 300 кВ/м, скорость частиц аэрозоля 0 = 100 м/с, плотность воды — 10 кг/м, Э= 0,23 >10 A, 2О

15,7 10 кг/с, что соответствует значению среднего радиуса частиц о = 10 нм.

П р и м е. р 3. Монодисперсный аэрозоль, состоящий из взвешенных 25 в воздухе частиц хлористого натрия (NaCR) пропускают в течение 60 с через устройство. Напряженность электрического поля Е = 300 кВ/м, скорость частиц аэрозоля 0, = 200 м/с, плотность хлористого натрия 2,2 ° 10 кг/м, 0,07.10 A, I= 78,5 ° 10 xr/c, что соответствует значению среднего радиуса частиц а = 5 10 нм.

Изобретение позволяет простым образом без применения сложной прецизионной аппаратуры увеличить верхний предел диапазона измерений среднего размера частиц в аэрозолях до 5 10 нм по радиусу и расширить область применения на высокоскоростных аэрозольных потоках со скоростями 50-200 м/с.

В частности, по сравнению с прототипом верхние пределы диапазона измерений среднего размера частиц и скоростей исследуемых аэрозолей увеличены в 10 раз. Это оказывается возмож- ным во-первых, в результате проведения зарядки частиц в плоском. коронном разряде при скоростях частиц ц,) S E 50 м/с; во-вторых, благодаря учету влияния скорости частиц на их заряд при помощи зависимости (21, используемой при расчете размера частиц по отношению Э/3 = н/с

Использование изобретения позволяет увеличить эффективность борьбы с электризацией и обледенением, например, летательных аппаратов и новысить их надежность и безопасность полетов,