Устройство для определения величины и знака заряда аэрозольных частиц

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт, сеид-ву(22) ЗаЯелеио 25,05.78 (21) 2 б 21837/18-25с присоединением заявки Мо -С 01 М 15/02осуларствеиный комитет СССР ио делам иаобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И ЗНАКА ЗАРЯДА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к областиопределения физических свойств твердых и жидких аэрозольных частиц, аименно к устройствам для определениявеличины и знака заряда аэрозольныхчастиц и может быть использовано вгорнодобывающей, угольной, металлургической, химической и других отраслях промышленности, а также для исследовательских целей,Заряд отдельных аэрозольных частиц можно определить по величине ихотклонения в постоянном электрическом поле между горизонтально рас положенными электродами (метод Иилликена). Чаще применяют устройства,основанные на методе, в соответствии с которым частицы пропускаютмежду двумя вертикально расположенными электродами с приложенным кним постоянным по величине и знакунапряжением.Известен метод Фукса-Петрянова,заключающийся в пропускании частицмежду двумя плоскими, вертикальнорасположенными электродами на которые подается постоянное по величине и переменное о знаку напряжение; падающие частицы при этом движутся по зигзагообразным траекториям 111 . Эти траектории фотографируются, а затем по фотографиям измеряют длины путей, пройденных частицатаи под действием электрического поля в горизонтальном направлении и нод действием силы тяжести в вертикальном. Зная эти величины, а также напряженность электрического ноля и время перекоммутации направления его, нетрудно далее высчитать заряд аэрозольиой частицы. Однако процессы измерения основанные на нем не удалось еще полностью автоматизировать. Возможно автоматизировать обработку треков на фотографиях, применяя аппаратуру, разработанную для ядерных исследований, котораявследствие своей дороговизны и сложности обслуживания не нашла широкого применения в области аэрозольных исследований. Трудоемкие операции по фотографированию треков заряженных частиц, обработке фотопленки, отнимающие много времени, остались.Наиболее близким техническим решением является устройство, которое содержит светонепроницаемую измериельную камеру с вертикально расположенными в ней плоскими электродами, на которые подается постоянноепо величине и переменное по знакунапряжение источник света, создающий освещенное поле в камере, несколько дополнительных электродов, предназначенных для торможения частицв вертикальном направлении и сведенияих в плоскость резкого изображениячастиц на фотопленке )2 , Треки па 1 Одающих в освещенном поле частиц фотографируются, а затем по фотографиям обсчитываются.Основной недостаток устройстватрудоемкость процесса измерения,Целью изобретения является ускорение процесса анализа при сохранении высокой точности измерения зарядов отдельных аэрозольных частиц,Эта цель достигается тем, чтовся щель или часть ее перекрыта по Олосой прозрачного материала, имеющегопеременную степень прозрачности поширине щели, при этом в случае перекрытия всей щели на полоску дополнительно нанесен ряд вертикальных парал лельных штрихов,На фиг. 1 схематически показанразрез устройства по главному виду.Устройство имеет аэрозольную камеру 1, электроды 2, штуцеры 3 напусказОи отсоса аэрозоля лазер 4, дающий луч5, который, пройдя через цилиндрическую линзу б и отразивш ",сь от зеркал 7,создает в аэрозольной камере плоскоесветовое поле 8. Цифрой 9 обозначенатраектория падающей частицы.На фиг, 2 показано поперечное сечение устройства, Обозначения те же,что и на фиг, 1. Кроме того; 10-линза,проектирующая изображения частиц нанепрозрачный экран 11, за которым ус Отановлен фотоприемник 12.На фиг. 3 показаны изображения траекторий частиц, имеющих различный заряд (в том чиспе и нулевой), пересекающих полоску из прозрачного материала, имеющего переменную степеньпрозрачности по ширине щели, а рядомсоответствующие им сигналы, снимаемыес фотоприемниками (для случая, когдастепень прозрачности меняется по ши- щорине линейно). Представлено два варианта экрана со щелью. В первом варианте полоской закрыта не вся щельа часть ее. Здесь Ч - сигнал, снимаемый с фотоприемника во время пересечения изображением частицы незакрытого участка щели, Ч - начальныйсигнал при проходе изображением полоски, Ч. -конечный сигнал, Т -длительность импульса. Первая частицазаряжена положительно, вторая ней- бОтральна, третья отрицательно заряжена.Во вторбм варианте закрыта всящель. Для упрощения автоматическойобработки сигналов на полоску нанесен 65 ряд вертикальных параллельных штрихов с одинаковым расстоянием между ними, Обозначения те же, что и в первом варианте.Анализ частиц в данном устройстве происходит следующим образом.После напуска аэрозоля в камеру впускной и выгускной штуцеры перекрываются, Падающие между электродами 2 частицы под действием приложенного к ним напряжения совершают зигзагообразное движение, Изображения частиц, находящихся в плоскости освещенного поля 8, проецируются линзой 10 на экран 11, Когда изображение частиц пересекает щель с прикрепленной к ней полоской прозрачного материала, с фотоприемника снимается сигнал, который далее автоматически обрабатывается. Зная время пересечения изображением высоты щели оно равно Ф ), нетрудно определить размер частицы, соотношение же -ф: воднозначно опЪределяет как расстояние, пройденное частицей за время т, так и знак заряда (полярность электродов во время пересечения изображением частицы щели известна). Во втором варианте знак заряда определяется по знаку разности Ч - +, а расстояниеройденное частицей в горизонтальном направлении, находят по количеству осцилляций амплитуды импульса либо по их частоте. Зная размер частицы и расстояние, пройденное ею под действием электрического поля в горизонтальном направлении за время ч можно по известным формулаи определить величину заряда, Весь анализ сигналов производится автоматически специальным анализирующим устройством.Использование изобретения позволит значительно упростить и в несколько раз ускорить процессы измерения зарядов отдельных аэрозольных частиц при сохранении высокой точности, что даст значительную экономию труда вследствие больших масштабов таких измерений во многих областях науки и техники.Формула изобретения1. Устройство для определения величины и знака заряда аэрозольных частиц, содержащее светонепроницаемую измерительную камеру с параллельными, вертикально расположенными плоскими электродами, источник света, снабженный оптической системой, позволяющей формировать в межэлектродном пространстве плоское световое поле, регистрирующую систему, представляющую собой линзу, проецирующую изображения частиц, находящихся в световом поле на непрозрачный экран с прямоугольной щелью за которой установлен фотоприемник, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью ускорения750344 Фиг. процесса анализа при сохранении высокой точности, вся щель или частьее перекрыта полоской прозрачногоматериала, имеющего переменную степень прозрачности по ширине щели. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в случае перекрытия всей щели на полоску дополнительнО нанесен ряд вертикальных параллельных штрихов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. фукс Н. А., Петрянов И. В. ЖфХ9 4, 567, 1933.2. Авторское свидетельство СССР9 348946, кл. Я 01 М 15/00, 1970прототипаказ 4624 33 1019 Подлосударственного колам изобретений иосква ЖРаушс Тираж исное ЦНИИПИ Г митета СССР по де открытий 113035 М кая наб., д, 4 /5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ,л. Проектная, 4