Additive Manufacturing-enabled low-cost deeltjesdetector

De detectie en regulering van deeltjesemissies zijn van groot belang. Het protocol is belangrijk omdat het iedereen in staat stelt om een eenvoudige deeltjessensor te bouwen, te testen en te gebruiken. Het voordeel van de methode ligt niet alleen in deze eenvoud, maar ook in de veelzijdige mogelijkheden om de sensorvorm aan te passen aan verschillende behoeften met minimale apparatuur en minimale totale kosten.

Naast roet kan de sensor waarheden van geladen deeltjes detecteren en is geschikt voor vele toepassingen. Bijvoorbeeld bijzondere metaaldetectie voor energiecentrales, bosbranden in industrieën en auto's. Om te beginnen met de productie van de elektroden zijn twee koperen buizen nodig, met diameters van respectievelijk 18 millimeter en 22 millimeter.

Meet negen millimeter vanaf de bovenkant van beide leidingen en markeer deze posities. Snijd door de buizen met behulp van een pijpensnijder bij de markeringen zonder al te veel kracht uit te oefenen. Ontbraam de koperen ringen voorzichtig zonder er te veel druk op uit te oefenen en zonder krassen op de elektrodeoppervlakken.

Dit is een cruciale stap die de prestaties van de sensoren beïnvloedt. Vervolgens, voordat u de elektroden soldeert, polijst u de koperen ringen om de geoxideerde koperlaag op de oppervlakken te verwijderen. Klem de te solderen ring in een bankschroef.

Pre-tin zowel de koperen ring als de kabel voordat u de kabel aan de ring soldeert. Soldeer de rode kabel aan de 18 millimeter binnenste koperen ring en de zwarte kabel aan de 22 millimeter buitenste koperen ring. Plak de binnenste elektrodehouder op het stroomkanaal en wacht een uur om de lijm te laten uitharden.

Leid vervolgens de kabel door het kabelkanaal en zorg ervoor dat er voldoende ruimte is voor het soldeerpunt. Plaats de 18 millimeter binnenste elektrodering op de houder. Voer vervolgens de kabel door het kabelkanaal en plaats de buitenste elektrodering van 22 millimeter op de betreffende houder.

Lijm de buitenste elektrodehouder op het stroomkanaal. Steek de afstandhouder in de opening tussen de twee koperen elektroden en wacht een uur om de lijm te laten uitharden. Sluit alle kabelgoten af met epoxylijm.

Wacht vervolgens een nacht tot de lijm is uitgehard. Plaats de volgende dag de vacuümafdichting in de geprinte klep van de buitenste elektrode. Bevestig ze vervolgens, nadat u de twee sensorzijden in elkaar hebt gestoken, met de vacuümklem.

Bouw de sensoropstelling zoals gedemonstreerd in de afbeelding. Om dit te doen, sluit u eerst de hoogspanningsvoeding aan op de rode sensorkabel van de hoogspanningselektrode. Sluit vervolgens de zwarte sensorkabel aan op de multimeterspanningsingang van de bank.

Sluit vervolgens na het verzamelen van de elektrometeraarde of GND met een voeding GND de multimeter USB-kabel aan op de pc. Zodra de multimeter op de pc is aangesloten, neemt u de sensor op in de aerosolmeetopstelling volgens de weergegeven lay-out. Zorg ervoor dat de verdunningsbrug gesloten is voordat u met het experiment begint. Sluit de uitlaat van de verdunningsbrug aan op de inlaat van de aerosolmenger en laat twee van het aerosolmengsel in de sensorinlaat uit.

Sluit een hoogrendementsdeeltjesabsorberend of HEPA-filter aan op de sensoruitlaat en sluit de HEPA-uitlaat aan op de massflowregelaar of MFC-inlaat. Gebruik een wye-fitting en sluit de aerosolmixeruitlaat één en de verdunningsluchtstroom aan op het gesplitste uiteinde van de wye-fitting. Sluit aan het enkele uiteinde van de wye-fitting de inlaat van het referentie-instrument aan.

Start het experiment door de aerosolgenerator aan te sluiten op de verdunningsbrug en ervoor te zorgen dat de verdunningsbrug gesloten is. Klik op Meten op het referentie-instrument. Open de verdunningsbrug langzaam totdat de gewenste aerosolmassaconcentratie van drie tot vijf milligram per kubieke meter is bereikt voordat gegevens op het referentie-instrument worden geregistreerd.

Let op de deeltjesmassaconcentratie van het referentie-instrument. Wanneer de aerosolbron stabiel is, schakelt u de sensorvoeding in op 1.000 volt en begint u met het loggen van de gegevens. Nadat een evenwichtstoestand voor accumulatie en fragmentatie van dendrieten was bereikt, werd het sensorsignaal evenredig met de binnenkomende roetconcentratie.

De verticale as toont het sensorsignaal in ampère en de horizontale as toont de aerosolconcentratie gemeten door het referentie-instrument in milligram per kubieke meter. Een lineaire fit met zijn representatieve parameters werd berekend uit de plot. Verder toonde een experiment waarbij kortsluiting plaatsvond als gevolg van de vorming van roetbruggen in de elektroden aan dat het signaal steil in stappen steeg zonder te stoppen of af te vlakken.

Dendrieten werden niet meer gevormd en de sensor was niet meer in evenwicht. Het is cruciaal om de elektroden zeer zorgvuldig te fabriceren en een uniforme elektrodespleet te creëren. Om een betrouwbare testomgeving te garanderen, moet de experimentele opstelling worden gereproduceerd zoals gedemonstreerd.

Dit protocol moet agentschappen, bedrijven, onderzoeksteams en burgerwetenschappers motiveren om deze eenvoudige sensorconstructie te reproduceren en hun eigen deeltjesdetector te bouwen.