EA 025811B1 20170130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025811b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Устройство (1) для контроля частиц в содержащем аэрозоль канале (11) или пространстве, причем данное устройство (1) содержит эжектор (24); линию (6, 16, 18, 19) подачи газа, выполненную с возможностью подачи в эжектор (24) по существу свободного от частиц потока (C) ионизированного газа; входное устройство (2) для пробы, выполненное с возможностью обеспечения потока (A) пробы аэрозоля из канала (11) или пространства в эжектор (24) посредством засасывания, обеспечиваемого линией (6, 16, 18, 19) подачи газа и эжектором (24) для заряда по меньшей мере части частиц потока (A) пробы аэрозоля; ионную ловушку (12) для удаления ионов, не связанных с частицами, из потока (J) эжектора, испускаемого из эжектора (24); средство для измерения заряда, исходящего из ионной ловушки; отличающееся тем, что ионная ловушка (12) выполнена в виде проволочной ловушки, причем по меньшей мере часть проволочной ловушки расположена в эжекторе (24).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эжектор (24) содержит расширяющийся диффузор (108), и тем, что проволочная ловушка (12) расположена в расширяющемся диффузоре (108) эжектора (24).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эжектор (24) содержит горловину (8), и тем, что проволочная ловушка (12) расположена в горловине (8) эжектора (24).

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) выполнена с возможностью удаления ионов, не связанных с частицами, из потока (J) эжектора посредством электрического поля, магнитного поля, диффузии или их комбинации.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит измерительный корпус (17), внутри которого предусмотрена входная камера (4), расположенная до эжектора (24) и соединенная посредством текучей среды с каналом (11) или пространством через входное устройство (2) для пробы, и камера (22) улавливания ионов, расположенная после эжектора (24), а также тем, что проволочная ловушка (12) выполнена в камере (22) улавливания ионов.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) содержит проводник (25) ловушки, соединяющий проволочную ловушку (12) с источником накопительного напряжения для удаления ионов, не связанных с частицами, а также тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается внутри измерительного корпуса (17) от входной камеры (4) к камере (22) улавливания ионов.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) содержит проводник (25) ловушки, соединяющий проволочную ловушку (12) с источником накопительного напряжения для удаления ионов, не связанных с частицами, а также тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается внутри измерительного корпуса (17) через входную камеру (4) и конструкцию эжектора (24) к камере (22) улавливания ионов.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается в канале (28) проводника ловушки.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что канал (28) проводника ловушки обеспечен потоком (H) защитного газа, текущим к камере (22) улавливания ионов между внутренними стенками канала (28) проводника ловушки и проводником (25) ловушки.

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) и проводник (26) ловушки выполнены в виде одной металлической проволоки или стержня.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 025811 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201390987
(22) Дата подачи заявки
2011.12.28
(51) Int. Cl. G01N15/06 (2006.01) G01N1/22 (2006.01) G01N1/24 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЕ
(31) 20106395
(32) 2010.12.31
(33) FI
(43) 2013.12.30
(86) PCT/FI2011/051159
(87) WO 2012/089924 2012.07.05
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ПЕГАСОР ОЙ (FI)
(72) Изобретатель:
Янка Кауко (FI)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) WO-A1-2009109688 US-A1-2006284077 JP-A-60209167
FRANCISCO J. ROMAY ET AL.: "A Sonic Jet Corona Ionizer for Electrostatic Discharge and Aerosol Neutralization", AEROSOL SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 20, no. 1, 1 January 1994 (1994-01-01), p. 31-41, XP55022567, ISSN: 0278-6826, DOI: 10.1080/02786829408959661, figures 3, 4
(57) Настоящее изобретение относится к устройству (1) для контроля частиц в содержащем аэрозоль канале (11) или пространстве, а также к расположению в этом устройстве ионной ловушки. Устройство (1) содержит эжектор (24), линию (6, 16, 18, 19) подачи газа, выполненную с возможностью подачи в эжектор (24), по существу, свободного от частиц потока (C) ионизированного газа, входное устройство (2) для пробы, предназначенное для обеспечения потока (A) пробы аэрозоля из канала (11) в эжектор (24) посредством засасывания, обеспечиваемого линией (6, 16, 18, 19) подачи газа и эжектором (24) для заряда по меньшей мере части частиц потока (A) пробы аэрозоля, и ионную ловушку (12), продолжающуюся, по меньшей мере, частично в эжектор (24) для удаления ионов, не связанных с частицами. В соответствии с настоящим изобретением ионная ловушка (12) выполнена в виде металлической проволочной ловушки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для контроля частиц и, в частности, к устройству, определенному во вступительной части независимого п. 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Во многих промышленных процессах, а также в процессах горения образуются мелкие частицы, имеющие диаметр. В различных целях производится измерение этих мелких частиц. Измерения мелких частиц могут проводиться из-за их потенциального влияния на здоровье, а также по причинам контроля операций промышленных процессов и процессов горения, таких как работа двигателей внутреннего сгорания, особенно дизельных двигателей. Другой причиной контроля мелких частиц является возрастающее использование и производство наноразмерных частиц в промышленных процессах. Ввиду вышеупомянутых причин существует необходимость в надежном оборудовании и способах для надежного измерения мелких частиц.
Один способ и устройство предшествующего уровня техники для измерения мелких частиц описаны в документе WO 2009109688 A1. В этом способе предшествующего уровня техники в устройство подается чистый, по существу свободный от частиц газ, который направляется в виде движущегося потока текучей среды через входную камеру к установленному внутри устройства эжектору. Затем этот чистый газ до и во время подачи его во входную камеру дополнительно ионизируется. Ионизированный газ предпочтительно может быть введен в эжектор со звуковой или близкой к звуковой скоростью. Ионизация чистого газа может быть выполнена, например, с использованием коронного разряда. Входная камера дополнительно оборудована входным отверстием для забора пробы, расположенным в соединении посредством текучей среды с каналом или пространством, содержащем аэрозоль, имеющий мелкие частицы. Движущийся поток текучей среды (т.е. поток чистого газа) подвергается засасыванию во входное отверстие для забора пробы, так что из газовода или из пространства во входную камеру создается поток пробы аэрозоля. Таким образом, к эжектору в качестве бокового потока обеспечивается поток пробы аэрозоля. Частицы чистого ионизированного газа заряжают по меньшей мере часть частиц. Заряженные частицы могут быть затем направлены назад в газовод или в пространство, содержащее аэрозоль. Таким образом, контроль мелких частиц пробы аэрозоля производится посредством контроля электрического заряда, переносимого этими электрически заряженными частицами. Затем свободные ионы удаляются с использованием ионной ловушки, расположенной после эжектора. Типичный эжектор (или эжекторный насос) включает в себя расширяющийся конус (или расширяющийся выходной диффузор), установленный после узкой горловины, предназначенный для преобразования кинетической энергии газа в давление. Это увеличивает размер и время нахождения газа внутри эжектора. Увеличение времени нахождения газа замедляет время срабатывания измерительного устройства, основанного на способе предшествующего уровня техники (WO 2009109688 A1).
Одним из важных требований к устройствам для контроля мелких частиц является надежная работа, так чтобы они могли работать в течение длительных временных периодов без необходимости технического обслуживания. Во многих применениях, таких как контроль мелких частиц в двигателях внутреннего сгорания, предпочтительно также, чтобы устройство для контроля могло работать непрерывно для выполнения измерений мелких частиц в режиме реального времени. Кроме того, во многих случаях устройства для контроля мелких частиц должны быть установлены в существующих системах, в которых есть лишь ограниченный объем пространства для этого устройства для измерения частиц. Обычно промышленные системы, системы сгорания или другие системы, содержащие аэрозоль, построены как можно более компактно. Поэтому устройство для измерения мелких частиц также должно быть малых размеров. Преимущество малых размеров, однако, не сводится только к использованию ограниченного пространства. Более важным преимуществом малых размеров является минимизация потерь частиц в измерительном устройстве. Кроме того, малые размеры делают возможным уменьшение времени срабатывания для измерения вследствие более быстрого потока газа через небольшой измерительный объем.
Во многих случаях важно, чтобы производственная стоимость устройства была мала. По этой причине конструкция устройства не должна быть слишком сложной в изготовлении.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложить устройство и схему с тем, чтобы исключить недостатки, присущие предшествующему уровню техники. Задачи настоящего изобретения достигнуты в устройстве в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения, которое содержит ионную ловушку 12, выполненную в виде проволочной ловушки.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идее создания устройства для контроля частиц аэрозоля зарядкой по меньшей мере части частиц посредством по существу свободного от частиц ионизированного газа, поданного в эжектор, и удалением, по существу, за эжектором ионов, не связанных с частицами, посредством ионной ловушки, выполненной в виде проволоки или стержня. Проволочная ионная ловушка может быть прямой, или же она может быть изогнута в криволинейную конфигурацию. Проволочная ловушка продолжается, по меньшей мере, частично в эжектор. В одном варианте осуществления прово
лочная ловушка выполнена таким образом, что она продолжается, по меньшей мере, частично в горловину эжектора. Когда проволочная ловушка продолжается в горловину (предпочтительно в ее расходящуюся часть), ионная ловушка использует конструкции эжектора и внутренний объем. В результате, общий размер измерительного устройства и время пребывания пробы газа в датчике могут быть сокращены. Сокращенное время пребывания позволяет ускорить время срабатывания измерительного устройства.
Ионные ловушки на основе проволоки или стержня как таковые известны в предшествующем уровне техники. Патентная заявка США 2006/0284077 A1, от компании TSI Incorporated, поданная 21.12.2006 г., описывает инструмент для неинвазивного измерения воздействия наночастиц, который включает в себя генерирующий ионы элемент на основе коронного разряда, предназначенный для выполнения униполярного диффузионного заряда аэрозоля, за которым следует ионная ловушка для удаления избыточных ионов и части заряженных частиц с электрической подвижностью выше пороговой. Элементы с повышенной электрической подвижностью предпочтительно извлекаются с использованием электростатического пылеуловителя с трубчатой электропроводящей конструкцией, который окружает проводящий элемент, электрически изолированный от этой конструкции. В публикации, однако, отсутствуют описания преимуществ, которые достижимы при использовании эжектора, и, таким образом, инструмент может иметь недостаток, связанный с потерями частиц.
Преимущество эжектора в устройстве для измерения частиц, которое основано на измерении электрического заряда, переносимого частицами, заключается в том, что он позволяет выполнять быстрое смешивание ионов и частиц. Эжектор обычно состоит из трех частей: входной насадки, горловины и расширяющегося выходного диффузора. Автор изобретения обнаружил, что смешивание в эжекторе движущегося потока текучей среды и бокового потока так эффективно, что на практике частицы заряжаются ионами, переносимыми движущимся потоком текучей среды в горловину эжектора самыми последними. Таким образом, ионная ловушка, используемая для удаления из потока избыточных ионов, может быть, по меньшей мере, частично собрана в эжекторе и, таким образом, может значительно сократить путь потока и минимизировать размер устройства для контроля частиц. Это минимизирует также потери частиц в устройстве для измерения частиц и дает возможность ускорить время срабатывания устройства. Предпочтительно, особенно в случае цилиндрически симметричной конструкции, чтобы высоковольтный электрод ионной ловушки имел форму стержня, наиболее предпочтительно проволоки, которая не влияет, по существу, на картину потока внутри устройства для измерения частиц. Поверхности эжектора, особенно внутренняя поверхность расширяющегося диффузора, и в некоторых случаях внутренняя поверхность горловины, работают как электроды накопления ионов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ионная ловушка образована как отдельная проволока или стержень с обеспечением проволочной ионной ловушки и проводника ионной ловушки. Ионная ловушка выполнена таким образом, что она продолжается внутри измерительного корпуса от входной камеры до камеры улавливания ионов и до эжектора, в котором она образует ионную ловушку.
Настоящее изобретение имеет то преимущество, что проволочная ионная ловушка обеспечивает для ионной ловушки простую механическую конструкцию. Эта простая механическая конструкция увеличивает надежную работу, так что устройство для контроля частиц или датчик частиц может работать в течение длительных временных периодов без необходимости технического обслуживания. Конфигурация ионной ловушки, в которой проводник ловушки продолжается внутри измерительного корпуса от входной камеры до камеры улавливания ионов и до эжектора, обеспечивает также компактную конструкцию и уменьшает внешние размеры или диаметр устройства. Проволочная ловушка может быть также сформирована в такой конфигурации, которая позволяет уменьшить размеры корпуса улавливания ионов и, таким образом, - внешние размеры или длину устройства. Проволочная ловушка может быть также сформирована в такой конфигурации, которая разрешает использование умеренных напряжений для улавливания ионов.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно совместно с предпочтительными вариантами осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых
фиг. 1 представляет собой схематичный вид устройства предшествующего уровня техники для контроля частиц;
фиг. 2 представляет собой схематичный вид одного варианта осуществления устройства для контроля частиц в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 3 представляет собой схематичный вид одного варианта осуществления проводника ионной ловушки.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 показывает один вариант осуществления устройства предшествующего уровня техники для контроля частиц. Устройство содержит внешний корпус 50, внутри которого обеспечен измерительный корпус 17 и по меньшей мере часть электрических компонентов, а также проводников 30 устройства. Как видно на фиг. 1, электрические компоненты и проводники 30 расположены, по существу, снаружи изме
рительного корпуса 17, таким образом, между внешним корпусом 50 и измерительным корпусом 17.
Измерительный корпус 17 обеспечивает пространство, в котором производится контроль частиц аэрозоля. Поток А пробы аэрозоля направляется из канала, газовода или пространства, содержащего аэрозоль, внутрь измерительного корпуса 17 для контроля или измерения частиц в аэрозоле. Устройство 1 подсоединено к газоводу 11 для аэрозоля с той стороны, где проходит поток F аэрозоля. Таким образом, устройство 1 предназначено для контроля мелких частиц или частиц в потоке F аэрозоля. Газовод для аэрозоля может быть выпускным газоводом двигателя внутреннего сгорания и т.п. Альтернативно, газо-вод для аэрозоля может быть любым пространством, содержащим аэрозоль, или любым газоводом или каналом, имеющим поток F аэрозоля. Пространство не должно содержать поток аэрозоля, но устройство может быть также сконфигурировано для контроля частиц по существу стационарного аэрозоля, например частиц воздуха в помещении. На фигурах устройство для контроля частиц подсоединено с внешней стороны газовода 11 для аэрозоля к боковой стороне стенки этого газовода 11 для аэрозоля. Эта конфигурация требует, чтобы в боковых стенках газовода 11 были выполнены отверстия, но устройство не влияет значительным образом на условия потока внутри газовода 11. В другом варианте осуществления устройство для контроля частиц может быть расположено внутри газовода 11 для аэрозоля. В этом варианте осуществления устройство может быть подсоединено к внутренней стороне стенок газовода 11, и никаких отверстий в боковых стенках газовода 11 делать не нужно. Устройство может быть расположено внутри газовода для аэрозоля или выпускного газовода, например когда оно используется для контроля частиц в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания.
Устройство 1 содержит входное отверстие 2 для пробы, предназначенное для направления потока A пробы аэрозоля. Отверстие 2 для пробы находится в соединении посредством текучей среды с газоводом 11 для аэрозоля внутри измерительного корпуса 17 устройства 1. Устройство 1 предпочтительно содержит также выходное отверстие 10 для пробы, через которое из измерительного корпуса 17 и устройства 1 выходит проанализированный поток В пробы аэрозоля. В варианте осуществления по фиг. 1 проанализированная проба аэрозоля В возвращается в газовод 11 для аэрозоля. Выходное отверстие 10 для пробы может быть также расположено так, чтобы направлять проанализированную пробу В аэрозоля непосредственно в окружающую атмосферу или в какое-нибудь другое место, например в контейнер. Соответственно, нет необходимости в том, чтобы устройство 1 собирало или сохраняло пробу A аэрозоля, полученную из газовода 11 для аэрозоля. В альтернативном варианте осуществления устройство может также содержать входное устройство 2 для пробы, содержащее одно или больше входных отверстий для пробы. Кроме того, устройство может также содержать выходное устройство 10 для пробы, содержащее одно или больше выходных отверстий для пробы.
Устройство 1 содержит входную камеру 4, а входное отверстие 2 для пробы сконфигурировано для обеспечения соединения посредством текучей среды между газоводом 11 для аэрозоля и входной камерой 4. Устройство дополнительно содержит линию подачи газа для подачи во входную камеру 4 свободного от частиц газа C. Линия подачи газа содержит разъем 18 для подачи газа, через который чистый газ может подаваться от источника 19 газа. Газ может быть очищен в фильтре или в ему подобном устройстве, по существу, для удаления частиц из газа, так что концентрация частиц в сжатом газе заметно ниже, чем концентрация частиц в потоке A пробы аэрозоля. Чистый газ может быть воздухом или каким-либо иным подходящим газом. Чистый газ, прежде чем подаваться во входную камеру 4, может быть также подвергнут дополнительной обработке. Эта обработка может включать в себя охлаждение или нагрев газа и регулировку скорости потока и объема газа посредством контроллера потока. Затем чистый газ через разъем 18 подачи газа подается в измерительное устройство 1.
Устройство 1 дополнительно содержит канал 16 подачи чистого газа, через который чистый газ подается во входную камеру 4 устройства 1. Канал 16 подачи чистого газа находится в соединении посредством текучей среды с каналом 18 подачи газа и содержит отверстие насадочной головки 6 во входную камеру 4. Устройство дополнительно оснащено ионизирующим устройством 14 для ионизации по меньшей мере части чистого газа перед подачей или во время подачи чистого газа из насадочной головки 6 во входную камеру 4. В варианте осуществления по фиг. 1 ионизирующее устройство 14 расположено в канале 16 подачи чистого газа. В варианте осуществления по фиг. 1 ионизирующее устройство представляет собой иглу 14 коронного разряда, продолжающуюся в канал 16 подачи чистого газа. Ионизирующее устройство 14 может быть также электродом любого вида, пригодным для ионизации чистого газа. Наса-дочная головка 6 и игла 14 коронного разряда предпочтительно сконфигурированы так, что игла 14 коронного разряда продолжается, по существу, вблизи насадочной головки 6. Это способствует тому, чтобы игла 14 коронного разряда оставалась чистой и повышала генерацию ионов. Чистый газ, проходящий мимо иглы 14 коронного разряда, поддерживает иглу коронного разряда чистой. Игла 14 коронного разряда изолирована от стенок канала потока чистого газа, а также от корпуса 17 устройства 1 посредством одного или большего количества электрических изоляторов 35. Стенки канала 16 подачи чистого газа предпочтительно находятся под тем же самым потенциалом, что и игла 14 коронного разряда. В соответствии с вышеупомянутым, канал 16 подачи газа сконфигурирован для подачи во входную камеру 4 по существу свободного от частиц потока C ионизированного газа.
Устройство дополнительно оснащено эжектором 24. Этот эжектор 24 содержит сужающуюся
расширяющуюся насадку 24, образующую, таким образом, сужающийся-расширяющийся канал потока, -горловину 8 эжектора 24. Эжектор 24 представляет собой устройство, подобное насосу, использующее момент главного потока для создания всасывания для бокового потока текучей среды. Главный поток текучей среды и боковой поток текучей среды в эжекторе 24, по меньшей мере, частично смешиваются. После прохождения горловины 8 эжектора 24 смешанный поток расширяется, и его скорость падает, что приводит к обратному преобразованию кинетической энергии в энергию давления. В альтернативном варианте осуществления устройство может также содержать один или большее количество каналов 16 подачи чистого газа, игл 14 коронного разряда и эжекторов 24.
В варианте осуществления по фиг. 1 по существу свободный от частиц поток С ионизированного газа, вышедший из насадки 6, подается к горловине 8 эжектора 24 как главный поток. Поэтому канал 16 подачи чистого газа и насадочная головка 6 сконфигурированы для подачи по существу свободного от частиц потока C газа с высокой скоростью в горловину 8. Скорость по существу свободного от частиц потока С газа предпочтительно звуковая или близкая к звуковой. В эжекторе 24 по существу свободный от частиц поток C газа образует всасывание во входное отверстие 2 для пробы, так что поток A пробы аэрозоля может всасываться во входную камеру 4. Поток A пробы аэрозоля образует боковой поток эжектора 24. Скорость потока A пробы аэрозоля, по существу, зависит только от геометрии эжектора 24 и от скорости по существу свободного от частиц потока C ионизированного газа. В предпочтительном варианте осуществления отношение главного потока C к боковому потоку A мало, предпочтительно менее чем 1:1, а более предпочтительно менее чем 1:3. В соответствии с вышеупомянутым, нет необходимости для активной подачи потока A пробы аэрозоля в устройство 1, но он может всасываться посредством подачи чистого газа и эжектора 24.
По существу свободный от частиц поток C ионизированного газа и поток пробы аэрозоля смешиваются во входной камере 4 и в эжекторе 24, так что частицы потока A пробы аэрозоля во время смешивания электрически заряжаются потоком C ионизированного чистого газа. По существу свободный от частиц поток C ионизированного газа и поток A пробы аэрозоля вместе образуют поток J эжектора, исходящий из эжектора 24, а конкретно - из горловины 8 эжектора 24. Устройство 1 на боковой стороне измерительного корпуса 17 дополнительно содержит камеру 22 улавливания ионов. Эта камера 22 улавливания ионов содержит ионную ловушку 12 для удаления ионов, которые не связаны с частицами потока A пробы аэрозоля. Ионная ловушка 12 может быть обеспечена накопительным напряжением для удаления упомянутых свободных ионов. Напряжение, используемое для улавливания свободных ионов, зависит от конструктивных параметров устройства 1, но обычно напряжение ионной ловушки 12 составляет 10 В-30 кВ. Напряжение ионной ловушки 12 может быть также отрегулировано для удаления частиц ядерного вида или даже мельчайших частиц в режиме накопления. В альтернативном варианте осуществления ионная ловушка 12 сконфигурирована для удаления ионов, которые не связаны с частицами, из потока J эжектора посредством электрического поля, магнитного поля, диффузии или их комбинации.
Смешанные вместе проба аэрозоля и по существу чистый газ - поток J эжектора - выходят из устройства 1 через выходное отверстие 10 вместе с заряженными частицами пробы аэрозоля. Выходное отверстие 10 находится в соединении посредством текучей среды с камерой 22 улавливания ионов для вывода выпускного потока B из устройства 1. Выходное отверстие 10 может быть сконфигурировано для подачи выпускного потока B назад в газовод 11 для аэрозоля или в окружающую атмосферу, или в какое-либо другое место.
Частицы аэрозоля F в газоводе 11 для аэрозоля контролируются посредством измерения электрического заряда, переносимого этими электрически заряженными частицами потока A пробы аэрозоля. В предпочтительном варианте осуществления частицы аэрозоля F контролируются посредством измерения электрического заряда, убывающего вместе с электрически заряженными частицами из устройства 1 с потоком J эжектора через выходное отверстие 10. Измерение заряда, переносимого электрически заряженными частицами, может быть выполнено многими альтернативными способами. В одном варианте осуществления заряд, переносимый электрически заряженными частицами, измеряется посредством измерения полного тока, выходящего из выходного отверстия 10 для пробы. Чтобы можно было измерять малые токи, обычно уровня пикоампер, все устройство 1 изолировано от окружающих систем. На фиг. 1 устройство 1 оснащено установочными изоляторами 13 для изоляции устройства 1 от газовода 11. Между изолированным устройство 1 (т.е. выводом в стенке корпуса 50) и точкой заземления окружающих систем может быть собран электрометр 34. В схеме такого рода электрометр 34 может измерять заряд, исходящий из изолированного устройства 1 вместе с ионизированными частицами. Другими словами, схема такого рода измеряет выходной ток.
Фиг. 1 показывает один вариант осуществления для контроля частиц измерением тока, выходящего из устройства 1. Выходной ток измеряется электрической схемой 30. Эта электрическая схема 30 содержит источник 36 высокого напряжения, подсоединенный к ионизирующему устройству 14 для подачи высокого напряжения на ионизирующее устройство 14. Источник 36 высокого напряжения электрически изолирован от остальной системы через изолирующий трансформатор 38 и электрические изоляторы 35. Ионизирующее устройство 14 находится под тем же электрическим потенциалом, что и стенки канала 16 газа. Электрическая схема 30 дополнительно содержит электрометр 34, собранный между ионизирую
щим устройством 14 и точкой, имеющей гальванический контакт со стенкой измерительного корпуса 17. Первый контакт источника 36 высокого напряжения подсоединен к ионизирующему устройству 14, а второй контакт подсоединен к первому входу электрометра 34. Второй вход электрометра 34 подсоединен к стенке измерительного корпуса 17 и к ионной ловушке 12. В электрической схеме 30 такого рода электрометр 34 измеряет заряд, выходящий из камеры 22 улавливания ионов и из устройства с ионизированными частицами, т.е. измеряет выходной ток.
Ионная ловушка 12 препятствует выходу свободных ионов из устройства 1. Ионная ловушка 12 подсоединена к источнику 29 накопительного напряжения через проводник 25 ионной ловушки. В предшествующем уровне технике ионная ловушка 12 исполняется в виде сетчатых электродов или пластинчатых электродов. Фиг. 1 показывает один вариант осуществления в предшествующем уровне техники, в котором "пластинчатое" устройство ионной ловушки 12 расположено после эжектора 24 для удаления свободных ионов из потока J эжектора. Ионная ловушка 12 подсоединена к источнику 29 накопительного напряжения через проводник 25 ионной ловушки, выполненный таким образом, что он продолжается, начиная, по существу, снаружи измерительного корпуса 17, в частности между внешним корпусом 50 и измерительным корпусом 17 устройства 1. В альтернативном варианте осуществления ионная ловушка может быть сконфигурирована для удаления ионов, не связанных с частицами, из потока J эжектора посредством электрического поля, магнитного поля, диффузии или их комбинации.
Фиг. 2 показывает один вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 проволочная ловушка 12 изогнута и продолжается, по меньшей мере, частично в эжектор 24, который состоит из входной насадки 118, горловины 8 и расширяющегося диффузора 108. Более конкретно, проволочная ловушка 12 сконфигурирована таким образом, что продолжается, по меньшей мере, частично в горловину 8 эжектора 24 или, по меньшей мере, частично в часть диффузора 108 эжектора 24. Эта конфигурация по фиг. 2 дает возможность использовать диффузор 108 или горловину 8 эжектора 24 для удаления свободных ионов, не связанных с частицами. Поэтому проволочная ловушка 12 использует длину эжектора 24 таким образом, что длина устройства и, в частности, длина камеры 22 улавливания ионов могут быть сокращены. При испытаниях было с удивлением замечено, что когда проволочная ловушка 12 продолжается, по меньшей мере, частично в эжектор 24, это не влияет на зарядку частиц, а также, что ионизация частиц осуществляется хорошо до самого выхода эжектора 24.
Как видно на фиг. 2, устройство 1, образующее датчик частиц, содержит измерительный корпус 17, внутри которого установлен эжектор 24. Внутри измерительного корпуса 17 и до эжектора 24 расположена входная камера 4. Эта входная камера 4 оснащена линией 6, 16, 18 19 подачи газа, подающей в эжектор 24, по существу свободный от частиц поток C ионизированного газа для обеспечения потока A пробы аэрозоля через входное устройство 2 для пробы из канала 11 или из какого-либо пространства. За эжектором 24 внутри измерительного корпуса 17 установлена камера 22 улавливания ионов. Эта камера 22 улавливания ионов оснащена устройством 12, 25, 26 ионной ловушки, содержащим ионную ловушку 12, подсоединенную к источнику 29 накопительного напряжения посредством проводника 25 ловушки для обеспечения ионной ловушки 12 накопительным напряжением для удаления из потока J эжектора ионов, не связанных с частицами. Источник 29 накопительного напряжения расположен вне измерительного корпуса 17. Как показано на фиг. 2, проводник 25 ловушки сконфигурирован таким образом, что продолжается внутри измерительного корпуса 17 и, более конкретно, - с боковой стороны измерительного корпуса 17 от входной камеры 4 до камеры 22 улавливания ионов, для подачи на ионную ловушку 12 накопительного напряжения. В одном варианте осуществления проводник 25 ловушки сконфигурирован таким образом, что продолжается внутри измерительного корпуса 17 и, более конкретно, - с боковой стороны измерительного корпуса 17 через входную камеру 4 и конструкцию эжектора 24 к камере 22 улавливания ионов для подачи на ионную ловушку 12 накопительного напряжения.
Проводник 25 ловушки электрически изолирован от измерительного корпуса 17. Этот проводник 25 ловушки с целью изоляции может быть оснащен внешним изолирующим слоем. Измерительный корпус 17 может быть оснащен каналом 28 проводника ловушки, через который внутри измерительного корпуса 17 проходит проводник 25 ловушки, - для отделения проводника (25) ловушки от потока A пробы аэрозоля, от по существу свободного от частиц потока C ионизированного газа и от потока J эжектора. Канал 28 проводника ловушки может обеспечить электрическую изоляцию для проводника 25 ловушки внутри измерительного корпуса 17. Как показано на фиг. 2, канал 28 проводника ловушки может продолжаться от входной камеры 4 до камеры 22 улавливания ионов или через входную камеру 4 и конструкцию эжектора 24 до камеры 22 улавливания ионов, так что проводник 25 ловушки может проходить внутри измерительного корпуса 17 к камере 22 улавливания ионов таким образом, чтобы этот проводник 25 ловушки не подвергался воздействию потока A пробы аэрозоля и по существу свободного от частиц потока C ионизированного газа. Эжектор 24 может быть изготовлен из керамического материала. Керамический материал эжектора 24 может быть сконфигурирован для продолжения через всю входную камеру 4 таким образом, чтобы канал 28 проводника ловушки мог быть обеспечен керамическим материалом. Таким образом, канал 28 проводника ловушки может продолжаться через керамический материал от электронной схемы через входную камеру и конструкцию эжектора в камеру 22 улавливания ионов. Канал 28 проводника ловушки может быть образован высверливанием его в керамическом материале. Когда кера
мический материал использован и для образования эжектора 24, этот керамический материал может быть покрыт электрически проводящим слоем, таким как слой металла. Затем устанавливается соединение электрически проводящего покрытия со стенками измерительного корпуса 17, так чтобы керамический материал имел одинаковый потенциал с измерительным корпусом 17. В альтернативном варианте осуществления керамический материал может быть заменен каким-либо другим материалом. А в еще одном альтернативном варианте осуществления канал 28 проводника ловушки может быть оснащен отдельным канальным элементом, размещенным внутри измерительного корпуса 17. Этот канал 28 проводника ловушки предотвращает загрязнение проводника 25 ловушки, обусловленное потоком А пробы аэрозоля.
Канал 28 проводника ловушки может загрязниться, поскольку загрязнения, такие как мелкие частицы пробы аэрозоля, могут проникнуть в канал 28 проводника ловушки через отверстие, из которого ионная ловушка 12 или держатель 26 ионной ловушки продолжается в камеру 22 улавливания ионов. Держателем 26 ионной ловушки может быть любая механическая и электрически проводящая часть, выполненная таким образом, чтобы удерживать ионную ловушку 12 и проводить накопительное напряжение от проводника 25 ионной ловушки к ионной ловушке 12. Держатель 26 ионной ловушки может быть отдельной частью или он может быть цельной частью проводника 25 ионной ловушки или ионной ловушки 12, или и того и другого. Чтобы предотвратить загрязнение канала 28 проводника ловушки, его можно было обеспечить потоком H защитного газа, протекающим вдоль канала 28 проводника ловушки к камере 22 улавливания ионов между внутренними стенками канала 28 проводника ловушки и проводником 25 ловушки. Поток Н защитного газа может содержать любой подходящий газ из любого источника подходящего газа. В предпочтительном варианте осуществления поток H защитного газа обеспечивается из источника 19 газа, подающего также по существу свободный от частиц поток газа во входную камеру 4. Канал 28 проводника ловушки и проводник 25 ловушки предпочтительно имеют разные формы поперечного сечения для обеспечения зазора между каналом 28 проводника ловушки и проводником 25 ловушки, и в этом зазоре течет поток Н защитного газа. Фиг. 3 показывает один вариант осуществления, в котором канал 28 проводника ловушки имеет, по существу, круговое поперечное сечение, а проводник 25 ионной ловушки - по существу, прямоугольное поперечное сечение.
Ионная ловушка 12 может быть отдельным элементом, электрически соединенным с проводником 25 ионной ловушки - с держателем 26 ловушки или без него. Отдельная ионная ловушка 12 может быть пластинчатой ионной ловушкой, сетчатой или может быть ионной ловушкой любой другой, по существу, трехмерной конфигурации.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ионная ловушка 12 и проводник 25 ионной ловушки выполнены в виде отдельной металлической проволоки или стержня без держателя 26 ловушки. Ионная ловушка или проволочная ловушка 12 может быть реализована, как описано выше. Таким образом, проволочная ловушка 12 продолжается в канале 28 проводника ловушки в виде проводника ионной ловушки, из которого она входит в камеру 22 улавливания ионов в виде ионной ловушки 12. Это обеспечивает простое и компактное решение для конфигурации ионной ловушки. При конфигурации ионной ловушки такого рода ионная ловушка 12 может представлять собой продольно расположенную проволоку или стержень, сконфигурированный с возможностью продолжаться, по меньшей мере, частично в эжектор 24 или, по меньшей мере, частично в горловину 8 эжектора 24 внутри камеры 22 улавливания ионов.
Для специалиста в данной области техники очевидно, что по мере развития технологии основная идея настоящего изобретения может быть реализована различными способами. Поэтому данное изобретение и его варианты осуществления не ограничены вышеприведенными примерами, а могут изменяться в пределах объема, определенного пунктами формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (1) для контроля частиц в содержащем аэрозоль канале (11) или пространстве, причем данное устройство (1) содержит
эжектор (24);
линию (6, 16, 18, 19) подачи газа, выполненную с возможностью подачи в эжектор (24) по существу свободного от частиц потока (C) ионизированного газа;
входное устройство (2) для пробы, выполненное с возможностью обеспечения потока (A) пробы аэрозоля из канала (11) или пространства в эжектор (24) посредством засасывания, обеспечиваемого линией (6, 16, 18, 19) подачи газа и эжектором (24) для заряда по меньшей мере части частиц потока (A) пробы аэрозоля;
ионную ловушку (12) для удаления ионов, не связанных с частицами, из потока (J) эжектора, испускаемого из эжектора (24);
средство для измерения заряда, исходящего из ионной ловушки;
отличающееся тем, что ионная ловушка (12) выполнена в виде проволочной ловушки, причем по меньшей мере часть проволочной ловушки расположена в эжекторе (24).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эжектор (24) содержит расширяющийся диффузор
(108), и тем, что проволочная ловушка (12) расположена в расширяющемся диффузоре (108) эжектора (24).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эжектор (24) содержит горловину (8), и тем, что проволочная ловушка (12) расположена в горловине (8) эжектора (24).
4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) выполнена с возможностью удаления ионов, не связанных с частицами, из потока (J) эжектора посредством электрического поля, магнитного поля, диффузии или их комбинации.
5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит измерительный корпус (17), внутри которого предусмотрена входная камера (4), расположенная до эжектора (24) и соединенная посредством текучей среды с каналом (11) или пространством через входное устройство (2) для пробы, и камера (22) улавливания ионов, расположенная после эжектора (24), а также тем, что проволочная ловушка (12) выполнена в камере (22) улавливания ионов.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) содержит проводник (25) ловушки, соединяющий проволочную ловушку (12) с источником накопительного напряжения для удаления ионов, не связанных с частицами, а также тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается внутри измерительного корпуса (17) от входной камеры (4) к камере (22) улавливания ионов.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) содержит проводник (25) ловушки, соединяющий проволочную ловушку (12) с источником накопительного напряжения для удаления ионов, не связанных с частицами, а также тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается внутри измерительного корпуса (17) через входную камеру (4) и конструкцию эжектора (24) к камере (22) улавливания ионов.
8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что проводник (25) ловушки выполнен таким образом, что он продолжается в канале (28) проводника ловушки.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что канал (28) проводника ловушки обеспечен потоком (H) защитного газа, текущим к камере (22) улавливания ионов между внутренними стенками канала (28) проводника ловушки и проводником (25) ловушки.
10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что проволочная ловушка (12) и проводник
(26) ловушки выполнены в виде одной металлической проволоки или стержня.
^§8) Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025811
- 1 -
(19)
025811
- 1 -
(19)
025811
- 1 -
(19)
025811
- 2 -
(19)
025811
- 1 -
(19)
025811
- 4 -
025811
- 8 -