2.2 Электроиндукционный метод измерения параметров дисперсной фазы аэрозолей

Сущность электроиндукционного метода при измерении размера и счетной концентрации частиц заключается в следующем. Исследуемый поток аэрозоля, создаваемый побудителем расхода 5, проходит последовательно через зарядную камеру 1, в которой приобретает электрический заряд знака потенциала коронирующего электрода 2, и далее через измерительную камеру 4. Аэрозольные частицы заряжаются в электрическом поле постоянного или переменного коронного разряда, осуществляемого между электродами малогабаритной зарядной камеры 1, напряжение на электроды которой вырабатывает высоковольтный моду-лятор 3 (рис.2.2.1):

Рис. 2.2.1 Схема метода измерения размера и счетной концентрации аэрозольных частиц.

Заряд, приобретенный частицей, зависит от ее размера. Для измерения этого заряда применяется измерительная камера 4 индукционного типа. Такая конструкция камеры позволяет избежать необходимости осаждения заряженных частиц на электрод при измерении их заряда. Пролетая через измерительную камеру, заряженная частица индуцирует на ее электроде заряд, который на входном сопротивлении измерительного усилителя 6 создает напряжение, амплитуда которого, как будет показано ниже, пропорциональна размеру частицы. Амплитуда выходного напряжения связана с величиной заряда частицы Q следующей зависимостью:

, (2.2.1)

где К_изм - коэффициент передачи индукционной измерительной камеры; Кус- коэффициент усиления измерительного усилителя; С_вх - емкость входной цепи усилителя.

Пороговая чувствительность метода определяется величиной заряда, приобретаемого частицей в зарядной камере, конструкцией измерительной индукционной камеры датчика и уровнем помех на входе измерительного усилителя. Чувствительность растет с увеличением напряженности электрического поля в зарядной камере, так как q_пр  E_o; реально достижимые значения E_o порядка (6-8)10⁵ В/м. Максимальная чувствительность индукционного способа измерения зарядов движущихся частиц и отсутствие погрешности от разброса радиальной координаты пролета через индукционное кольцо достигается при выполнении следующих условий [13]: t > (50-100)t_o, где t - постоянная времени входной цепи усилителя, t_o=l/h; при h/r_o>3,0 и l/h>2,0 .

Основными помехами, влияющими на чувствительность и погрешность датчика, являются:

1) флюктуационные помехи, обусловленные наличием в воздухе частиц пыли радиусом r < r_min, где r_min - минимальный размер частицы, подлежащей регистрации;

2) флюктуационная помеха, обусловленная собственными шумами усилителя, а также вибрациями измерительного кольца и электрометрического усилителя.

Анализ флюктуационной помехи, создаваемой потоком заряженных частиц, проходящих через измерительную камеру, позволил получить выражение для дисперсии помехового сигнала на входе усилителя и рассчитать в широком диапазоне изменения h , r_o и l среднеквадратичный помеховый сигнал. Так для частицы радиусом 110^-6 м заряд, обусловленный тонкодисперсной пылью с частицами со средним радиусом 0,510^-6 м и массовой концентрацией 1 мг/м³, прошедшими через зарядную камеру с напряженностью E = 610⁵ B/м, составляет 910^-16 К. Такой же порядок имеют и шумы, обусловленные механической вибрацией измерительной линии и собственными шумами усилителя.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при использовании измерительной линии с изменяющимся сечением для измерения зарядов отдельных частиц может быть достигнута предельная