Способ детектирования запыленности инертных и электроположительных газов субмикронными частицами

СОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИК 51) 4 С 01 М 15/( НЫЙ КОМИТЕТИЯМ И ОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ СС Е ИЗОБРЕТЕСВИДЕТЕЛЬСТВУ П К АВТОРСКОМУ о о аибой с оля /см екттся к областистем в газах, актирования малых ктрополоых иожетаныфилской пол ыть иружаюров,игиен е я я и азов.чувизмеологич увеличени ирования пр остей путем лярной диффст в апылен енин мал ения ско о и унип астиц. ной я(56) Кирш А.А., Загнитько А.В. Зарядка субмикронных частиц униполярными ионами в электрическом поле, - ЖФХ 1982, У 4, т. 56, с. 959.Авторское свидетельство СССР У 879405, кл. С 01 М 15/00, 1981. (54) СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ЗАПЫЛЕННО СТИ ИНЕРТНЫХ И ЭЛЕКТРОПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ СУЬМИКРОННЫМИ ЧАСТИЦАМИ (57) Изобретение относится к анализу дисперсных систем в газах, а именно к способу детектирования малых запыленностей инертных и электроположительных газов, и может быть использовано при решении задач охраны окружающей среды для контроля технологичеИзобретение относ анализа дисперсных с именно к способу дет запыленностей инертн жительных газов, и м зовано в области охр средь), при испытании контроля технологиче степени чистоты техн Цель изобретения вительности детект19,801 1339 ской гигиены и степени чистоты тех логических газов. Цель изобретения повышение чувствительности детекти вания при измерении малых запыленн стек путем увеличения скорости уни лярной диффузионной зарядки частиц Для достижения указанной цели част цы униполярно заряжают нетепловыми электронами. Зарядку осуществляют при постоянном значении параметра рядки, определяемом как произведени электронной проводимости газа на вр мя зарядки, По измеренным значениям тока переноса в области насыщения дисперсных частиц электронами и кал ровочной зависимости, или по линейн зависимости тока переноса от измер ния напряженности электрического и в интервале значений от 50 до 600 В судят о запыленности инертных и элроположительных газов субмикроннымичастицами. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. На фиг. 1 приведена схема устрой ства для осуществления способа; на фиг. 2 - калибровочная зависимостьУстройство содержит патрубок 1 для ввода анализируемого газа, сет чатый электрод 2 и плоский электрод 3, соединенный с источником 4 напр жения, высоковольтный источник 5 на пряжения, подключенный к коронирующему проволочному электроду 6 с диа ме.ром 25-50 мкм, расположенному па раллельно электродам 2 и 3, и стекл волокнистый фильтр 7, соединенный с электрометром 8 для измерения тока3 151339переноса заряженных аэрозольных частиц, возникающего при их осаждении наволокна фильтра. Микроамперметр 9предназначен для определения электрон 5ной проводимости газа б в зонезарядки по величине плотности электронного тока (д .Е, где Е - напряженность внешнего электрического поля взоне 10. ОСпособ осуществляется следующимобразом.Исследуемый газ поступает черезпатрубокв зону 10 зарядки, расположенную между заземленным сетчатым 15электродом 2 и плоским электродом 3,соединенным с источником 4 напряжения. В зоне зарядки частицы заряжаютэлектронами, которые образованы в, результате подачи высокого отрицатель.20ного напряжения от высоковольтногоисточника 5 напряжения на коронирующий проволочный электрод 6 с диаметром 25-50 мкм. Электроны вытягиваютв зону зарядки через сетчатый электрод 2 электрическим полем, котороесоздают в зоне 10 с помощью источника 4 напряжения. Зарядку частицосуществляют в зоне 10 униполярно нетепловыми электронами в диффузионном ЗОрежиме при постоянном значении параметра зарядки, определяемом как произведение электронной проводимостигаза на время зарядки частиц г. Зарядку частиц осуществляют при Е = 3550-1300 В/см и. Г.-10 -1(Х (ОМ м) с.Из зоны зарядки частица поступаетна стекловолокнистый (типа ФСВ/П)фильтр 7, соединенный с электрометром8 для измерения тока переноса частиц, 40возникающего при их осаждении на волокна фильтра, Ио значениям тока переноса 1,измеренным при различныхЕ при 6 г=сопзг по известным теоретическим формулам или ло калибровочной 45кривой судят о нижнем пределе и флуктуациях запыленности инертных и электроположительных газов субмикроннымичастицами, Микроамперметр 9 измеряетвеличину электронного тока= 50=Е и соответственно проводимостиб в зоне зарядки,Расчет малой эапыэенности производится следующим образом.В диапазоне Е100-500 В/см прио г=совзГ измевеви: 1 .т : с постаточной для првкики точностью можноаппрокимирвать ливеиной анисимовстьк То е (1) где с - константа;1 - ток переноса при Е=О,Величина 1 практически совладаетовеличиной тока переноса частиц 1 , заряженных униполярвыми ионами для Е - О и ; г= ( г, так как при Е -0 температура электронов Т - Те и электронь находятся в равновесии с молекулами газа (Т - температура газа, 8 - ионная проводимость газа). Из (1) можно получить, чтоГ йЕо1ф(2)где 1 и 1 - токи переноса, соответ.ствующие напряженностям электрического поля ЕиЕ,Таким образом, измеряя ток 1 е, например, при Е = 200 и Е = 400 В/см,можно из (2) определить 1 о и далеерассчитать заряд частиц известногоразмера по формуле, полученной длярасчета среднего заряда частиц, заряженных газовыми ионами в диффузионном режиме:Зг 1 сТ НЧ---- 1 Р (1 410 д г)е1, 1 з(3) где- заряд частиц в элементарныхединицах;е=4,8 10 СГСЭ ед. - заряд электроона;1=1,38 10 эрг/К - постоянная Больцмана;г - радиус частиц, см.Определив о;, оценивают счетную концентрацию частиц И=1 /1 8 гдео8 - расход газа. Расчет может быть проведен с использованием калибровочных зависимостей, Например измеренные значения 1 /1 в зависимости от Е в гелии и азоте для частиц дибутилфталата с г0,3 мкм при ( с=5, 10 (Ом м) сю -1 приведены на фиг.2.Из анализа приведенных данных следует, что отношение 1 о/1 о слабо зависит от изменения поля с Е ) 1000 - -1300 В/см, т.е. имеет место насыщение частицы зарядом и соответственно ток переноса стремится к предельной величине - насыщению (аналогичные результаты получены для субмикронныхчастиц в аргоне). Это позволяет измерять малые запыленности путем изме 1513393пения тока нл 1 ь 1111 ени 51 1 е 11 по кал 111 ровочной кривой оценивать величинуПри этом чувствительность детектирования мдлых запыленностей возрастает в 1 /1; раз по сравнению с чувстевительностью их детекти 1)она)1 ия путем измерения тока переноса 1, частиц, заряженнь;х униполярными 11 она 1 и при одинаковых значениях Е и Я; вс Г. 10П р и и е р. Поток частиц дибутилфталата с радиусом г - 0,3 мкм в гелии пропускакт с расходом 1000 см через зону зарядки, в которой поддерживают постоянной величину электронной про-0водимости б = 2,5 10 (Ом м) . Время зарядки частиц с = 0,1 с. При увеличении напряженности электрического поля в зоне зарядки от 50 до 500 В/см температура электронов изменяется от 20 1200 до 8800 К, величина заряда частиц 11 от 39 до 220 е, а ток переное-1 Я са линейно возрастает от 2,5 10 до 1410 Л. Соответственно, 1 1,2 10 А и счетная концентрация частиц 25 Ь . 4 10 астиц/см . Величина тока на 3, 3сыщения 1 ь 2 10 Л, В случае зарядеки частиц положительными ионами приго Ле =6 с = 2,),10 Ом м) с величина 1; возрастает только от 1,35 х 3010до 1,8 10 А с увеличением Е от 50 до 500 В/см. Хаким образом, от.ношение 1 /1; - 7,8 при Е = 500 В/см, что позволяет расширить нижний предел регистрации столь мелких частиц почти в 8 раз. Ф о р м у,1 а и з с) б р е т е н 11 я 1.Способ детектирования запыленно-, сти инертных и электроположительных газовубмикронными частицами, включаклций соз,чдние зоны ионизации газов и зоны зарядки частиц, пропускание исследуемого потока газа через зону зарядки, униполярную зарядку частиц при наложении внешнего электрического поля при постоянном значении параметра зарядки, определяемом как произведение проводимости газа на время зарядки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с цельк увеличения чувствительности детектирования при измерении малых запыленностей путем повышения скорости ди 1 рузионной зарядки частиц, их униполярно заряжают нетепловыми электронами при постоянном значении электронной проводимости газа, определяют зависимость тока переноса от напряженности электрического поля, по которой определяют запыленность газов субмикронными частицами,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что запыленность газов определяют по величине насыщениятока перекоса,3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что запыленностьгазов определяют по линейной зависимости тока переноса от напряженности 5электрического поля 100-500 В/см.1513393 Рогачевук Корректор Э,Лончаков Редак 1.Ьобков 45 Тираж 78 аказ 60 одписное ИИПИ Го Т ССС ственного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Производстве арина, 101 8 Х/уставитель хред А.Кр и открытиям пр аб д. 4/5