Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01N15G01N21 -

Союз Советских

Социалистических

Респуб(тик (! ((879405 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 11,02.80 (21) 2881052! 18-25 (5) ) M. Кл. с присоединением заявки ¹

G 01 N 15/00//

G 01 N 2l/00

Гасударственный комнтет (23) Приоритет по дедам нзобретеннй

Опубликовано 07.11.81, Б(оллетень № 41 (53) УДК 543.275 (088,8) н открытнн

Дата опубликования описалня 07.11.81 (7 >) Анrорь н (обр! ((. ния

А.А.Кирщ и A.В.За! нитько (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕР1(!!1!Я СРI.J1IIE .ГО РАЗМЕРА

АЭРОЗОЛЬ!!! !Х ЧАС)ИЦ И УттРО1!Ство

ДЛЯ ЕГО ОСУ!!!ЕСТВД11IHEl

Изобретение относится к области анализа ьэроцисперсных систем, а именно, к опрелеленй(о срс;ц(I о размера арозольных частиц, и может бып использовано при решении задач охраны окружающей среды, при исследовании

5 ядер конденсации и субмикронных частиц, в медицине (ц((! контроля диспсрсности частиц в аэроэолетерапии, ддя анализа аэрозолей, предназначенных лля испытания фильтров.

Известны способы измерения размеров инли(о видуальных аэрозольных частиц путем их предварительной зарядки газовыми ионами и последую(пего измерения электрической подвижности частиц в электрическом поле (1). Как известно, доля заряженных частиц и их электрическая подвижность однозначно связаны с размером

15 частиц (2). Способы, основания(е на измерении электрической подвижности, черезвычайно сложны и трудоемки, требуют прецизионной аппаратуры.

Известен способ опреде((ения среднего размера частиц путем измерения тока переноса частиц, заряжаемых в результате захвата униполярных газовых ионов (3). По этому способу исследуемый аэрозоль пропускают через зарядное устройство в присутствии внешнего электрического по.(я с небольпгой напряженностью

E:, не бо:(ее 50 В/см, не искажающего лиффузионш,(й режим зарядки частиц. Далее поток заряженных частиц пропускают через электрический конденсатор, в котором частицы осаждаются. Доля осаждаемых частиц Х, зависит от их подвижности В, скорости газового потока и приложенной разности потенциалов U межлу обкладками конденсатора. О величине доли осевших частиц Х судят по изменению тока переноса частиц Jn,ïðoøåäøèõ через конденсатор и уловленных на фильтре, соединенном с злектрометром. Ilo измеренной зависимости 1„от

U при постоянной известной скорости газового потока находят зависимость Х от U и далее с помо(цьн! теоретических формул или по калиброВо (ío((кривой расс !и Гыв;(ют подвижт(ость частиц В и, соответственно, размер частиц.

Да(шый способ яв.(яе ся по технической сущности наиболее б.(изким к изобретени(о. Указанный способ осу(цсств. (янп с помощью устройства для и:(ь(ерения средне! о !х! (мера аэрозоль879405

50 ных частиц, содержащего корпус, газовый фильтр, источник униполярных ионов, патрубок для подачи и вывода исследуемых частиц и воздуха, параллельные электродь|, один из которых заземлен, а другой подключен к источнику напряжения, фильтр с проводящими волокнами, соединенный с злсктраметром.

Недостатком этого способа измерения размера частиц является низкий верхний предел измерения размеров частиц, составляющий не более 5.10 нм по радиусу, а также необходимость использования электрического конденсатора, на обкладки которого пода|от очень высокую pa:зность потенциалов, свыше 10 кв, в рсзу льтатс чсга при oca>t<, Icí?Iè твсрдых частиц на обкладках конденсатора возникает коронHbIH РазРЯП, KoTQP!, Явлнстсл IIPHчиной Iloгре|цнасти измерения размера частиц.

Целью настоящего изобретения является расширение верхнего диапазона размеров 20 измеряемых аэрозолы|ых частиц вплоть ца

5 10 и!.! iio радиусу, Цель достигается путем измерения атпон!С|шя токов переноса частиц, заряжаемых поочередно врежиме,днффузио|шой и ударной зарядки при постоянном параметре зарядки Ct, определяемом как произведение ионной про!зодиМосТН газ| C Ha время з«|ря>зки частиц t B зарядном 3>с грайствс.

Отл!Пчитсльными признаками способа является тО> что размер частиц опредсля|от Й отноц>ения ток013 1!сренаса частиц, заряжен!и>!х в диффузионном и ударном режимах зарядки. а также то, чта величины токов переноса гасTHH H3">fefpff!oT 1IpH <1)иксированнаы па1>аметр

35 зарядки частиц Ct.

Величина заряда, приобретаемого частицей в результате различнаго механизма захвата ионов в режиме ударной и диффузионной зарядки, имеет разлнчнуfo функцианальну|о зависимость

40 от рациуса частицы, что позволяет при фнксированных знагчсниях параметра зарядки Ct связать радиус частицы с отношением зарядов частицы,a в случае потока частиц сьязать средний pafglyc частиц с отношением токов переноса частиц, заряжаемыx. в разных режимах зарядки. Далее, определив размер частиц по измеренному значению 3<3, B или Д у и, па соответствующим формулам можно Определить концентрацию аэрозоля.

Существо способа заключается в том, что исследуемый аэрозоль пропускают через зарядное устройство, в котором частицы заряжают униполярными ионами в присутствии внешнего электрического поля, сначала с небольшой !Iaпряженностью Е, что соответствует диффузионному механизму зарядки, а затем при Ея3 кв/0M, т.е. в режиме ударной зарядки, после чего поток аэрозоля пропускают через фильтр, в котором в результате осаждения заряженных частиц воз>п|кает ток переноса, измеряемый электромеfpoM. По величине отношения токов переноса частиц, заряжен!и!х в режиме ударной I< t-t и диффузионной зарядки ig по-известным теоретическим формулам или с помо|Пью калибровочной кривой рассчитывают радиус -истиц. Измсреш<е и расчет черезвычайно упрощается, cciIH зарядку по этим двум механизмам захвата ионов ведут при фиксированном параметре зарядки Ct.

Изобрсте>шый способ мажет быть осу<цествлсн устройством, отли«!а|ощимся от известного тсм, что га30>зьlй < )ильтр Срмети !Ho oxBaTblBBcT натрубок JI;.я иола ш частиц, а нижний торец патруока расположен по центру между электродами и выступает над плоскостью raaoaolo

<)) ил»тр<1.

На чертеже cxcMaò!I <сски изображено нрс>ц|агаемое устройство.

ОНо с0Нср>КНТ прямоуг0:|ьный K01)tf»c 1, Ъ11нолнс>шьш из иэоляннонногo ма)ериала. В цснтр;HH>Ho!I части корпуса p ac i i o. И)же н>>! Па1тал.|сльныс злектроды 2 и 3. K сезонному э:1ект)оду

2 с наружной стороны присос IHiicH исfo шик II!!1!Of!B )IH>!Х ИОНОВ -> f» <а«1>С>"TBC КОТОРО> а

1>спользуют прямоугол >шяй короб 5, цыпа:|пенный пэ изоляционно|о ма-.ср Ia>la, в и НТрс

I.olopol а устанав>>ен караниру101ций JIcKTpoo, 6> сосдине|шый с исто нгикам высокого напр>|жеtf if>I 7. Б верхней IacTH кор уса установлены два

:Ia t py6t(a; iIaTp 1>бок 8 вдо:1!.> Оси - им!>tet p|!и каHaJf;! J...l1! Под -,И 1«стиц !J fta)oубок 9.:>аспалажснньш пер:|сндикулярно патрубку 8 >в|я |ода ги воздуха. Воздух наступает п центральную часть корпуса через фильтр 10, который герметично охватывает натрубак 8, расположен пер11СНДИКУ>11<РНО CM>>«>> И СЛУЖИТ ДЛЯ 0 ШСТКИ БОЗДУХа и выравнивания профиля cKopocfè фильтраванf0- 0 воздуха. Нижний торец натруака 8 B1>1сттпает над плоскостью поверхности фильтра 10 на 1.2 диаметра патрубка. В ш>я<ней части корпуса уcTa lioB !ñí фил!> Тр 1 ) с |1ровадя шими ПОJI0KHa!>f13> сос iliHCI!Itt tt c э> BI>.TpoMel>io> f 1., H выходной пстц)у>гэок 3. Злект1)од 2 Быlкл!нсн из сетки и заземлен, а электрод 3 соединен с

>-снераторам электрических импульсов переменной полярности 14. Велич!гну электрической проводимости >з мсждуэлектродном прастрансТВе канала поддсрживгпот постоянной путем изменения така ионов в 4.

OTJIH«tltтельнь!е особенности предлагаемого устройс|э|а состоят в сгедуюшем.

Устройство снабжено дапол:-штсльным фильтром 10, который служит для <рильтрации воздуха, выравнивания профиля скорости фильтроваш|аго воздуха и герметично охватывает патрубок 8, который расположен вдоль оси симметрии электродов 2, 3, пр.:!чем ш<жннй то9405

3S рец патрубка выступает над плоскостыа фильтра на 1-2 диаметра патрубка. Таким образом, поток исследуемых частиц между электродами обдувают соосно фильтрованным воздухом, что позволяет устра))ить потери заряженных частиц. Это обстоятельство особенно важно г при зарядке частиц с радиусом r15 10 нм в присутстшп! сильного электрического поля, и именно благодаря обдуву удается расш«рить диапазон измере)птя частиц до г < 5 10 нм.

Для осуществления мгновенного измерения дисперсности аэрозоля с быстро меняющимися параметрами измерение размера осуществляют путем деления исследуемого потока аэрозоля на дв равшяе части, которые пропускают через два идентичных пзмер«тельных устройств, а в одном из которых измеряют ток переноса частиц, 3ap?i&eнных В д))(1)фуз))онпом 1>сжимс зарядки, а в другом - в ударном. В обоих устройствах г)олдсржива)от ошнаковый параметр зарядки, Пример 1. Поток монод«сперсных частиц диэтилгекс«лсебацината пропускают через зону зарядки зарядного устройства, величину ионной проводимости, в которой подчержи4 вают равной C=2,06 10 (оь!.ы) . Время пребывания часп)ц в зарядном устройстве t=0,5 с. TOK переноса част«ц 7, --аря>кенных в диффузионном режиме зарядки при Е=0,005 кВ/см, равен 8 10 "A. Ток переноса частиц7у „, заря>хснпых в ударном режиме зарядки пр«В=3,21 кБ/см, равен ,)л

9,2-10 Л. Отпоше)п)с токов переноса

/ l> = 1,15, по соответствует среднему радиусу частиц 55 нм. Скорость аэрозольного газового потока часп)ц О= 10 сы c.

Соответственно, конце))трация частиц N=

1,39 10 част«ц/ем .

Пример 2. Поток монодисперсных частиц дибутилфталата пропускают через зону зарядки зарядного устройства, в т)33п)ну «Оннс)! проводимости в которой поддерживают равной

С= 2,06.10 0 (ом.м) !. Время пребывания частиц в зарядном ус);; о icTae !=05 ". Ток псреН0сВ части)ц ; n 333>яжс))ных В 333)сэ)1)У3«овном

Ъ режиме зарядк«прп E=O 005 кВ/см, равен

10 " A. TOI« i!epevoca частиц 7,, заряженных в ударном режиме зарядки I!p!I Е==,21 кВ/см, ) равен 6 10 A. «Тношение токов переноса частиц 33 /Э,7,,„=. 6, что соответствует среднему радиусу )ест)щ 10- нм. Ско ?, рость газового потока частиц Q=10 см "/с. Соответственно, ко)щснтрация частиц К=8,85 °

10 частиц/см +.

lI р и м е р 3. Поток монодиспсрсных частиц дибутилфталата пропуска)от через зону

çарядки зарядного устройства, вет)ич)3ну ионной

6 проводимости в которой поддерживают ðaâной С= 2,06 10 1 (ом.M) . Бремя пребыва?птя частиц в зарядном устройстве t=0,5 с.

Ток переноса частиц Зд ), заряжс)пгых в днффу3«0)I)iosi режиме зарядк«прп E=0,005 кВ/см,,)1 равен 10 A. Ток переноса частиц J заряжен))ых г. ударном рсж«ме Зарядки.при .!Д

Е=3,21 к В/см, равен 2,2 . 10 Л, Отношение токов переноса, / ) „= 22, что соответ-!

О ствуст среднему радиусу частиц 5 10 нм. Скорость газового потока част)щ Q= 10 см /с.

Соответственно, концентрация частиц N=1,42

° 1О част)щ/см .

С)7 0 р ь! у: а «з о б р е т е н и я

1. Способ «змсрсн«я средне)0 размера аэро30?)ы)ь)х чacTI!!! пу тем их предварительной Зарядки ун)3«ОЛЯ)7«ь)м«газовь!ми ионами, О т л и ч а io )ц и Й с я тсм, чтО, с целью увеличен«я верх),с!.О и; спела «змсрсн«я размеров частиц, прн фикс«Во â€”.-.B)3«oì параметре зарядки, ОЛ17сдслясмом KBK и;70333)зсдсн)ге иОннОЙ п170водимост«г.за на время За ?)пк)3, измеряют велипну тока, перенос))х)огс част«цамн заряженным«поо ie17c! Ii!0 в р . >х)Г с диффузионной и ударной за,",ядки, и па атно Ie 3IIKI этих токов судят о размерах с>:,-it.

- cTpoi!Ство д, )я ОС7)I)eci)IT!eii:)я спосооа по и. 1, содсржап ес корпус,. аэовый фильтр, ! сто ипи. у ГНО.)я17«ь)х 3)ОПОВ, 1)BTp!бк)! Дпя пода в! и вывода Iicc. eä e>iû>i ." Стиц .". Возд, ха>

«а 7BTijIc!«:)..ie элск.гро,;i:; о цн ;33 " ."Top):Iõ зазсмлсн, а д1)угой подкличсн к источи))к HBп1>яжсния, фильт)> с ?3р )co!öÿö)3)м!. Волок«ах«3, сосдш)енныЙ с 3«СКТро> ст»))ом, 0 л 3! i a a30

)ц с е с я тем, что газовый фильтр гсристнчiI0 ОхватыВаст !IBTpубо)с для подачи част)щ> а )п3ж)33)й -.opei!, «атрубка pacIIÎ: î>«e«по центру !

- -ектэол.",::i -7),)ст73-,)а!=T !C).вЂ” 7 ))чос! Остью вЂ”.зового фильтра.

1. 0>укс 1!.А,, Пс)рянов И.В. Определение размеров )! 3;)ряда частиц ri .суманах.- :Курна»! ф,)зичсской х)!х;3)н . j. 1У, ):ь:)),5, С.567-572.

Liu B.Y,)",-). Р, D.Y.Í. Equi! r!u: Вро д (!

lai Charqe D:wribution of Clегоsols 1оог,al

of! Collaid ana In erfare Science", 7! 49, 11О 2, 1974, р.р. 305-311.

3. )?)))3! Ьу К.T., Liu В.Y.Н., Ри! D, Y.Н., А

portable Electrical >nalYzcI far Size l!ieasure

n;ent of Submicron Ac osals "!Ourtia! Of Фв

Air Polla,ion Control Association, 24, !7" 11, 1974, р. 1067-107 (и:)ототип).

879405

Составитель В.Алексеев