SU922590A1 - Aerosol spectrometer - Google Patents

Description

(54) СПЕКТРОМЕТР АЭРОЗОЛЯ(54) SPECTROMETER OF AEROSOL

Изобретение относитсй к средст- вам исследовани  физических свойств веществ в части измерени  дисперсного состава частиц аэрозол  и может быть использовано дл  анализа спектра размеров промьлшленных выбросов и технологических пылей в диапазоне 1100 мкм.The invention relates to a means of studying the physical properties of substances in terms of measuring the dispersed composition of aerosol particles and can be used to analyze the size spectrum of industrial emissions and process dust in the 1100 micron range.

Известен спектрометр аэрозол , содержащий каскад ступеней инерционного осаждени , в котором осаждаютс  частицы нескольких фракций, причем фракционна  концентраци  определ етс  взвешиванием 1.A known aerosol spectrometer containing a cascade of inertial deposition steps in which particles of several fractions are deposited, the fractional concentration being determined by weighing 1.

Недостатками этого спектрометра  вл ютс  низка  чувствительность при разделений частиц на фракции,что обус ловлено недостаточной резкостью границ разделени  ступеней инерционного осаждени , и ограниченным конструктивно числом фракцией (до 7-10).The disadvantages of this spectrometer are low sensitivity in the separation of particles into fractions, which is caused by the lack of sharpness of the separation boundaries of the inertial deposition steps, and the number of fractions limited by the design (up to 7-10).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  электромеханичеркий анализатор дисперсности аэрозол , содержащий источник питани , регистратор тока, ступениинерцион - ного осаждени  с электростатическими ловушками, образованными парами электродов , снабженньх по периметру отверстий выступами и соединенных с источником питани  и регистратором тока 2.The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is an electromechanical dispersion analyzer aerosol containing a power source, a current recorder, inertial deposition steps with electrostatic traps formed by pairs of electrodes, protruding around the perimeter of the holes and connected to the power source and current recorder 2 .

5 Однако спектрометр обладает низкой чувствительностью по. разделению частиц на фракции, котора  пропорциональна квадрату размера частиц, и ограниченным верхним пределом изме 0 рени  (не более 10 мкм) .5 However, the spectrometer has a low sensitivity. the separation of particles into fractions, which is proportional to the square of the particle size, and the limited upper limit of the measurement of rhenium (not more than 10 microns).

Цель изобретени  - повышение чувствительности , точности и расширение верхнего предела измерени  спектра размеров.The purpose of the invention is to increase the sensitivity, accuracy and expansion of the upper limit of measurement of the size spectrum.

1515

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном спектрометре аэрозол , содержащем источник питани , регистратор тока и образованную двум  электродами ступень инерционного The goal is achieved by the fact that in a known aerosol spectrometer containing a power source, a current recorder and an inertial stage formed by two electrodes

20 осаждени  с электростатической ловушкой , в одном из электродов выполнена коническа  полость с углом 150-170 и отверстием в вершине, а во втором электроде по периметру об25 ращенного к нему основани  конуса расположены сопла, причем первый электрод соединен с источником питани , а второй - с регистратором тока.20 deposition with an electrostatic trap, in one of the electrodes there is a conical cavity with an angle of 150-170 and a hole in the apex, and in the second electrode nozzles are located along the perimeter of the base of the cone adjacent to it, the first electrode is connected to the power source. current recorder.

На чертеже схематически показан 30 сепаратор аэрозол . Электроды 1 и 2, соединенные с источником 3 питани  и регистраторо 4 тока образуют электростатическую ловушку дл  колеблющихс  между ними чаатиц из-за наличи  выступов 5 по периметру электродов. В электроде 1 выполнена коническа  полость с углом 150-170° и отверстием б в вердине. По периметру, основани  конической полости, обращенного к эле троду 1, в электроде 2 расположены сопла 7, а на электроде 1 поверхности 8 инерционного осаждени . Данна  конструкци  электродов та кова, что междуэлектродное рассто ние монотонно увеличиваетс  от кра  к центру электродов и, соответствен но, понижаетс  напр женность электр ческого пол , а силовые линии образуют криволинейные, поверхности, обр щенные выпуклостью к оси отверстий Подлежащий исследованию аэрозоль пропускают через сопла 7 со -скоростью , котора  обеспечивает осаждение на поверхности 8 частиц в диапазоне всего анализируемого спектра т.е. диаметр сопел и скорость потока соответствует границе разделени  ступени, равной нижнему пределу спектра размеров частиц. Затем прек ращают доступ аэрозол , включают ис точник 3 питани  и регистратор 4 то ка. Перезар жа сь на поверхност х электродов 1 и 2, частицы осадка ко леблютс  в междуэлектродном промежутке , двига сь вдоль силовых Линий пол . Высока  напр женность пол , создаваема  выступами 5 выталкивает частицы в область конической полост Частицы двигаютс  от периферии элек тродов 1 и 2 к центральному отверс тию 6, через которое удал ютс  из спектрометра. Поэтому электрический ток, измер емый регистратором непрерывно уменьшаетс  до нул . Полученна  временна  зависимость тока соответствует непрерывному спектру размеров частиц осадка. Пtlинцип радиального движени  час тиц состоит в том, что двига сь по криволинейным траектори м с выпуклостью , обращенной к центру электро дов, Частицы приобретают центростре мительное ускорение и центробежной силой выталкиваютс  к оси отверс-: ти  6. Центробежна  сила, как известно равна„ . ,- (1) -масса частицы; -скорость движени  вдоль силовых линий; -радиус кривизны силовых линий. Под действием этой силы частицы приобретают радиальную скорость при Стоксовском приближении закона гидравлического сопротивлени  f - врем  релаксации частицы в воздухе. Учитыва , что скорость частицы вдоль пол  в том же приближении равна V, - , (3) где q - зар д частицы; Е - напр женность пол . Подстановкой формул (1) и (3) в формулу (2) получим V п ш Известно, что и зар д и врем  релаксации частицы пропорциональны квадрату размера частицы и, выразив массу через объем и плотность, получим Таким образом, заданное рассто ние , равное радиусу основани  конической полости электрода 1, быстрее всех пройдут частицы наиболее грубых фракций, которые удалены через отверстие 6 в первую очередь, а тонкие фракции покинут междуэлектродный промежуток последними. Отсюда следует, что раздел  сь в пространстве вдоль, радиуса электрода 1, фракции частиц регистрируютс  в виде временного графика электрического тока. Угол конуса в 150-170° найден экспериментально при высоте конической полости, меньш&й рассто ни  между электродами в зоне сопел 7. Экспериментально измерен спектр частиц в пределах 1-100 мки, что на пор док превышает верхний предел известных спектрометров с каскадными ступен ми осаждени . Спектр непрерывный, а не выборочный по 7-10 точкам, как в известных приборах, что повышает точность измерени  и позвол ет исследовать тонкую структуру спектра. Чувствительность определ етс  скоростью разделени  осадка на фракции, котора  как следует из формулы 5, пропорциональна четвертой степени размера частиц. В известных приборах чувствительность определ етс  разностью границ инерционного осаждени  ступеней пропорциональной квадрату размера. ФоЕЯ«1ула изобретени  Спектрометр аэрозол , содержащий источник питани , регистратор тока и образованную двум  электродами ступень инерционного осаждени  с.электростатической ловушкой, о т л и ч а юи и с   .тем, что, с целью повышени  чувствительности, точности и расширени  верхнего предела измерени  спектра размеров, в одном из электродов выполнена коническа  полость с углом 150-170° и отверстием в вершине , а во втором электроде по периметру обращенного к нему основани  конуса расположены сопла, причем пе{}вый электрод соединен с источником питани , а второй - с регистратором тока.The drawing schematically shows a 30 aerosol separator. The electrodes 1 and 2, connected to the power source 3 and the current recorder 4, form an electrostatic trap for the oscillating between them chataats due to the presence of protrusions 5 along the perimeter of the electrodes. In the electrode 1 there is a conic cavity with an angle of 150-170 ° and a hole b in the verdine. Along the perimeter, the base of the conical cavity, facing the electrode 1, nozzles 7 are located in electrode 2, and inertial deposition surfaces 8 are located on electrode 1. This electrode design is such that the interelectrode distance increases monotonically from the edge to the center of the electrodes and, accordingly, decreases the strength of the electric field, and the lines of force form curvilinear surfaces that are convexly curved to the axis of the holes. with -speed, which provides deposition on the surface of 8 particles in the range of the entire analyzed spectrum, i.e. the diameter of the nozzles and the flow rate correspond to the separation boundary of the stage, equal to the lower limit of the particle size spectrum. Then the aerosol is stopped, the source of power supply 3 and the recorder 4 are switched on. Recharging on the surfaces of electrodes 1 and 2, the sediment particles oscillate in the interelectrode gap, moving along the power lines of the field. The field created by the protrusions 5 pushes particles into the conical cavity. The particles move from the periphery of the electrodes 1 and 2 to the central hole 6, through which they are removed from the spectrometer. Therefore, the current measured by the recorder is continuously reduced to zero. The resulting time dependence of the current corresponds to a continuous spectrum of sediment particle sizes. The principle of the radial movement of particles is that moving along curvilinear trajectories with a convexity facing the center of the electrodes, the particles acquire centripetal acceleration and are centrifugally pushed out to the axis of hole 6. The centrifugal force is known to be equal to. , - (1) is the particle mass; -the speed of movement along the lines of force; is the radius of curvature of the lines of force. Under the action of this force, the particles acquire a radial velocity when the Stokes approximation of the law of hydraulic resistance f is the relaxation time of the particle in air. Taking into account that the velocity of a particle along the floor in the same approximation is equal to V, -, (3) where q is the charge of the particle; E - tension sex. By substituting formulas (1) and (3) into formula (2), we get Vnr. It is known that both the charge and the relaxation time of a particle are proportional to the square of the particle size and, expressing the mass through volume and density, we obtain Thus, a given distance equal to the radius of the base of the conical cavity of the electrode 1, the particles of the coarsest fractions, which are removed through the opening 6 in the first place, will go the fastest, and the thin fractions will leave the inter-electrode gap last. From this it follows that divided in space along the radius of the electrode 1, the fractions of the particles are recorded as a time curve of the electric current. A cone angle of 150-170 ° was found experimentally at a height of the conical cavity, a smaller & ample distance between the electrodes in the nozzle zone 7. The particle spectrum was experimentally measured in the range of 1-100 microns, which exceeds the upper limit of the known spectrometers with cascade steps precipitation. The spectrum is continuous, rather than selective, at 7-10 points, as in the known instruments, which improves the measurement accuracy and allows the fine structure of the spectrum to be investigated. The sensitivity is determined by the rate of separation of the precipitate into fractions, which, as follows from formula 5, is proportional to the fourth power of the particle size. In known instruments, the sensitivity is determined by the difference in the limits of the inertial deposition of steps proportional to the square of the size. FOYA "1 of the invention. An aerosol spectrometer containing a power source, a current recorder and an inertial deposition step formed by two electrodes with an electrostatic trap, so that, in order to increase sensitivity, accuracy and expansion of the upper limit of measurement spectrum of sizes, in one of the electrodes there is a conic cavity with an angle of 150-170 ° and a hole in the apex, and in the second electrode nozzles are located along the perimeter of the base of the cone facing it, and the new electrode is connected to the source com power, and the second - with the current registrar.

5 five

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Булгакова Н., Зеликсон Д.Л. алибровка импакторов. М., Промышленна  и санитарна  очистка газов , , 1, с. 21.1.Bulgakova N., Zelikson D.L. Impactors calibration. M., Industrial and sanitary gas cleaning,, 1, p. 21.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2953759/18-25,2. USSR author's certificate on application 2953759 / 18-25,

кл. G 01 N 15/02, 1980 (прототип).cl. G 01 N 15/02, 1980 (prototype).

1one

Claims (1)

Формула изобретенияClaim - масса частицы;- mass of a particle; - скорость движения вдоль ’силовых линий;- speed along ’lines of force; - радиус кривизны силовых линий.- radius of curvature of the lines of force. действием этой силы частицы . Под приобретают радиальную скорость приthe action of this particle force. Under acquire radial velocity at Спектрометр аэрозоля, содержащий источник питания, регистратор тока и образованную двумя электродами ступень инерционного осаждения с.электростатической ловушкой, отличающийся тем, что, с целью повыше5 ния чувствительности, точности и расширения верхнего предела измерения спектра размеров, в одном из электродов выполнена коническая полость с углом 150-170° и отверстием в вершине, а во втором электроде по перимет-5 ру обращенного к нему основания конуса расположены сопла, причем первый электрод соединен с источником питания, а второй - с регистратором тока.An aerosol spectrometer containing a power source, a current recorder, and an inertial deposition stage formed by two electrodes with an electrostatic trap, characterized in that, in order to increase the sensitivity, accuracy, and expand the upper limit of measuring the size spectrum, a conical cavity with an angle is made in one of the electrodes 150-170 ° and a hole in the apex, and in the second electrode along the perimeter-5 of the base of the cone facing it there are nozzles, the first electrode being connected to a power source, and the second to the reg current istrator.