RU2763129C1 - Device for measuring the specific charge of aerosol particles - Google Patents

Abstract

FIELD: aerosols.

SUBSTANCE: invention is intended for measuring the specific charge of aerosol particles. The substance of the invention lies in the fact that the device for measuring the specific charge of aerosol particles contains a sampling unit and an electrostatic voltmeter, while the sampling unit consists of an external housing, grounded to exclude the influence on the measurement result of free ions and electrically charged particles deposited on the device, and the inner case, isolated from the outer case by fluoroplastic bushings, containing sequentially placed metal grids in contact with it, on which a filter-absorbent material is located to capture particles of both liquid and solid charged aerosol and determine their mass, while the charge of aerosol particles seeded on the filter-absorbent material is transferred by the meshes to the inner case, the potential of which is measured by electrostatic voltmeter.

EFFECT: ensuring the possibility of measuring the specific charge of both solid and liquid aerosol particles during their electric charging, including in the field of a corona discharge.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электрогазоочистке, химической промышленности и электронно-ионной технологии для измерения величины удельного заряда частиц аэрозоля.The invention relates to measuring equipment and can be used in electro-gas cleaning, chemical industry and electronic-ion technology for measuring the specific charge of aerosol particles.

Известна установка (Г.П. Самхарадзе, Ю.С. Монин, И.Ш. Кокая Методика измерения величины заряда полимерных порошков [Текст] // Лакокрасочные материалы и их применение, Издательство «Химия». - 1976. - №5), позволяющая проводить измерение заряда, приобретаемого частицами в псевдоожиженном слое, и состоящая из измерительной пластины, вставленной в диэлектрческий держатель, соединенная с помощью зажимных контактов экранированным кабелем через переключатель с электростатическим вольтметром.Known installation (G.P. Samkharadze, Y.S. Monin, I.Sh. Kokaya Methodology for measuring the magnitude of the charge of polymer powders [Text] // Paints and varnishes and their application, Publishing House "Chemistry". - 1976. - No. 5), allowing to measure the charge acquired by particles in a fluidized bed, and consisting of a measuring plate inserted into a dielectric holder, connected by clamping contacts with a shielded cable through a switch with an electrostatic voltmeter.

Недостатком данной установки является то, что при определении удельного заряда необходимо знать массу высевших на пластину частиц, которая определяется по разности массы чистой пластины и с высевшем на нее порошком. Жидкие же частицы при расположении измерительной пластины перпендикулярно потоку заряженных частиц будут стекать с нее. Кроме этого при внешней зарядке коронным разрядом помимо заряженных частиц, в потоке аэрозоля находятся и ионы, образующиеся при коронировании высоковольтных электродов. Это приводит к завышению измеряемой величины.The disadvantage of this installation is that when determining the specific charge, it is necessary to know the mass of the particles seeded on the plate, which is determined by the difference in the mass of the clean plate and with the powder sown on it. Liquid particles, when the measuring plate is located perpendicular to the flow of charged particles, will drain from it. In addition, in the case of external charging by a corona discharge, in addition to charged particles, the aerosol flow also contains ions formed during corona treatment of high-voltage electrodes. This leads to an overestimation of the measured value.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для измерения заряда частиц порошкового материала (авторское свидетельство на изобретение №1004902 от 15.03.1983 г.), содержащее рабочую камеру из диэлектрического материала, внутри которой установлены снабженные диэлектрическим покрытием электроды, узел отсоса пробы, соединенный с рабочей камерой, на противоположном конце которой размещен наконечник с отверстием для введения частиц исследуемого порошкового материала, при этом в рабочей камере за электродами по ходу движения частиц размещен диэлектрический вкладыш таким образом, что он делит эту часть камеры на два канала, на выходе из которых смонтированы измерительные электроды, связанные с регистрирующим прибором, измерительные электроды выполнены в виде установленных с зазором относительно стенок каналов металлических цилиндров, смонтированных с возможностью вращения вокруг своей оси и снабженных приводом, а узел отсоса снабжен щетками, контактирующими с поверхностью упомянутых цилиндров по всей их длине со стороны узла отсоса, при этом в каналах размещены датчики плотности потока частиц, соединенных с упомянутым регистрирующим прибором, например шлейфовым осциллографом.The closest to the proposed invention is a device for measuring the charge of particles of a powder material (inventor's certificate for invention No. 1004902 dated 03/15/1983), containing a working chamber made of dielectric material, inside which electrodes equipped with a dielectric coating are installed, a sample suction unit connected to the working chamber, at the opposite end of which there is a tip with an opening for introducing particles of the studied powder material, while a dielectric insert is placed in the working chamber behind the electrodes in the direction of movement of the particles in such a way that it divides this part of the chamber into two channels, at the exit of which measuring electrodes connected to the recording device, measuring electrodes are made in the form of metal cylinders installed with a gap relative to the channel walls, mounted with the possibility of rotation around their axis and equipped with a drive, and the suction unit is equipped with brushes in contact with the surface the said cylinders along their entire length from the side of the suction unit, while in the channels there are sensors of the particle flux density connected to the said recording device, for example, a loop oscilloscope.

Недостатком этого устройства является непригодность его для измерения удельного заряда жидких частиц из-за неминуемого их осаждения на высоковольтных электродах, вследствие чего до измерительных электродов дойдет не весь поток частиц, что внесет существенную погрешность в результат измерения.The disadvantage of this device is its unsuitability for measuring the specific charge of liquid particles due to their inevitable deposition on high-voltage electrodes, as a result of which not the entire flow of particles reaches the measuring electrodes, which will introduce a significant error in the measurement result.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности измерения удельного заряда как твердых, так и жидких аэрозольных частиц при их электрической зарядке, в том числе и в поле коронного разряда.The objective of the present invention is to provide the ability to measure the specific charge of both solid and liquid aerosol particles when electrically charged, including in the field of a corona discharge.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, содержащем узел отбора пробы и электростатический вольтметр, узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на измерение свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром. Накопленный заряд при этом будет равенThe problem is solved by the fact that in the proposed device for measuring the specific charge of aerosol particles containing a sampling unit and an electrostatic voltmeter, the sampling unit consists of an external housing, grounded to exclude the influence on the measurement of free ions and electrically charged particles deposited on the device, and an internal a casing isolated from the outer casing by fluoroplastic bushings, containing sequentially placed metal grids in contact with it, on which a filter-absorbent material is located to capture particles of both liquid and solid charged aerosols and determine their mass, while the charge of aerosol particles seeded on the filter-absorbent material, is transmitted by the grids to the inner case, the potential of which is measured with an electrostatic voltmeter. The accumulated charge in this case will be equal to

где С_п - емкость пробоотборника, Ф;where C _p is the capacity of the sampler, F;

С_в - емкость электростатического вольтметра, Ф;C _in - the capacity of the electrostatic voltmeter, F;

U - измеренный электростатическим вольтметром потенциал, В.U is the potential measured by an electrostatic voltmeter, V.

Фильтрсорбирующий материал подвергается количественному анализу для установления массы отобранного заряженного аэрозоля.The filter-absorbent material is quantitatively analyzed to establish the mass of the collected charged aerosol.

Определение удельного заряда производится в соответствии с формулойThe specific charge is determined in accordance with the formula

где m - масса отобранного электрозаряженного аэрозоля, г.where m is the mass of the selected electrically charged aerosol, g.

Сущность предлагаемого устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля заключается в размещении фильтрсорбирующего материала для улавливания как жидких, так и твердых частиц на металлических сетках во внутреннем корпусе узла отбора проб, служащих для передачи заряда частиц данному корпусу, потенциал которого измеряется соединенным с ним электростатическим вольтметром. Для исключения влияния свободных ионов, образующихся в поле коронного разряда, внутренний корпус расположен внутри заземленного внешнего корпуса, изолированный от него фторопластовыми втулками.The essence of the proposed device for measuring the specific charge of aerosol particles lies in the placement of a filter-absorbent material for capturing both liquid and solid particles on metal grids in the inner case of the sampling unit, which serve to transfer the particle charge to this case, the potential of which is measured by an electrostatic voltmeter connected to it. To exclude the influence of free ions formed in the corona discharge field, the inner case is located inside the grounded outer case, isolated from it by fluoroplastic bushings.

На фиг. 1 представлено устройство для изменения удельного заряда частиц аэрозоля, который содержит:FIG. 1 shows a device for changing the specific charge of aerosol particles, which contains:

1 - внешний корпус;1 - outer case;

2 - фторопластовая втулка;2 - fluoroplastic bushing;

3 - внутренний корпус;3 - inner case;

4 - фильтрсорбирующий материал;4 - filter-absorbing material;

5 - металлическая сетка;5 - metal mesh;

6 - штуцер;6 - fitting;

7 - зажимной винт.7 - clamping screw.

Принцип работы устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля заключается в следующем: устройство помещается в поток электрозаряженного аэрозоля, где на заземленном внешнем корпусе (1) выседают свободные ионы, исключая тем самым влияние на измерение удельного заряда, заряженные частицы аэрозоля при принудительном прососе через внутренний корпус (3), соединенный вакуумным шлангом через штуцер (6) с устройством аспирации, и изолированный от внешнего фторопластовыми втулками (2), проходя через металлические сетки (5), попадают на фильтрсорбирующий материал (4), передавая заряд частиц через металлические сетки (5) и внутренний корпус (3) через зажимной винт (7) электростатическому вольтметру.The principle of operation of the device for measuring the specific charge of aerosol particles is as follows: the device is placed in a stream of electrically charged aerosol, where free ions are deposited on the grounded outer casing (1), thereby eliminating the influence on the measurement of the specific charge, charged aerosol particles during forced suction through the inner casing (3), connected by a vacuum hose through the fitting (6) to the aspiration device, and isolated from the external one by fluoroplastic bushings (2), passing through the metal mesh (5), fall on the filter-absorbing material (4), transferring the particle charge through the metal mesh (5 ) and the inner case (3) through the clamping screw (7) of the electrostatic voltmeter.

С использованием предлагаемого устройства, схема которого приведена на фиг. 1, проведен ряд экспериментов по определению удельного заряда аэрозолей жидкой рецептуры на основе дибутилфталата, создаваемого пневматическим генератором и порошкообразного твердого антрацена, создаваемого термической возгонкой. Зарядка частиц осуществлялась в поле коронного разряда при подаваемом потенциале на коронирующий электрод 20 кВ. Отбор проб аэрозоля из потока на сорбирующий материал осуществлялся с помощью аспиратора марки М-822(А). Напряжение, создаваемое заряженными частицами на сетках и внутреннем корпусе устройства для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, фиксировалось электростатическим вольтметром С-511. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1.Using the proposed device, the diagram of which is shown in Fig. 1, a number of experiments were carried out to determine the specific charge of aerosols in a liquid formulation based on dibutyl phthalate generated by a pneumatic generator and powdered solid anthracene created by thermal sublimation. The particles were charged in a corona discharge field at a potential applied to the corona electrode of 20 kV. Aerosol samples were taken from the flow onto the sorbing material using an M-822 (A) aspirator. The voltage created by charged particles on the grids and the inner case of the device for measuring the specific charge of aerosol particles was recorded with an S-511 electrostatic voltmeter. The results of experimental studies are presented in table 1.

Анализ данных, представленных в таблице 1, показывает, что при проведении исследований, свободные ионы были полностью «отсечены» из зоны измерения, о чем указывают нулевые показания электростатического вольтметра. Разработанное пробоотборное устройство позволяет эффективно определять удельный заряд как жидкого, так и твердого аэрозоля.Analysis of the data presented in Table 1 shows that during the research, free ions were completely "cut off" from the measurement zone, as indicated by the zero readings of the electrostatic voltmeter. The developed sampling device makes it possible to effectively determine the specific charge of both liquid and solid aerosols.

Предполагаемый положительный эффект заявляемого изобретения заключается в обеспечении определения удельного заряда частиц как жидкого, так и твердого аэрозоля и исключении влияния на результат измерения свободных ионов.The alleged positive effect of the claimed invention is to ensure the determination of the specific charge of particles of both liquid and solid aerosols and to exclude the influence of free ions on the measurement result.

Claims (1)

Устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля, содержащее узел отбора пробы и электростатический вольтметр, отличающееся тем, что узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на результат измерения свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром.A device for measuring the specific charge of aerosol particles, containing a sampling unit and an electrostatic voltmeter, characterized in that the sampling unit consists of an external housing, grounded to exclude the influence of free ions and electrically charged particles deposited on the device on the measurement result, and an internal housing isolated from the outer casing by fluoroplastic bushings containing sequentially placed metal grids in contact with it, on which a filter-absorbent material is located to capture particles of both liquid and solid charged aerosol and determine their mass, while the charge of aerosol particles seeded on the filter-absorbent material is transferred by the nets to the internal enclosure, the potential of which is measured with an electrostatic voltmeter.

Images