Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц и устройство для его осуществления

(53)М. Кл,с присоединением заявки Ле б 01 М 15/00//6 01 М 21,/00 Гасударственный комитет(23) Приоритет по депам изобретений Опубликовано 07.11.81, Бкзллетень П 1 е 41и открытии Дата опубликования описалня 07.11.81 172) Ав горь и гобрсгения А.А.Кирш и Л.В.Загдгитько(54) СОСОБ ИЗМБР 1 Я СРЕДГГО РАЗМБРААЭРОЗОЛБ 1 ЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩБСТВДН 1 ИЯ Изобретение относится к области анализа гэродисперсцых систем, а именно, к опрелеленйю срслнгл о размера арозольных частиц, и может быгь использовано при решении задач охраны окружающей среды, при исследовании5 ядер конденсации и субмикронных частиц, в медицине лля коггтроля дисперсности частиц в аэрозолетерапии, для анализа аэрозолей, предназначенных для испытания фильтров.Известны способы измерения размеров инли 10 видуальных аэрозольных частиц путем их предварительной зарядки газовыми ионами и последуюгцего измерения электрической подвижности частиц в электрическом поле 1. Как извест. но, доля заряженных частиц и их электрическая подвижность однозначно связаны с размером15 частиц 2, Способы, основашгые на измерении электрической подвижности, чрезвгчайно сложны и трудоемки, требуют прецизионной аппаратург г.ЮИзвестен способ определения среднего раз. мера частиц путем измерения тока переноса частиц, заряжаемых в результате захвата уциполярньгх газовых ионов 3. 11 о этому способу исследуемый аэрозоль пропускают через заряд. ное устройство в присутствии внешнего элек. тричсского по.гя с небольпгой напряженностью 1, не более 50 В/см, не искажающего диффузионный режим зарядки частиц. Далее поток заряженных частиц пропускают через электри. ческий конденсатор, в котором частицы осаждают. ся. Доля осаждаемых частиц Х зависит от их подвижности В, скорости газового потока и приложенной разности потенциалов О межлу об. кладками конденсатора. О величине доли осевппгх частиц Х сулят по изменению тока переноса частиц,)п,ггрошелших через конденсатор и уловленных на фильтре, соединенном с электрометром. 11 о измеренной зависимости 1 от О при постоянной известной скорости газово. го потока находят зависимость Х от О и далее с ггомошью теоретических формул или по калиб. ровочной кривой рассчигьгггагот подвижность частиц В и, соответственно, размер частиц.Данный способ яв:гяе 1 ся по технической сущ. ности наиболее б,шзким к изобретениго, Указанный способ осугггссгггдянп с помощью устройства для изьгерения среднего тазмера аэрозоль.879405 50 цых частиц, содержащего корпус, газовыйфильтр, источник униполяршх ионов, патрубокдля подачи и вывода исследуемых частиц и воздуха, параллельные электродь 1, один из которых заземлец, а другой подключен к источнику напряжения, фильтр с проводящими волокнами, соединенный с элсктраметром.Недостатком этого способа измерения размера частиц является низкий верхний пределизмерения размеров частиц, сс)ставляющий не Оболее 5 10 цм по радиусу, а также необходимость использования электрического конденсатора, на обкладки которого подаот очень вы.сокую разность потенциалов, свыше 10 кв, врезультате чего при осаж,сци твердых частицна обкладках конденсатора возникает коронный р 2317 яд, который 5 влястся причиной пагрецпасти измерения размера частиц.Целью настоящего изобретения являетсярасширение верхнего диапазона размеров 20ИЗМЕРЯЕМЫХ 2 ЭРОЗОЛЫ)ЫХ ЧаСтИЦ ВПЛОТЬ са5 10и.1 цо радиусу,4 сль Достигается путсм измерения отнац 1 с 11 ятоков переноса астиц, заряжаемых поочереднов режиме диффузионной и ударной зарядкипри постоянном параметре зарядки Ст, определяемом как произведение ионной проводимОсти Газа С на в,)есля заря)1 ки ч 2 стиц т в 32 р 51 дном устра 1 ствсОтл)гчитсльныьц П 1)изнаками способа является та, что размер частиц апредслясот 11 э отношения токов перепаса частиц, заряженных вдис 1)фузианьс)м и ударцом режимах зарядки.з также то, чта велич)лны токов переноса 12 Сттц измеряот при фиксированном параметре35зарядки частцц Гт.Величина заряда, приобретаемого частицей врезультате различнаго мехацизма захвата ионовв режиме ударной и диффузионной зарядки,имеет различную фуцкцианзльцу)о зависимость)0от рациуса частицы, что позволяет прц фиксированных зна)чсниях параметра зарядки С. связать радиус частицы с отношением зарядов частицы,а в случае потока частиц сьяззть средний 172101.ус частиц с отношением таков переноса частиц,заряжаемых в разных режимах зарядки, Далее, фэОпределив размер частиц по измеренному значению,3,сс г, или 3 У и, па соответствующимформулам можно Определить концентрациюаэрозоля,Су)цество способа заключается в там, что исследуемый аэрозоль пропускают через зарядное устройство, в котором частицы заряжают у)липоляр)лым 11 ионами в присутствии внешнего электрического поля, сначала с небольшой напряженностью Е, что соответствует диффузионному механизму зарядки, а затем при ЕЯ 3 кв/ом, т.е. в режиме ударной зарядки, после чего поток аэрозоля пропускают через фильтр, в котором в результате осаждения заряженныхчастиц воз)пскает ток переноса, измеряемыйэлектрометрам, По величицс отношения токовперепаса частиц, заряженПяля в рс)кме удар 1 гои 0 с) и гсиффузионнаи э 2 рядки д поиэвестшям теоретическим формулам илц с помощью калибровочной кривой рассчитывают ра.диус частиц. ИЗ)с 1)ение и расчет чрсзвычайцаупрощается, если зарядку по этим двум механиэ.мам захвата ионов ведут при фиксированномпараметре зарядки Ст.Иэабрстеццый способ мажет бьть асуцествлсустройством, отлича)ощмся ат известноготем, чта газовый срильтр 1 ермети шо охватываетцатрубок д)чя подаи частиц, а нижний торецпатруока расцоложсц по центру между электродами выступает цад плоскосью гаэава)о11)льтр.На чертеже схематически изображена црс)гпзгаемое устройство.Оцо садсржт пр 5 сО)го:1 ьцый кс)рцс 1, в 1.полнешьш из изоляционного ма)ериа)12. В центральной части корпуса расцс).с)жены цара;)ель.цьсс электроды 2 и 3. К ссОНому э:Скт)оду2 с наружной стороны прис)сдинснсгашикушаляньсханап 4, в качестве каторогаиспользуют пр 1 маугальшяй короб 5, выпо;1 нец.цый пэзоляцошгога матерала, в цс)трскоторого установлекоропру)сций электрод 6,соснине)шый с цсточшлкам высокого напряжения 7. В верхцей ча г корпуса установлены двапатрубка; цатрубак 8 вдо:)ь аси с Ммсгрци ка.нала Л;1 Я поКый астщ ц 112 тпубок 9,;)асполажснцьш пер:Сцдцкулярцо патрубку 8 сля поГипл воздуха Воздух наступает я центральнуючасть корпуса через фильтр 10, который герме.тчца охватывает патрубак 8, расположен пер 11 сцдику)151 рна сму и служит для очистки Воздухаи выравнивания п 1)офиля ско 1)ас)и ф 1111 ьтаданага воздуха. 11)кни торе) цаэ руака 8 гыГ"пает цад плоскостью поверхности фильтра 1 Оца 1 2 диаметра патрубка. В ш)ясней части корпуса ъстанов:сн фильтт) 11 с П 1)авадЯщими ва.лаквамисасдшю;иЫй с элсктч)оьлстрам 1., ивыхогшой патрубак 13, Электрод 2 вьшо:1 нсниз сетки и заземлен, 2 электрод 3 соединен сснератарам электрических импульсов переменной поляргости 14, Велич)иу электрическойпроводимости )э мсждуэлектрадном пространстве каала поддсрживгпот настоянной путемизменения така ионов в 4.Отличтельць)е особенности предлагаемогоустрайс)з)а состоят в сгедуюшем,Устройство снабжено допол:штсльцым фильт.ром 10, который служит для срцльтраццивоздуха, выравнивания профиля скорости филь.тровашгаго воздуха и герметична охватываетцатрубок 8, который расположен вдоль осисимметрии электродов 23, пр.:счем шлжшлй та9405 87 а 5 35 рец патрубка выступает над плоскостыа фиды.ра на 1-2 диаметра патрубка, Таким образом,поток исследуемых частиц между электроЛамиобдувают соосно фильтрованным воздухом,что позволяет устраш 1 ть потери заряженныхчастиц. Это обстоятельство особенно важногпри зарядке частиц с радиусом г) 5 10 нм вприсутствит 1 сильного электрического попя, иименно благодаря обдуву удается расширить диапазон измере 1 птя частиц до г5 10 нм.зДля осуществления мгновенного измерениядисперсности аэрозоля с быстро меняющимисяпараметрами измерение размера осуществляютпутем деления исследуемого потока аэрозоляна двз равные части, которые пропускают черездва идентичных измсритеиы 1 ых устройства, ав одном из которых измеря 1 от ток переносачастиц Ззр 51 жснных В д 11 ффу 3101 ИОм рсжимсзарядки, а в другом - в ударном. В обоихустройствах попдсрживз 10 т ошшаковый параметрзарядки,П р и м е р 1. Поток моиодисперсныхчастиц диэтилгексилссбзц 1 И 1 зтз пропускают через зону зарядки зарядного устройства, величину ионной проводимости, В которой поддержи 4вают равной С=2,06 10 (ом.м) , Время пребывания часп 1 ц в зарядном устройстве т=0,5 с, Ток переноса частиц 7. 1 заряженных в диффузионном режиме зарядкипри Е=0,005 кВ,/см, равен 8 10 "Л. Токпереноса частицЭу, заряженных в упариомрежиме зарядки при Е=3,21 кБ/см, равен,ц 39,2 10Л, Отиоше 1 п 1 с токов переносаЭг /Т и = 1,15, что соответствует сред.нему радиусу цастпц 55 нм. Скорость аэрозопьного газового потока частиц О= 10 см/с,Соответственно, конце 1 гграция частиц М=1,39 1 О ц частиц/см .П р и м е р 2. Поток моношгсперсныхчастиц дибутипфтзлата пропускают через зонузарядки зарядного устройства, в личину оннсйпроводимости в которой поддерживают равнойС= 2,06 10 0 Мм.м) . Время пребывания частиц в зарядном ус 1;, оистве 05 с. Ток псреНоеа ЧВСТИ 1 я, 3211 ЯЖСИНЬ 1 Х В Г 01 СЭфУЗИОННОМрежиме зарядки прп Е=0,005 кВ/см, равен10 Л, Ток переноса частиц 7 заряженныхв ударном режиме зарядки при Е=3,21 кВ/см,равен 6 10Л. Тношенис токов перекосачастиц "/Э,5 г =. 6 что соответствует среднему радиусу 12 ст 1 щ 10" 1 гм. Ско 5рость газового потока частиц 0=10 см "/с. Соответственно, ко 1 щснтрация частиц К=8,8510 частиц/см ,Пр и м е р 3, Поток монодисперсныхчастиц дибутипфтачзтз пропуска 10 т через зонузарядки зарядного устройства, Ветп 1 цп 1 ну ионной 6проводимости в которой поддерживают равной С= 2.06 10(Ом,м) . Бремя пребывания частиц в зарядном устройстве т=0,5 с.Ток переноса частш 1 ЗЛ г 1, заряжс 1 пгых в диффузиош 1 ом режиме зарядки прп Е=0,005 кВ/см,,11равен 10Л, Ток переноса частиц 1, за.ряжен 1 гых г, ударном рсж 1 гме зарядки.при,5 ДЕ=3,21 кВ/см, равен 2,2 10Л, Отношениетоков переноса 1; /:1, =22, что соответ ствуст среднему радиусу частиц 5 10 нм. Скорость газового потока частиц 0= 10 см/с.Соответственно, концентрация цастиц И=1,421 О частиц/см . 051 о р 21 у 51 3 изобретения 1. Способ измерения срсднс 1.0 размера зэро 3051 ы 1 В 1 х чзсти 11 ютем их прсдвзритепьпой 32" рядки уни 110 ляпнь 1 ми гззовь 1 ми ионами, О т л и ц. а и и и й с я тем, цто, с цепыс увели. чгп 1 ия Верх 1 гсго предела измерения размеров частиц, при фикснровгншом параметре зарядки, Опрсдсиясмом кзк прОизвсдсшге иОннОЙ проводимости гззз нз В смя зз 51 дк 15, измеряют вепич 1 шу тока, испс 110 симого частицами заряженными пооцерс,П 10 и О.ж 1 п 1 с дчффуЗНОННОН и удзриой зарядки, и па отно 1 т 1 еншо этих токов судят о размерах ;зстиц.. Строиство Д 11 Я Осушествпсн:051 способа по п,1, содепжзпгес корпус,.гзЗОБый фи 1 птп, 1 сто пп 11. унипол 51 рных ПОПОВ, изт 1 эубки дпя ПодаИ 1 И ВЫВОдз Исспедуеь 1 ых Частиц И ВОЗдуха, Иа 12 ЧПС.1 ЬН 1.1 С Э 51 СКТ 00,11:; О.Ц 1 Н ИЗ "птОРЫХ Заземлси, а друтой подк 1 гючсн к источнику напряжения фил 1 то с 11 роводяц 511 п 1 Во;Окнами сосдшгеиныЙ с эпсктр 051 стр 021, 0 т и и ч 2 10 ш с е с я тем, что газовый фильтр гср 1 истнч 1 го ОхВатыВзст пзт 1 туГОк дчя подачи частиц, 2 ниж 101 Й т 01 те 15 иатсб 1".2 Озспо:1011 сн по центру 40М ц; ЧгЦ ЭПСК ТЭ 0112 1 И В Ь 1 СТТ 31 ЗС Т Н 3 Д ИЧОС К ОСТЬЮ газового фильтра. 1. 05 укс 1,Л., Пс 5 рянов И.В. Опрсдсиениеразмеров 1. 3;1 ряд 2 чзсп 1 ц В туманах Жу 1 знапфизичсско 1, химии., 1 у, 1 гып,5, 0.567.572,2,Иц В.У,Я., Рц О.У, Ес 1 цЬгцп 1 Бро -цаг СЗзг 1 е С 5:сегЬцтОп 01 Ссгозоз .Оцгпаот Со 0)с зпа птегтзге Бсепсе", Ч 49, 1 о 2,1974, р,р. 305-311.3. УУ 1.Ьу К.Т.,ц В.У.Н Рц О,У.Н АРогтзЬе ЕСстгса Апзуяег Хог Бзе цСззцгв -гпспт 01 ЬцЬгпсгоп Асозоз " оцгьа 01 СЬВАг РозтОп Соптго АззосзтОп, 24, ГР ,1974, р. 1057-107 1 прототип),879405 Составитель В.Алексеевдактор Н,Коляда Техред Е,Харитончик Корректор Е,Рогнко Зака 06/10 Тираж 91 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, 0 Подписитвенного комитета СССРретений и открытийЖ 35, Раушская наб., д,4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул,Проектн