Способ измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц и устройство для его осуществления

):.:Ию" )1; г ",ь",ЙВ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯвееЪ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт физики АН ЛитССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 221349, кл, 6 01 И 15/00, 1968.Й,Ецсцена, Ч,К.Яахепа, А Ног)оптаТйеггпа Огасепс Соцс СопсепзасоаИцсеаз Зрестготетег. ) оцгпа о 1 Арр)есМесеогооду. 1979, чо. 18, Ка. 10,р, 1352-1361.ЮНоапс 3 ег. А Моче СопсепзатопИцсецз Сацптег аког йе Япде МеазцгетептОетеггппасоп о 1 Ке чп зге Ярессга.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРА ГИДРОФОБНЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ- НИЯ(57) Изобретение относится к исследованию конденсационных свойств аэрозольных частиц и может быть использовано в химической технологии, медицине и геофизике при исследовании загрязнения окружающей среды, С целью расширения эксплуатационных возможностей способа и повышения точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, выделяют монодисперсный аэрозоль из неоднородного полидисперсного аэрозоля, разделяют аэрозольные частицы иэ неоднородного монодисперсного аэрозоля на гидрофильную и гидрофобную фракции путем30 35 40 укрупнения гидрофильных частиц с последующим отделением гидрофобных частиц и измеряют концентрации неоднородных гидрофобных аэрозольных частиц. Устройство состоит из зарядника 1 аэрозоля, соединенного с сепаратором 2, к которому подсоеди,нен насос 3, подключенный также к фильтру 4, К сепаратору 2 подключен блок 5 управления, Конденсационный укрупнитель 6 соИзобретение относится к исследованиям конденсационных свойств аэрозольных частиц и может быть использовано в химической технологии, медицине и геофизике. при исследовании загрязнения окружающей среды,Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа и устройства и повышение точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц путем выделения фракции гидрофобных частиц из неоднородного полидисперсного аэрозоля и эффективного укрупнения гидрофобных частиц,На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график зависимости пересыщения от диаметра Кэл ьвина.Способ включает следующие операции: выделение монодисперсного аэрозоля из неоднородного полидисперсного аэрозоля, укрупнение гидрофильных аэрозольных частиц, отделение фракции гидрофобных аэрозольных частиц от неоднородного аэрозоля и измерение концентрации неоднородных гидрофобных аэрозольных частиц путем конденсационного их укрупненияпри пересыщении 3 3,5 и фотоэлектрической регистрации. Устройство для,реализации способа состоит из зарядника 1 аэрозоля, соединенного с первым электростатическим сепаратором 2, к которому подсоединен первый насос 3, подключенный также к первому фильтру 4. К сепаратору 2 подключен блок 5 управления, состоящий из микро- ЭВМ ДВК - 2 М и интерфейса КАМАК. Первый конденсационный укрупнитель 6 состоит из камеры 7 насыщения с подогревом, камеры 8 насыщения без подогрева и камеры 9 пересыщения, Камера 7 насыщения соединена с вторым фильтром 10 и первой камерой 9 пересыщения, к которой подсоединена первая камера 8 насыщения,подключенная также к сепаратору 2. Выход 45первой камеры 9 пересыщения подключен к стоит из камеры 7 насыщения с родогревом, камеры 8 насыщения без подогрева и камеры 9 пересыщения, к которой подсоединена камера 8 насыщения, подключенная к сепаратору 2. Выход камеры 9 пересыщения подключен к второму сепаратору 11, к которому аналогично подключены фильтр 12, насос 13, укрупнитель 14, к которому подключен счетчик 19.2 с.п, ф-лы. 2 ил. второму сепаратору 11, к которому аналогично, как и к первому сепаратору 2 подключены третий фильтр 12 и второй насос 13. Выход второго сепаратора 11 соединен с вторым укрупнителем 14, состоящим из камеры 15 насыщения без подогрева, камеры 16 пересыщения и камеры 17 насыщения с подогревом, Вторая камера 15 насыщения без подогрева подключена к другой камере 16 пересыщения, соединенной с второй ка-. мерой 17 насыщения с подогревом, к которой подключен четвертый фильтр 18, Выход второй камеры 16 пересыщения подключен к входу фотоэлектрического счетчика 19, к которому также подключен блок 5 управления, соединенный с первым и вторым сепараторами 2 и 11 и с первой камерой 7 насыщения с подогревом,Устройство работает следующим образом,Полидисперсный неоднородный аэрозоль поступает на биполярный зарядник 1 аэрозоля, Длязарядки аэрозольных частиц используется пластинка радиоактивного изотопа плутония в 2, Распределение зарядов на аэрозольных частицах определя- лось по рекуррентной формуле .+ +гдЕ Му, Му - т- концентрация заряженных аэрозольных частиц с зарядами у 8 и (у - 1) Е ф 1,у - 1 и Д,у - коэффициенты присоединения легких аэроионов к.аэразольным частицам,Заряженные аэрозольные частицы поступают в измерительный объем цилиндрического электростатического сепаратора 2 ,и движутся в узком потоке воздуха вдоль внешнего электрода. Объем между этим потоком и внутренней обкладкой сепаратора 2 заполнен движущимся с той же скоростью20 3 рФ г/г)где 0 - напряжение между электродами;1 - расстояние между входом и выходом аэрозоля в зоне действия электрического 25 поля;,и - вязкость воздуха; Ф - объемная скорость чистого воздуха; г и г 2 - радиусы внешнего и внутреннего электродов; с - поправка Канингэма; у - число элементарных зарядов; е - элементарный заряд, 30Поток заряженных аэрозольных частиц с диаметром 01 из сепаратора 2 поступает на первый коиденсационный укрупнитель 6. Принцип действия укрупнителя 6 основан на достижении пересыщения при смешива нии насыщенного парами рабочей жидкости холодного и теплого воздуха. В первом укрупнителе 6 в качестве рабочей жидкости используется вода, В камеру 7 насыщения с подогревом через фильтр 10 поступает очи щенный от аэрозольных частиц воздух, где он насыщается парами воды. Аэрозоль поступает в камеру 8 насыщения без подогрева, Насыщение в этой камере 8 происходит при температуре окружающей среды. В ка мере 9 пересыщения в процессе перемешивания двух потоков воздуха с различной температурой происходит пересыщение паров воды, что приводит к их конденсации на аэрозольных частицах, Степень пересыще ния, которая зависит от разницы температур смешивающихся потоков, регулируется блоком 5 управления, согласно формуле Кэльвина 1 и (1 + Я) -рот где и- поверхностное р - плотность воды; Т воды; В - газовая пос натяже ие воды; тура паров - молеку - тем пер тоянная; чистым воздухом, Поток чистого воздуха обеспечивается циклической непрерывной прогонкой насосом 3 воздуха через абсолютный фильтр 4, Подключением источника (не показано) высокого напряжения между 5 внешним (заземленным) и . внутренним электродами создается электрическое поле, Ступенчатым переключением напряжения в пределах 44 - 12000 В обеспечивается измеряемый спектр аэрозоля (0,01 - 0,2 мкм). 10 Программное управление напряжением осуществляется блоком 5, Отрицательно заряженные монодисперсные частицы через отверстие во внутреннем электроде выходят из сепаратора 2. Зависимость диаметра 15 частиц, поступающих на выход сепаратора 2, от его параметров определяется выраже- нием лярный вес воды; бк - диаметр Кальвина, т.е. наименьший диаметр однородной частицы воды, конденсационный рост которой начинается при пересыщениях, описываемых формулой (3),На фиг, 2 показан график функциональной зависимости пересыщения Я от диаметра Кальвина бк водяной частицы. Данная кривая показывает наименьший диаметр б водяной частицы, конденсационный рост которой в атмосфере паров воды начинается при соответствующем пересыщении Я, Диаметр Кэльвина бк конкретной частицы зависит от ее конденсационной способности и может сильно отличаться от геометрического диаметра бц (для водяной частицы д = б). Частицы, пересыщенный пар воды на которых конденсируется легче, чем на водяных частицах (дкб), т,е, достаточно меньшая степень пересыщения пара, чемдля водяных частиц), называются гидрофильными частицами. В противоположном случае (бк бд) т.е. нужна большая степень пересыщения пара, чем для водяных частиц) - гидрофобными. Поэтому, когда в первом укрупнителе устанавливается пересыщение Я, при котором выполняется условие бк = бц растут частицы, для которых бк д частицы, для роста которых достаточна меньшая степень пересыщения пара воды, чем для водяных частиц), т,е, гидрофильные частицы, а гидрофобные часТицы (бкбд) не могут расти, так как для роста этих частиц нужна большая степень пересыщения.Предлагаемый метод применим в диапазоне геометрических диаметров (0,01 - 0,1) мкм аэрозольных частиц. В диапазоне д0,1 мкм становится существенной погрешность измерения из-эа появления большого числа многократно заряженных частиц в сепараторах. В диапазоне б0,01 мкм рост гидрофобных аэрозольных частиц во втором укрупнителе становится нестабильным. Для гидрофильных частиц диаметром бя = 0.01 мкм в первом укрупнителе создаваемое критическое пересыщение Я =1,12. При б б происходит конденсационный рост гидрофильных частиц, а гидрофобные частицы окбэ 1 не участвуют в конденсационном росте. Иэ первого укрупнителя б аэрозоль поступает во второй сепаратор 11. Геометрия и все другие параметры обоих сепараторов 2 и 11 одинаковы. Блоком 5 управления регулируемое высокое напряжение подбирается так, чтобы геометрический диаметр аэрозоля бц, сепарируемого первым сепаратором 2,совпал бы с геометрическим диаметром аэрозоля дц 2, сепарируемого вторым сепа 160324410 15 20 25 30 35 40 45 ратором 11, т,е. бд 1= дя 2 Причем гидрофобные частицы, которые после первого укрупнения не изменили своих размеров, поступают на выход второго сепаратора 11 и далее - во второй конденсационный ук рупнитель 14, В этом укрупнителе 14 в качестве рабочей жидкости используется бутанол, который при больших пересыщениях конденсируется на гидрофобных частицах, Удается создать пересыщение Я 3,5, причем частицы укрупняются до размеров 1 - 4 мкм. Укрупненные частицы регистрируются фотоэлектрическим счетчиком 19, который сопряжен с блоком 5 управления. Через интерфейс КАМАК информацияо гидрофобных частицах поступает на ЭВМ ДВК - 2 М.Измеряется распределение аэрозольных частиц по электрическим подвижностям ф (М). Для получения спектра гидрофобных частиц 1(б) в памяти ЭВМ ДВК - 2 М реализована аппаратная матрица системы Н, учитывающая распределение зарядов на частицах и функции трансформации сепараторов. Подсчет спектра в матричном виде можно представить в виде:р)=н(4) Формула изобретения1. Способ измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, заключающийся в укреплении монодисперсных частиц, сравнении их геометрического диаметра с диа-. метром Кельвина и измерении спектра гидрофобных аэрозольных частиц, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных воэможностей и повышения точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, сепарированием из неоднородного полидисперсного аэрозоля выделяют монодисперсный аэрозоль, в укрупнителе с автоматически управляемым коэффициентом пересы щения укрупняют только гидрофильные частицы неоднородного монодисперсного аэрозоля, перед измерением спектра повторным сепарированием выделяют. фракцию гидрофобных аэрозольных частиц, которые укрупняют при пересыщении Б 3,5 в атмосфере паров бутанола. 2. Устройство для измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, включающее камеру насыщения паров воды без подогрева, камеру пересыщения паров воды, два насоса и оптическую систему измерения концентрации частиц, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения точности измерения спектра гидрофобных аэрозольных частиц, камеранасыщения паров воды без подогрева и камера перенасыщения паров воды выполнены в виде отдельных узлов, к камере пересыщения паров воры дополнительно подключенакамера насыщения паров воды с управляемым подогревом, а также дополнительно введены зарядник аэрозоля, два электростатических сепаратора, укрупнитель гидрофобных частиц, состоящий из камерынасыщения паров бутанола без подогрева, камеры насыщения паров бутанола с подогревом и камеры пересыщения паров бутанола, четыре фильтра и блок управления,причем зарядник аэрозоля соединен с первым электростатическим сепаратором, к которому подсоединены блок управления ипервый насос, подключенный также к первому фильтру, к второму фильтру подсоединена камера насыщения паров воды с подогревом, соединенная с камерой пересыщения паров воды, к которой подсоединена камера насыщения паров воды без подогрева, подключенная также к первому сепаратору, выход камеры перенасыщенияпаров воды подключен к второму сепаратору, к которому подсоединен третий фильтр и второй насос, выход второго сепаратора соединен с камерой насыщения паров бутанола без подогрева, которая подключена к камере пересыщения паров бутанола, соединенной с камерой насыщения паров бутанала с подогревом, к которой подключен четвертый фильтр, выход камеры перенасыщения паров бутанола подключен к оптической системе измерения, соединенной сблоком управления, к которому подключены оба сепаратора и камера насыщения паров воды с подогревом.%Об 1,0 0,01 0,06 ЧОВ икм г Составитель М.Рогачеведактор Ю.Середа Техред М. Моргентал Коррек рняк оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 аз 3379 Тираж 501 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5