Detector de partículas de bajo costo habilitado para fabricación aditiva

La detección y la regulación de las emisiones de partículas son de gran importancia. El protocolo es importante porque permite a cualquiera construir, probar y usar un sensor de partículas simple. La ventaja del método radica no solo en esta simplicidad, sino también en las posibilidades versátiles de adaptar la forma del sensor a diferentes necesidades con un equipo mínimo y costos generales mínimos.

Además del hollín, el sensor puede detectar verdades de partículas cargadas y es adecuado para muchas aplicaciones. Por ejemplo, detección de metales particulares para centrales eléctricas, incendios forestales en industrias y automóviles. Para comenzar a fabricar los electrodos se necesitan dos tubos de cobre, que tienen diámetros de 18 milímetros y 22 milímetros respectivamente.

Mida nueve milímetros desde la parte superior de ambas tuberías y marque estas posiciones. Corte a través de las tuberías usando un cortador de tuberías en las marcas sin aplicar demasiada fuerza. Desbarbar los anillos de cobre con cuidado sin ejercer demasiada presión sobre ellos y sin rayar las superficies de los electrodos.

Este es un paso crítico que afecta el rendimiento de los sensores. A continuación, antes de soldar los electrodos, pula los anillos de cobre para eliminar la capa de cobre oxidado en las superficies. Sujete el anillo a soldar en un vicio.

Pre-tin tanto el anillo de cobre como el cable antes de soldar el cable al anillo. Suelde el cable rojo al anillo de cobre interior de 18 milímetros y el cable negro al anillo exterior de cobre de 22 milímetros. Pegue el soporte del electrodo interno en el canal de flujo y espere una hora para que el pegamento se endurezca.

Luego guíe el cable a través del canal de cable asegurándose de que haya suficiente espacio para el punto de soldadura. Coloque el anillo del electrodo interior de 18 milímetros en el soporte. A continuación, alimente el cable a través del canal de cable y coloque el anillo de electrodo exterior de 22 milímetros en el soporte respectivo.

Pegue el soporte exterior del electrodo en el canal de flujo. Inserte el espaciador en el espacio entre los dos electrodos de cobre y espere una hora para que el pegamento se endurezca. Selle todos los canales de cable con pegamento epoxi.

Luego espere toda la noche a que el pegamento se cure. Al día siguiente, inserte el sello de vacío en la válvula impresa del electrodo exterior. Luego, después de insertar los dos lados del sensor entre sí, ajústelos con la abrazadera de vacío.

Construya la configuración del sensor como se muestra en la imagen. Para hacerlo, primero, conecte la fuente de alimentación de alto voltaje al cable rojo del sensor del electrodo de alto voltaje. A continuación, conecte el cable negro del sensor a la entrada de voltaje del multímetro de banco.

A continuación, después de recoger el electrómetro de tierra o GND con una fuente de alimentación GND, conecte el cable USB del multímetro a la PC. Una vez que el multímetro está conectado a la PC, incorpore el sensor en la configuración de medición de aerosol de acuerdo con el diseño mostrado. Asegúrese de que el puente de dilución esté cerrado antes de comenzar el experimento. Conecte la salida del puente de dilución a la entrada del mezclador de aerosoles y la salida dos de la mezcla de aerosol a la entrada del sensor.

Conecte un filtro HEPA o absorbente de partículas de alta eficiencia a la salida del sensor y conecte la salida HEPA al controlador de flujo másico o a la entrada MFC. Utilice un accesorio de wye y conecte la salida del mezclador de aerosol y el flujo de aire de dilución al extremo dividido del accesorio wye. En el extremo único de la conexión, conecte la entrada del instrumento de referencia.

Comience el experimento conectando el generador de aerosol al puente de dilución asegurándose de que el puente de dilución esté cerrado. Haga clic en Medir en el instrumento de referencia. Abra lentamente el puente de dilución hasta alcanzar la concentración másica de aerosol deseada de tres a cinco miligramos por metro cúbico antes de registrar los datos en el instrumento de referencia.

Observe la concentración de masa de partículas del instrumento de referencia. Cuando la fuente de aerosol esté estable, encienda la fuente de alimentación del sensor a 1.000 voltios y comience a registrar los datos. Después de alcanzar un estado de equilibrio para la acumulación y fragmentación de las dendritas, la señal del sensor se volvió proporcional a la concentración de hollín entrante.

El eje vertical muestra la señal del sensor en amperios, y el eje horizontal muestra la concentración de aerosol medida por el instrumento de referencia en miligramos por metro cúbico. Se calculó un ajuste lineal con sus parámetros representativos a partir de la gráfica. Además, un experimento en el que ocurrió un cortocircuito debido a la formación de puentes de hollín dentro de los electrodos mostró que la señal se elevaba abruptamente en pasos sin detenerse ni aplanarse.

Las dendritas ya no se formaban y el sensor ya no estaba en un estado de equilibrio. Es crucial fabricar los electrodos con mucho cuidado y crear un espacio de electrodo uniforme. Para garantizar un entorno de prueba fiable, la configuración experimental debe reproducirse como se ha demostrado.

Este protocolo debería motivar a agencias, empresas, equipos de investigación y científicos ciudadanos a reproducir esta construcción simple del sensor y construir su propio detector de partículas.