Artykuł metodologiczny

Niedrogi detektor cząstek umożliwiający wytwarzanie przyrostowe

DOI:

10.3791/64844

⸱

24 marca 2023

 ,  ,  , 
1Silicon Austria Labs, 2Graz University of Technology

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj prezentujemy protokół, jak zbudować i przetestować prosty, ale wydajny detektor cząstek o niskich kosztach.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ponieważ cząstki o wielkości 1 μm lub mniejszej stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego ciała, wykrywanie i regulacja emisji cząstek ma ogromne znaczenie. Duża część emisji cząstek stałych jest emitowana przez sektor transportu. Większość dostępnych na rynku detektorów cząstek jest nieporęczna, bardzo droga i wymaga dodatkowego wyposażenia. W artykule przedstawiono protokół budowy i testowania samodzielnego detektora cząstek, który jest mały i ekonomiczny.

Główny nacisk tego artykułu skupia się na opisie szczegółowej instrukcji budowy wraz z filmem i procedurą oceny czujnika. Model projektowy wspomagany komputerowo czujnika znajduje się w materiale dodatkowym. Instrukcja wyjaśnia wszystkie etapy budowy, od druku 3D po w pełni funkcjonalny czujnik. Czujnik może wykrywać naładowane cząstki i dlatego nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań. Możliwym obszarem zastosowania byłoby wykrywanie sadzy z elektrowni, pożarów, przemysłu i samochodów.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wdychanie cząsteczek o wielkości 1 μm lub mniejszej stwarza wysokie ryzyko negatywnych skutków zdrowotnych dla ludzkiego ciała. Wraz ze wzrostem zanieczyszczenia środowiska procesami spalania, choroby układu oddechowego nasilają się w populacji1,2,3. Aby promować zdrowie i przeciwdziałać zanieczyszczeniom, konieczne jest najpierw zidentyfikowanie źródeł zanieczyszczenia i ilościowe określenie stopnia zanieczyszczenia. Można to zrobić za pomocą istniejących detektorów cząstek. Są one jednak duże i bardzo często zbyt drogie dla celów nauki prywatnej lub obywatelskiej.

Wiele z dostępnych na rynku detektorów cząstek jest nieporęcznych, bardzo drogich i wymaga dodatkowego sprzętu do obsługi4. Większość z nich wymaga również kilku etapów kondycjonowania aerozolowego. Na przykład rozcieńczenie jest potrzebne w przypadku detektorów, które wykorzystują rozpraszanie światła jako zasadę pomiaru, a zakres pomiarowy jest ograniczony przez długość fali5,6,7. Detektory cząstek, które wykorzystują żarzenie indukowane laserem jako zasadę wykrywania, wymagają zarówno źródeł laserowych o wysokiej energii, jak i energochłonnego systemu chłodzenia8.

Detektory cząstek, które używają liczników cząstek kondensacji, są zwykle używane jako złoty standard do pomiaru stężenia cząstek; wymagają one wstępnego kondycjonowania, rozcieńczania i płynów roboczych (np. butanol)9,10,11. Zalety czujnika elektrostatycznego polegają na prostej i kompaktowej konstrukcji oraz niskich kosztach produkcji. Jednak w porównaniu z licznikami cząstek kondensacji należy dokonać znacznych dedukcji dotyczących dokładności.

Alternatywą dla tych metod jest czujnik elektrostatyczny. Czujniki elektrostatyczne mogą być wytrzymałe, lekkie, niedrogie w produkcji i mogą być obsługiwane bez nadzoru. Najprostszą formą czujnika elektrostatycznego jest równoległy kondensator płytowy o silnym polu elektrycznym między jego płytkami. Gdy aerozol jest przenoszony do obszaru wysokiego napięcia między dwiema elektrodami miedzianymi, naturalnie naładowane cząstki osadzają się na elektrodach o różnej polaryzacji12 (Rysunek 1).

Dendryty tworzą się na powierzchni elektrod w kierunku linii pola przyłożonego wysokiego napięcia między elektrodami i są ładowane przez ładowanie kontaktowe. Fragmenty tych dendrytów ostatecznie odrywają się od elektrod i ponownie osadzają się na elektrodzie o przeciwnej polaryzacji, przenosząc swój ładunek. Fragmenty te przenoszą dużą liczbę ładunków. Ponieważ elektroda jest uziemiona, osadzony ładunek generuje prąd prowadzący do spadku napięcia na wewnętrznej rezystancji multimetru laboratoryjnego. Im częściej dzieje się to w jednostce czasu, tym wyższy prąd, a co za tym idzie, większy spadek napięcia (Rysunek 2).

Ze względu na wysokie napięcie wywołane osadzaniem się ładunku fragmentów, nie są potrzebne dalsze elektroniczne wzmacniacze. Powstawanie cząstek odłamujących dendryty i późniejsze uwalnianie ładunku przez te cząstki stanowi naturalne wzmocnienie sygnału12. Wynikowy sygnał czujnika jest proporcjonalny do stężenia masowego cząstek. Sygnał ten można wykryć za pomocą gotowego multimetru stołowego.

figure-introduction-1
Rysunek 1: Schematy czujników. Aerozol wpływa do wlotu aerozolu, rozchodzi się przez lewy kanał przepływowy, a następnie dociera do szczeliny między elektrodą wysokiego napięcia (elektrodą wewnętrzną) a elektrodą pomiarową (elektrodą zewnętrzną). Tam cząstki przyczyniają się do wzrostu dendrytów i, jak wyjaśniono wcześniej, do ich odłamywania, generując w ten sposób odpowiedź czujnika. Następnie cząstki przepływają dalej przez prawy kanał przepływowy i opuszczają czujnik na wylocie aerozolu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-introduction-2
Rysunek 2: Zasada fizyczna. Cząstki naładowane dodatnio i ujemnie, a także cząstki neutralne wchodzą w szczelinę między elektrodami o przeciwnej polaryzacji. Są one kierowane przez linie pola elektrycznego do elektrody o przeciwnej polaryzacji i tam odkładają swój ładunek. Następnie stają się częścią dendrytu i przejmują ładunek odpowiedniej elektrody. Gęstość pola jest największa na końcówce dendrytu, gdzie uwięzionych jest więcej cząstek. Gdy siła oporu przekracza siły wiązania, odrywają się segmenty dendrytów, które z kolei uderzają w przeciwległą elektrodę i odkładają swoje ładunki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dzięki cylindrycznej konstrukcji, jak w Warey et al.10, prawdopodobieństwo powstania mostków sadzy może być zminimalizowane. Można tam znaleźć więcej informacji na temat geometrii czujnika, przyłożonego napięcia, prędkości przepływu gazu i stężenia cząstek stałych. Sugerują one korelację sygnału z czujnika z cząstkami stałymi przepływającymi przez czujnik (równanie 1).

Czujnik (V) = 5,7 × 10-5 C V0 e0,62V × figure-introduction-3 (1)

C to stężenie masowe cząstek stałych, V0 to przyłożone napięcie, V to prędkość spalin, L to długość elektrody, a S to odstęp między elektrodami13.

Bilby et al. skupili się na szczegółowym badaniu leżącego u podstaw efektu fizycznego czujnika elektrostatycznego9. Badania te obejmowały optycznie dostępną konfigurację i model kinetyczny w celu wyjaśnienia wzmocnienia sygnału czujnika opartego na dendrytach (patrz równania 2 i 3).

figure-introduction-4 (2)

figure-introduction-5 (3)

S reprezentuje stos krążków sadzy składających się z 10-100 aglomeratów sadzy o wielkości 50-100 nm; Dn reprezentuje dendryt z n dyskami; Br oznacza odłamany fragment złożony z dysków f; S i ki są stałymi szybkości12.

Ten artykuł przedstawia protokół, jak zbudować i przetestować prosty, ale wydajny detektor cząstek, który może być używany do wysokich stężeń cząstek bez dodatkowego sprzętu. Wcześniejsze prace nad tego typu czujnikiem elektrostatycznym koncentrowały się głównie na pomiarach spalin. W tej pracy wytwarzane w laboratorium cząstki sadzy są wykorzystywane jako aerozole testowe. Opisany czujnik jest oparty na 'poprzednich pracach Warey et al. i Bilby et al12,13.

Korpus czujnika składa się z korpusu wydrukowanego w 3D opartego na stereolitografii, elektrod koncentrycznych wyciętych z miedzianych rurek, uszczelki próżniowej i zacisku próżniowego. Materiały takie jak uszczelka próżniowa,, rurki miedziane i żywica 3D dla jednego czujnika kosztują mniej niż 40 €. Dodatkowym niezbędnym wyposażeniem jest źródło wysokiego napięcia, multimetr stołowy USB i stacja lutownicza. Do oceny czujnika wymagane jest również jednokrotne zdefiniowanie źródła aerozolu i przyrządu referencyjnego (patrz tabela materiałów). Rozmiar czujnika opisanego w tym protokole to 10 cm x 7 cm. Ten rozmiar został wybrany specjalnie na potrzeby eksperymentu i nadal może być znacznie zmniejszony (patrz modyfikacje/wymiary czujnika w dyskusji).

Ten protokół opisuje, jak zbudować, przetestować i używać prostego, taniego czujnika cząstek. Schemat protokołu jest pokazany w Rysunek 3 - zaczynając od wydruku 3D kadłuba czujnika i produkcji elektrody, montażu czujnika, a także testowania i przykładu zastosowania czujnika w terenie.

figure-introduction-6
Rysunek 3: Schemat metody. Protokół podzielony jest na cztery główne etapy. Najpierw drukowane są wszystkie części obudowy czujnika. Następnie elektrody są produkowane. W trzecim kroku montowana jest wydrukowana w 3D obudowa czujnika z elektrodami i uszczelką próżniową. W ostatnim kroku oceniane jest działanie czujnika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Najważniejsze etapy procesu drukowania 3D są pokazane w Rysunek 4. Na początku wybierane są odpowiednie ustawienia slicera do drukowania. Następnie omawiane są najważniejsze części wydruku i wstępnej obróbki wydrukowanego modelu 3D. Do tego kroku potrzebna jest żywiczna drukarka 3D z kąpielą izopropanolową i urządzeniem do utwardzania UV oraz szlifierka prosta.

figure-introduction-7
Rysunek 4: Schemat druku 3D. (A) Model 3D slicera jest przedstawiony; (B) drukarkę podczas procesu drukowania. Etapy przetwarzania końcowego: (C) płukanie i (D) utwardzanie promieniami UV. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5 pokazuje najważniejsze etapy produkcji elektrod: kształtowanie kształtu elektrod, jak również styku z elektrodami. Do tego kroku potrzebne są dwie rurki miedziane o różnych średnicach, suwmiarka, obcinak do rur, szlifierka prosta, imadło, stacja lutownicza i cyna lutownicza, izolowane w dwóch różnych kolorach, rękawice termoochronne i przecinak do drutu.

figure-introduction-8
Rysunek 5: Produkcja elektrod. (A) Pomiar, (B) cięcie, (C) gratowanie i (D) elektrod. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Sekcja montażu w protokole wyjaśnia, jak montowany jest czujnik. Najważniejsze części czujnika są przedstawione na Rysunek 6, a mianowicie zewnętrzny uchwyt elektrody, kanał przepływu i wewnętrzny uchwyt elektrody. Rysunek 7 pokazuje najważniejsze etapy montażu czujnika. Na tym etapie potrzebny jest klej epoksydowy, odzież ochronna, uszczelka próżniowa, zacisk próżniowy, okulary ochronne i rękawice.

figure-introduction-9
Rysunek 6: Części czujnika. (A) Zewnętrzny uchwyt elektrody, (B) kanał przepływowy, oraz (C) wewnętrzny uchwyt elektrody. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-introduction-10
Rysunek 7: Zespół czujnika. Pokazane są wszystkie etapy montażu czujnika. A-E pokazuje montaż jednej połowy czujnika. (A) Wewnętrzny uchwyt elektrody jest przyklejony do kanału przepływowego. (B) Elektroda wewnętrzna jest umieszczana na wewnętrznym uchwycie elektrody. (C) Elektrodę zewnętrzną umieszcza się w uchwycie elektrody zewnętrznej. (D) Zewnętrzny uchwyt elektrody jest przyklejony do kanału przepływowego + wewnętrzny zespół uchwytu elektrody. (E) Uszczelnienie próżniowe zatrzaskuje się w zewnętrznej elektrodzie jednej połowy czujnika, a następnie zatrzaskuje się w (C), identycznej drugiej zewnętrznej elektrodzie drugiej połowy czujnika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Sekcja testowa wyjaśnia, jak skonfigurować eksperyment, aby porównać nowo zbudowany czujnik z referencyjnym instrumentem. Na tym etapie potrzebny jest multimetr laboratoryjny, pompa próżniowa, zasilacz wysokiego napięcia, generator aerozolu, mostek rozcieńczający, rurki aerozolowe, złączka Y, jeden kontroler przepływu masowego (MFC), mieszalnik aerozoli, przyrząd referencyjny i wacik.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 3D drukowanie

  1. Ustawienia fragmentatora
    1. Otwórz wszystkie pliki ".stl" za pomocą oprogramowania slicera i umieść części czujnika na platformie (patrz Plik uzupełniający 1, Plik uzupełniający 2, Plik uzupełniający 3, Plik uzupełniający 4, Plik uzupełniający 5 i Plik uzupełniający 6).
    2. Aby uzyskać dobry wynik drukowania, przechyl wszystkie części w stosunku do platformy.
    3. Generuj punkty podparcia o gęstości 0,8 i rozmiarze punktu 0,4 mm.
    4. Wybierz Clear V4 z warstwą o grubości 50 μm.
  2. Rozpocznij drukowanie.
    1. Przekaż plik wyjściowy fragmentatora na drukarce 3D.
    2. Poszukaj czasu drukowania i objętości żywicy, które są wyświetlane na ekranie. Włóż przezroczysty zbiornik V4 i wkład z żywicą, przymocuj platformę montażową i otwórz pokrywę wkładu. Naciśnij przycisk Start na drukarce.
  3. Natychmiastowa obróbka końcowa
    1. Po zakończeniu drukowania otwórz drukarkę i odłącz platformę montażową.
      UWAGA: Ten krok można opóźnić tylko wtedy, gdy jest pewne, że model pozostanie pod ekranem chroniącym drukarkę przed promieniowaniem UV (patrz Kluczowe kroki/Przetwarzanie końcowe wydruku w dyskusji).
    2. Delikatnie oderwij wszystkie części od platformy i umieść je w kąpieli izopropanolowej.
    3. Przesuwaj części w sposób ciągły przez 20 minut.
    4. Wyjmuj części co 5 minut i dokładnie przepłucz wszystkie małe szczeliny i otwory.
  4. Utwardzanie promieniami UV
    1. Wysuszyć części przed rozpoczęciem procesu utwardzania.
    2. Przepłucz wszystkie małe szczeliny i otwory sprężonym powietrzem.
    3. Umieścić części w urządzeniu do hartowania UV i utwardzać je przez 50 minut w temperaturze 40 °C.
      UWAGA: To ustawienie różni się od zalecanego przez producenta czasu i temperatury schnięcia (patrz krytyczne kroki/obróbka końcowa wydruku w dyskusji).
  5. Przetwarzanie końcowe
    1. Sprawdź, czy wszystkie wnęki i otwory są otwarte.
    2. Jeśli ścieżka jest zatkana, wywierć ją lub zeskrob szlifierką prostą.
    3. Sprawdź, czy wszystkie wydrukowane części są dobrze dopasowane i czy można włożyć miedziane rurki. Jeśli nie mogą, zeszlifuj je.

2. Produkcja elektrod

  1. Odmierz 9 mm od góry rur miedzianych 18 mm i 22 mm i zaznacz te pozycje.
  2. Przeciąć rury obcinakiem do rur zgodnie z oznaczeniami.
    UWAGA: Upewnij się, że podczas tego procesu nie używasz zbyt dużej siły. Przecięcie rur zajmuje kilka tur (patrz krytyczne kroki/produkcja elektrod w sekcji dyskusji).
  3. Ostrożnie usuń zadziory z miedzianego pierścienia. Nie wywieraj zbyt dużego nacisku na miedziany pierścień podczas gratowania i staraj się nie zarysować powierzchni elektrody.
    UWAGA: Jest to bardzo krytyczna część i wpływa na wydajność czujnika (patrz krytyczne kroki/produkcja i modyfikacje elektrod/elektrody w sekcji dyskusji).
  4. elektrod
    1. czerwony do wewnętrznego miedzianego pierścienia (18 mm), a do zewnętrznego miedzianego pierścienia (22 mm).
    2. Wypoleruj miedziany pierścień, aby pozbyć się utlenionej warstwy miedzi na powierzchni.
    3. Zacisnąć pierścień w imadle.
    4. Wstępnie ocynuj zarówno miedziany pierścień, jak i, a następnie do pierścienia.
      UWAGA: W wyniku elektrody miedziane nagrzewają się do 400 °C. Dotykaj elektrod wyłącznie pęsetą i zakładaj rękawice termoochronne.

3. Montaż

  1. Wymieszaj dwa składniki kleju epoksydowego w tacy.
    UWAGA: Bardzo ważne jest, aby używać przezroczystego kleju do odróżnienia mostków sadzy od kleju utwardzonego.
    UWAGA: Pracuj pod wyciągiem, nosić odzież ochronną (zwłaszcza rękawice) i czyścić powierzchnie robocze. Dalsze instrukcje bezpieczeństwa można znaleźć w karcie charakterystyki. Zagrożenie dla zdrowia: "Skóra Corr. 1C - H314 Zapora oka. 1 - H318 Czułość skóry 1 - H317".
  2. Włóż wewnętrzny uchwyt elektrody do kanału przepływowego i odczekaj 60 minut, aż klej stwardnieje (Rysunek 7A).
  3. Umieść wewnętrzny pierścień elektrody (18 mm) na uchwycie i poprowadź przez kanał kablowy (Rysunek 7B).
    UWAGA: Upewnij się, że jest wystarczająco dużo miejsca na punkt lutowniczy.
  4. Umieść przekładkę wokół elektrody wewnętrznej.
    UWAGA: Jest to bardzo ważny krok. Jeśli odległość między elektrodami nie wynosi dokładnie 1 mm w całym czujniku, może to mieć wpływ na pole elektryczne, a co za tym idzie na działanie czujnika (patrz krytyczne kroki/produkcja elektrod w dyskusji).
  5. Umieść zewnętrzny pierścień elektrody (22 mm) na uchwycie i przeprowadź przez kanał kablowy (Rysunek 7C).
  6. Przyklej zewnętrzny uchwyt elektrody do kanału przepływowego. Włóż przekładkę w szczelinę między dwiema elektrodami miedzianymi. Odczekaj 60 minut, aż klej stwardnieje (Rysunek 7D).
  7. Uszczelnij wszystkie kanały kablowe klejem epoksydowym. Poczekaj noc, aż klej się utwardzi .
  8. Włóż uszczelkę próżniową do wydrukowanego zaworu elektrody zewnętrznej. Włóż dwie strony czujnika do siebie i przymocuj je za pomocą zacisku próżniowego (Rysunek 7E,F).

4. Testy

  1. Otwórz podciśnienie clamp czujnika.
  2. Rozsuń dwie połówki czujnika i zdejmij uszczelkę.
  3. Stamtąd dotknij pierścienia elektrody jedną końcówką sondy multimetru, a końcem prowadzącego do elektrody drugą końcówką multimetru.
  4. Testy wstępne
    1. Sprawdź połączenie elektryczne elektrody i z multimetrem. Sprawdź, czy rezystancja wynosi <2 Ω (w zależności od stopnia utlenienia).
    2. Podłącz wąż do wlotu i wylotu aerozolu i sprawdź, czy czujnik jest szczelny z pompą próżniową.
  5. Eksperyment równoległy
    1. Zbuduj konfigurację czujnika zgodnie z Rysunek 8.
      1. Podłącz zasilacz wysokiego napięcia do czerwonego czujnika (elektrody wysokiego napięcia).
      2. Podłącz czujnika do wejścia napięcia multimetru stołowego.
      3. Połącz masę elektrometru (GND) z GND zasilacza.
      4. Podłącz USB multimetru do komputera.
    2. Włącz czujnik do zestawu do pomiaru aerozolu. zgodnie z Rysunek 9.
    3. Generator aerozoli
      1. Zasilanie gazem: Włącz przepływ w osłonie, dopływ azotu i propanu (wymagane ciśnienie: azot, 4 bar; inne gazy po 1 bar).
      2. Źródło zasilania: Podłącz źródłowy 24 V do wbudowanych MFC i podłącz USB do komputera.
      3. Oprogramowanie: otwórz oprogramowanie MFC i wprowadź prawidłowy numer portu COM. Wyszukaj urządzenia: jeśli zostanie wyświetlonych pięć urządzeń (dla pięciu różnych MFC), kliknij przycisk Zatrzymaj wyszukiwanie. Wprowadź warunki początkowe zgodnie z instrukcją obsługi generatora aerozolu: 10 ml/min propanu, 1.55 l/min powietrza utleniającego, 7 l/min gazu hartującego, 20 l/min powietrza rozcieńczającego.
      4. Uruchom generator aerozolu (patrz Tabela materiałów), przekręcając pokrętło ON-OFF. Gdy pokrętło jest włączone, wskaźnik azotu jest włączony, co oznacza, że wszystkie ścieżki przepływu są otwarte. Przytrzymaj urządzenie zabezpieczające przed płomieniem i naciśnij przycisk zapłonu na generatorze aerozolu; Obserwuj płomień w oknie komory spalania. Zwolnij urządzenie zabezpieczające przed płomieniem po ~60 s bardzo powoli.
      5. Wprowadź następujące przepływy masowe: 60 ml/min propanu, 1,55 l/min powietrza utleniającego, 7 l/min azotu (hartowanie) i 20 l/min powietrza rozcieńczającego, aby ustawić prawidłowe parametry rozkładu wielkości.
        UWAGA: Podłącz generator do reszty zestawu tylko wtedy, gdy pomiary mają być wykonane w ciągu najbliższych minut; W przeciwnym razie filtry mostka rozcieńczającego szybko się zapchają.
    4. Podłączyć mostek rozcieńczający do generatora aerozolu. Odłącz go ponownie i skieruj strumień aerozolu do dygestorium do rozpoczęcia eksperymentu. Upewnij się, że mostek rozcieńczania jest zamknięty przed rozpoczęciem eksperymentu.
    5. Podłączyć wylot mostka rozcieńczającego do wlotu mieszalnika aerozoli.
    6. Podłącz wylot mieszalnika aerozolowego 2 (patrz Rysunek 9E) do wlotu czujnika.
    7. Włącz MFC.
      1. Podłącz wysokowydajny filtr pochłaniający cząstki stałe (HEPA) do wylotu czujnika i podłącz wylot czujnika do wlotu MFC.
      2. Podłącz zasilanie MFC i podłącz USB do komputera.
    8. Otwórz oprogramowanie MFC i wprowadź poprawny numer portu COM.
      1. Wyszukiwanie urządzeń.
      2. Kliknij przestań szukać?.
      3. Wprowadzić przepływ masowy jako 1 l/min.
    9. Przyrząd referencyjny (patrz tabela materiałów)
      1. Podłącz LAN do komputera i otwórz połączenie z adresem IP przyrządu referencyjnego w przeglądarce, aby otworzyć aplikację Java do sterowania instrumentem referencyjnym.
      2. W oprogramowaniu sterującym przyrządem referencyjnym naciśnij przycisk lock resources | standby, aby uruchomić pompę.
        UWAGA: Proces nagrzewania trwa ~20 min.
      3. Po fazie rozgrzewania kliknij pomiar, aby zmierzyć aerozol wchodzący do przyrządu referencyjnego.
      4. Wybrać stosunek rozcieńczenia 1:10 na instrumencie referencyjnym.
      5. Użyj złączki y, aby połączyć wylot mieszalnika aerozoli 1 (patrz Rysunek 9D) i przepływ powietrza rozcieńczającego do rozgałęzionego końca złączki y (patrz Rysunek 9C), a następnie podłącz pojedynczy koniec złączki y do wlotu przyrządu referencyjnego.
        UWAGA: Te dwa przepływy są następnie łączone na jednym końcu złączki Y.
    10. Początek eksperymentu
      1. Ponownie podłączyć generator aerozolu do mostka rozcieńczającego i upewnić się, że mostek rozcieńczania jest zamknięty.
      2. Kliknij przycisk Measure (Zmierz) na instrumencie referencyjnym.
      3. Powoli otwierać mostek rozcieńczania, aż do osiągnięcia pożądanego stężenia masowego aerozolu wynoszącego 3-5 mg/m3 i rozpocząć rejestrowanie danych na przyrządzie referencyjnym.
      4. Obserwować stężenie masowe cząstek w przyrządzie odniesienia. Gdy źródło aerozolu jest stabilne, włącz zasilanie czujnika na 1 000 V i rozpocznij rejestrowanie danych.
        UWAGA: Jeśli stężenie nie jest stabilne, zapoznaj się z rozwiązywaniem problemów w sekcji dyskusji.
    11. Zbieraj dane z multimetru laboratoryjnego za pomocą polecenia odczytu na konsoli lub automatycznego skryptu.
      UWAGA: Po ustabilizowaniu się prądu czujnika (około 5 minut) możliwe jest porównanie przyrządu referencyjnego z prądem czujnika.
      UWAGA: Jeśli prąd czujnika gwałtownie wzrośnie powyżej 10-7 A (co odpowiada 0,1 V przy rezystancji wewnętrznej 1 MΩ), wyłącz źródło wysokiego napięcia (patrz rozwiązywanie problemów w sekcji dyskusji).
    12. Pomiar równoległy: Gdy czujnik osiągnie równowagę, zmierz gradient stężenia w krokach od 5 mg/m3 do 0,2 mg/m3, odpowiednio regulując mostek rozcieńczania.
      UWAGA: W przypadku stosowania wyższych stężeń należy zwiększyć współczynnik rozcieńczenia przyrządu referencyjnego.
  6. Wyczyść czujnik sprężonym powietrzem i wacikiem przed każdym nowym pomiarem.

5. Aplikacja terenowa

  1. Zbuduj konfigurację czujnika zgodnie z Rysunek 8.
    1. Podłącz zasilacz wysokiego napięcia do czerwonego czujnika (elektroda wysokiego napięcia).
    2. Podłącz czujnika do wejścia napięcia multimetru stołowego.
    3. Połącz elektrometr GND z zasilaczem GND.
    4. Podłącz USB multimetru do komputera.
  2. Włącz konfigurację czujnika do nowej konfiguracji pomiaru, zgodnie z Rysunek 10, i połącz źródło aerozolu z czujnikiem.
  3. Podziel strumień cząstek wypływających ze źródła aerozolu na ścieżkę A) konfigurację czujnika i ścieżkę B) wentylację.
    1. MFC lub pompa: Użyj MFC, aby przepuścić próbkę przez czujnik.
    2. Użyj filtra HEPA przed MFC. Podłącz zasilanie MFC i podłącz USB do komputera.
    3. Wykonaj krok 4.5.8, aby wykonać pomiar równoległy.
  4. Rozpoczęcie eksperymentu terenowego: Upewnij się, że źródło aerozolu jest podłączone do wejścia czujnika.
  5. Włącz zasilanie czujnika i rozpocznij rejestrowanie danych.

figure-protocol-1
Rysunek 8: Konfiguracja czujnika. Schemat konfiguracji czujnika. Aerozol przepływa przez czujnik. Czujnik jest podłączony do woltomierza i zasilacza wysokiego napięcia. Woltomierz jest sterowany przez jednostkę sterującą, która rejestruje dane z czujnika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-protocol-2
Rysunek 9: Eksperymentalny plan oceny czujników. Stabilne źródło aerozolu służy do naśladowania źródła cząstek. Odpływający strumień cząstek jest dzielony na ścieżkę (A), konfigurację czujnika; i ścieżka (B), wentylacja, wchodzi do mostka rozcieńczającego i jest dalej rozprowadzana do mieszalnika aerozoli. Za mieszalnikiem strumień aerozolu jest dzielony między ścieżkę przyrządu referencyjnego (D), która mierzy się równolegle do czujnika. Ten przyrząd referencyjny wymaga powietrza rozcieńczającego, które jest rozprowadzane przez ścieżkę (C). Ścieżka (E): MFC zasysa powietrze przez czujnik. Ta płyta MFC jest chroniona przed strumieniem aerozolu za pomocą filtra HEPA. Skróty: MFC = regulator przepływu masowego; Filtr HEPA = wysokowydajny filtr pochłaniający cząsteczki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-protocol-3
Rysunek 10: Test terenowy: plan eksperymentalny. W tej konfiguracji mierzone jest źródło aerozolu. Wypływający strumień cząstek jest dzielony na ścieżkę A) konfigurację czujnika i ścieżkę B) wentylację, a następnie wchodzi do czujnika. W tej konfiguracji MFC z filtrem HEPA przed urządzeniem zasysa aerozol przez czujnik. Skróty: MFC = regulator przepływu masowego; Filtr HEPA = wysokowydajny filtr pochłaniający cząsteczki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dokładna korelacja sygnału czujnika z masą cząstek stałych różni się w zależności od rozkładu ładunku cząstek i rozkładu wielkości, a także składu aerozolu. Dlatego czujnik musi być skalibrowany do konkretnego zastosowania za pomocą przyrządu referencyjnego. W tej sekcji wyjaśniono, jak porównać nowo zbudowany czujnik z przyrządem referencyjnym.

Faza początkowa czujnika trwa około 5-10 minut, w zależności od wybranego stężenia cząstek. W fazie rozruchowej sygnał czujnika znacznie wzrasta, podczas gdy czujnik jest narażony na stałe stężenie cząstek. Po fazie rozruchu sygnał czujnika stabilizuje się. Na tym etapie osiągany jest stan równowagi dla akumulacji i fragmentacji dendrytów, a sygnał czujnika jest wtedy proporcjonalny do stężenia napływającej sadzy. Po tej fazie inicjalizacji czujnik jest gotowy do pomiaru wszelkich zmian stężenia aerozolu.

Dane pomiarowe pokazane w Rysunek 11 zaczyna się od momentu, gdy czujnik znajduje się w wyżej wymienionym stanie równowagi. Aby obliczyć prąd czujnika w amperach, zebrane dane w woltach należy podzielić przez wartość rezystancji wewnętrznej, aby uzyskać prawidłową wartość prądu.

Oś pionowa pokazuje sygnał czujnika w amperach, a oś pozioma pokazuje stężenie aerozolu zmierzone przez przyrząd referencyjny w mg/m3. Na wykresie podano również pasowanie liniowe z jego reprezentatywnymi parametrami. Duża niepewność mierzonych danych wynika z dużej dynamiki podczas regulacji stężenia za pomocą mostka rozcieńczającego. Parametry dopasowania liniowego to wartość R2 0,80, punkt przecięcia -0,53 nA i nachylenie 2,80 nAm3/mg z odchyleniem standardowym 1,4 nA.

figure-results-1
Rysunek 11: Pozytywne wyniki. Sygnał z czujnika jest wykreślany na osi pionowej w amperach, natomiast stężenie cząstek mierzone przez przyrząd odniesienia w mg/m3 jest wykreślane na osi poziomej. Dodatkowo do wykresu dodawane jest pasowanie liniowe z najważniejszymi parametrami. Parametry dopasowania liniowego to wartość R2 0,80, punkt przecięcia -0,53 nA i nachylenie 2,80 nAm3/mg. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Istnieje również możliwość, że cząsteczki zatykają drogę między elektrodami, w którym to przypadku tworzą się przewodzące mostki sadzy między elektrodami. Ponieważ sadza jest materiałem przewodzącym, te mostki sadzy tworzą zwarcie między elektrodami. Mierzony sygnał rośnie gwałtownie wraz ze wzrostem grubości ścieżki przewodzącej, aż do momentu, w którym napięcie staje się tak wysokie, że woltomierz może ulec uszkodzeniu. Przykład eksperymentu z tworzeniem mostków sadzy można zobaczyć w Rysunek 12. Sygnał wznosi się w bardzo stromych skokach/krokach i nie zatrzymuje się ani nie spłaszcza. Nie powstają już również dendryty, a czujnik nie jest już w stanie równowagi. W takim przypadku należy natychmiast wyłączyć źródło wysokiego napięcia, wyczyścić czujnik i rozpocząć nowy pomiar.

figure-results-2
Rysunek 12: Wynik negatywny. Podczas pomiaru wystąpiło zwarcie. Sygnał czujnika w amperach jest wykreślany na osi pionowej, a czas pomiaru jest wykreślany na osi poziomej. Sygnał czujnika rośnie bez ograniczeń. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Jeśli wyświetlana jest płaska linia, a prąd czujnika w ogóle nie wzrasta do wartości powyżej 1 nA, postępuj zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi rozwiązywania problemów w sekcji dyskusji. Czujnik musi być przez cały czas w stanie równowagi, aby dokładnie zmierzyć wchodzący aerozol; W związku z tym na początku doświadczenia należy zapewnić wystarczająco wysokie początkowe stężenie aerozolu.

Plik uzupełniający 1: Ten plik reprezentuje plik CAD do projektowania wspomaganego komputerowo do wydrukowania kanału przepływu przedstawionego w Rysunek 7A z otworami na. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 2: Ten plik reprezentuje plik CAD do wydrukowania kanału przepływu przedstawionego w Rysunek 7A bez otworów. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 3: Ten plik reprezentuje plik CAD do wydrukowania wewnętrznego uchwytu elektrody przedstawionego w Rysunek 7A. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 4: Ten plik reprezentuje plik CAD do wydrukowania zewnętrznego uchwytu elektrody przedstawionego w Rysunek 7C (po prawej). Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 5: Ten plik reprezentuje plik CAD do wydrukowania kanału przepływu bez otworów przedstawionych w Rysunek 7C (po lewej). Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 6: Ten plik reprezentuje plik CAD do wydrukowania dystansu elektrody. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kroki krytyczne
Przetwarzanie końcowe wydruku
Prawie każdy krok w tym protokole może zostać wstrzymany lub odroczony, z wyjątkiem obróbki końcowej świeżo wydrukowanych części 3D (krok 1.5 protokołu). Jeśli ekran chroniący przed promieniowaniem UV drukarki zostanie otwarty, przetwarzanie końcowe powinno rozpocząć się natychmiast, w przeciwnym razie małe kanały kablowe, a także wnęka na uszczelkę, zostaną zatkane. Precyzyjne dopasowanie wnęki zapewnia, że czujnik może być szczelnie zamknięty. Jest to ważne, ponieważ czujnik jest bardzo czuły na wahania przepływu. Ważny jest również proces utwardzania (krok protokołu 1.4); Jeśli temperatura jest ustawiona zbyt wysoko, materiał staje się zbyt kruchy i może pękać pod wpływem sił wywieranych przez zacisk na zewnętrzny uchwyt elektrody.

Produkcja elektrod
Staranne cięcie i usuwanie zadziorów (kroki protokołu 2.2-2.3) elektrod jest bardzo ważne, ponieważ nieregularności w odstępie między elektrodami powodują zakłócenia w polach elektrycznych i prędkości, co prowadzi do słabej wydajności czujnika. W najgorszym przypadku silna nieregularność może spowodować, że elektrody zbliżą się do siebie tak bardzo, że napięcie przebicia zostanie przekroczone i dojdzie do zwarcia. Od tego momentu nie można stwierdzić żadnego sygnału pomiarowego, a elektronika pomiarowa jest podatna na uszkodzenia.

Montaż
Montaż czujnika (kroki protokołu 3.4-3.6) ma kluczowe znaczenie, ponieważ tworzy przerwę między elektrodami. Jak wspomniano powyżej, odległość między elektrodami jest bardzo ważna; Odstęp ten musi wynosić równomiernie 1 mm na całej długości. Te kroki są ważne, ponieważ mogą drastycznie zmienić pole elektryczne w czujniku. Na ogólne zachowanie osadzania, a także tworzenie dendrytów, może mieć wpływ zmiana pola elektrycznego. W związku z tym nie można już zagwarantować, że reakcja czujnika jest liniowa w stosunku do napływającego aerozolu. Również w tym przypadku obowiązuje najgorszy scenariusz zwarcia.

Modyfikacje
Druk 3D
Inne możliwe modyfikacje to zastosowanie różnych żywic do druku 3D. Na rynku dostępnych jest wiele różnych żywic, które mogą zmieniać gęstość, elastyczność, odporność na temperaturę i wytrzymałość obudowy czujnika.

Wymiary czujnika
Pierwszym kryterium konstrukcyjnym czujnika jest konfiguracja bezpieczeństwa. Wytrzymałość dielektryczna powietrza między elektrodami wynosi 3 mm/kV. W żadnym wypadku nie wolno podcinać tej długości. Im wyższy potencjał elektryczny, tym więcej cząstek jest osadzanych, a te osadzone cząstki są następnie podatne na tworzenie dendrytów. Wymiary elektrod zostały dobrane tak, aby można było zastosować łatwo dostępne standardowe komponenty. W znanych autorom konstrukcjach podobnych czujników stosowano następujące wymiary dla czujnika płaskiego: szerokość 9 mm, długość 2 mm, szczelina 1 mm i długość 15 mm, przy średnicy 8,5 mm i szczelinie 1,3 mm dla konstrukcji cylindrycznej12,13. Ponadto należy upewnić się, że czujnik może być wykonany ręcznie w normalnym warsztacie. Szczelina 1 mm to absolutne minimum szczeliny, która nadal pozwala na ręczne czyszczenie czujnika. W tym przypadku zastosowano napięcie 1 kV jako dobry kompromis między bezpieczeństwem a wydajnym osadzaniem cząstek, a także dostępnością źródeł napięcia w tym zakresie.

Elektrody
Ponieważ dokładna odległość 1 mm między elektrodami czujnika ma kluczowe znaczenie dla wydajności, można włożyć jeszcze więcej pracy rozwojowej na tym etapie. Na przykład wydrukowane w 3D urządzenie może być jeszcze dokładniejsze lub zamiast zwykłego obcinaka do rur można użyć tokarki do cięcia i gratowania, jeśli sprzęt jest dostępny. Inną opcją jest użycie piły zamiast obcinaka do rur. W takim przypadku krawędzie piły muszą być następnie oszlifowane. Ta metoda powoduje mniejsze odkształcenia niż obcinak do rur, ale trwa dłużej. W porównaniu z klejem epoksydowym, silikon daje kablom więcej miejsca na poruszanie się, a wymiana elektrod staje się łatwiejsza. Ponieważ jednak kable mają więcej miejsca na ruch, trudniej jest uszczelnić czujnik. Zamiast zacisku podciśnieniowego, który jest łatwiejszy do otwarcia od razu, możliwy jest również samodzielnie wykonany projekt. W tym przypadku w projekcie 3D należy zmienić tylko otwory na niektóre i wnękę na sznur uszczelniający.

Płyta MFC
MFC określa, ile aerozolu jest zasysane przez czujnik; reszta powinna być w stanie zostać odprowadzona przez przelew z filtrem HEPA umieszczonym na końcu przelewu, aby uniknąć zanieczyszczenia pomieszczenia. Wybierając tańszą pompę zamiast MFC, większe wahania przepływu wpłyną negatywnie na sygnał czujnika.

Mostek rozcieńczający
Jak widać na rysunku 9, mostek rozcieńczający można zbudować za pomocą prostego zaworu iglicowego równoległego do jednego lub więcej filtrów HEPA. Inne konstrukcje zawierają małe imadło do ściskania rurki zamiast zaworu iglicowego. Taka konstrukcja ma tę zaletę, że rurkę można łatwiej wyczyścić. Im więcej zwojów ma takie imadło, tym dokładniej można regulować stężenie. Jest to szczególnie ważne w przypadku pomiarów kalibracyjnych, w których należy unikać dużej dynamiki.

Multimetr stołowy
Multimetr stołowy mierzy napięcie, które należy podzielić przez wartość rezystancji wewnętrznej, aby uzyskać prawidłową wartość prądu. W zależności od wybranego zakresu pomiarowego (np. 100 V) ta wartość rezystancji wewnętrznej może się różnić (np. 1 MΩ). Ważne jest, aby wybrać zdefiniowany zakres tak, aby wartość rezystancji wewnętrznej była taka sama dla wszystkich mierzonych wartości. W przypadku wybrania opcji "zakres automatyczny" należy również śledzić wartość rezystancji wewnętrznej.

Rozwiązywanie problemów
Drukarka 3D
Jeśli drukarka zatrzyma się, należy sprawdzić, czy w zbiorniku nie ma pozostałości po ostatnim wydruku; Mikser często się zacina. Należy obserwować pierwsze minuty procesu drukowania. Jeśli jest zatkany, jest to spowodowane tym, że nie ustawiono prawidłowych ustawień slicera lub świeży wydruk nie został przechowywany w warunkach chronionych przed promieniowaniem UV przed obróbką końcową. W ustawieniach slicera żadne punkty podparcia nie powinny blokować kanału przepływu i przestrzeni między elektrodami, a pole wewnętrznych struktur podporowych musi być odznaczone przed wysłaniem pliku do drukarki.

Źródło aerozolu + mostek rozcieńczający
Jeśli źródło aerozolu wydaje się niestabilne, należy sprawdzić wszystkie filtry HEPA, aby upewnić się, że znajdują się we właściwej pozycji i nie są zatkane. Należy również sprawdzić generator aerozolu, a także przyrząd referencyjny, aby upewnić się, że zakończyły fazę nagrzewania.

Czujnik
Najczęstsze usterki są spowodowane niewystarczającym podłączeniem zasilania, wyciekiem powietrza z czujnika lub osadzającymi się cząstkami tworzącymi mostki sadzy między elektrodami. Najpierw czujnik jest otwierany, aby sprawdzić, czy między elektrodami nie utworzyły się mostki sadzy. Źródło zasilania musi być wyłączone przed odłączeniem kabli czujnika i otwarciem czujnika. Mostki sadzy są dobrze widoczne gołym okiem i można je usunąć przy niewielkim wysiłku. Do usunięcia mostków sadzy najlepiej użyć ściereczki do czyszczenia optycznego lub niestrzępiącego się wacika.

Nieszczelność, która zmienia zachowanie przepływu w czujniku, a także niższe napięcie na elektrodach, mogą zmienić sygnał czujnika. Nie można z góry stwierdzić, który z tych problemów jest odpowiedzialny za nieoczekiwaną reakcję czujnika. Dlatego ważne jest, aby sprawdzić zarówno szczelność, jak i stabilność napięcia w następujący sposób. Najpierw sprawdzane jest połączenie kabla z elektrodami (krok 4.4 protokołu). Następnie sprawdzane jest źródło napięcia, aby sprawdzić, czy dostarcza oczekiwane wolty. Wyciek powietrza najlepiej zidentyfikować za pomocą sprayu do wycieków. Oprócz tego szczelność można również sprawdzić za pomocą pompy próżniowej, jak opisano w kroku 4.4.2 protokołu.

Ograniczenia
Ograniczenie czujnika elektrostatycznego jest dobrze opisane przez Maricq i wsp.14. W swojej pracy podkreślają znaczenie stabilnego źródła napięcia i stabilnego przepływu czujnika dla wydajności czujnika. Z tego powodu do sterowania przepływem należy zawsze używać konfiguracji z MFC lub pompą, jak opisano na rysunku 10. Ponadto czujnik potrzebuje więcej czasu, aby osiągnąć równowagę podczas pierwszego testu. W dalszych eksperymentach, w których stabilna populacja dendrytów osiadła na elektrodach, czas uruchomienia czujnika ulega skróceniu. Należy jednak ogólnie zauważyć, że czujnik zawsze potrzebuje czasu rozruchu, aby zacząć działać, w zależności od początkowego stężenia.

W przeciwieństwie do płaskiej konstrukcji, jak w przypadku Bilby'ego i wsp., dryft czujnika nie stanowi poważnego problemu w tym cylindrycznym układzie12. Jednak szybkie zmiany stężenia przy niskich stężeniach cząstek są nadal trudne do wykrycia za pomocą czujnika. Jak wskazują Diller i wsp. oraz Maricq i wsp., aby uzyskać znaczący sygnał pomiarowy, zmierzona wartość jest uśredniana w ciągu 2-10 minut, w zależności od tego, jak bardzo zmienia się przepływ w eksperymencie14,15.

Przy nachyleniu 2,8 nAm3/mg i odchyleniu standardowym ±1,4 nA odchylenie od linii regresji na rysunku 11 jest duże. Aby lepiej zrozumieć dokładność czujnika, zaleca się porównanie kilku eksperymentów. W przypadku powtarzających się eksperymentów nachylenie wynosi 3,5 nAm3/mg z odchyleniem standardowym ±1,0 nA i 4,9 nAm3/mg z odchyleniem standardowym ± 0,6 nA. Dodatkowo czujnik będzie dawał bardzo wysoki odczyt w momencie włączenia źródła napięcia. Ta wartość początkowa jest odfiltrowywana z danych pomiarowych.

Zaletą prezentowanej tu metody jest niewątpliwie prostota, ale także wszechstronne możliwości dostosowania kształtu czujnika do różnych potrzeb. Dlatego oprócz sadzy czujnik może wykrywać wiele różnych naładowanych cząstek i nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, na przykład do wykrywania cząstek stałych z elektrowni, pożarów, przemysłu i samochodów. Ten artykuł powinien być zachętą dla agencji, firm, zespołów badawczych, naukowców obywatelskich i wszystkich zainteresowanych wykrywaniem cząstek stałych do odtworzenia tej prostej instrukcji budowy czujnika i zbudowania własnego detektora cząstek.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autor jest zatrudniony w Silicon Austria Labs i jest studentem Uniwersytetu Technicznego w Grazu. Nie ma żadnych innych konfliktów interesów, które można by zadeklarować.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca została sfinansowana przez Centrum COMET "ASSIC-Austrian Smart Systems Research Center". Projekt ASSIC jest współfinansowany przez BMK, BMDW oraz austriackie kraje związkowe Karyntia i Styria w ramach programu COMET-Competence Centres for Excellent Technologies Austriackiej Agencji Promocji Badań Naukowych (FFG).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Sprzęt
Drukarka 3DFormlabs Formlabs3
Mieszalnik aerozoliESSKA30420081209595 mm, średnica 8 mm
Generator sadzy w aerozoluJing AerosolModel 5201 Typ C miniCAST
Multimetr stołowyKeysightKEYSIGHT 34465A, zakres 0 - 100 V, 1 M& Omega; rezystancja wewnętrzna
Mostek rozcieńczającySpecjalnie zbudowanyzawór iglicowy i filtr HEPA równolegle Zasilacz
wysokiego napięciaStanford Research SystemsPS350, 5000 V - 25 W
Regulator przepływu masVö gtlinGSC-C3SA-BB26Red-y do przepływu gazu, zakres przepływu: 0-10 l / min
Instrument do pomiaru ciśnieniaAVLMSSplus - AVL Micro Soot Sensor
Materiał< / mocny>
Rurki tygonowe w aerozoluSaint Gobain Fluid TransferAAG00012Średnica 7 mm
Dwukierunkowe zawory sterujące przepływem serii RFOCAMOZZIRFO 383-1/8P max 10 bar
Złącze zredukowane z łącznikiem kolczastymESSKAIQSG120H6000
Rurka miedziana 12 mmObi1996602Średnica 12 mm
Rurka miedziana 18 mmObi1499441Średnica 18 mm
Rurka miedziana 22 mmObi1996628Średnica 22 mm
Wacik bawełnianyChemtronics48042F50 m, końcówka
1 mmKlej epoksydowyRS Komponenty132605RS szybki zestaw żywicy epoksydowej
Hepa Nylon Einweg-Inline-FilterParker9933-05-BQFlü ssigkeit 5.4SCFM 1/4Zoll, mit G1/4 Anschluss 8,1 bar
Izolowany elektrycznyNexansŚrednica 2 mm, dwa różne kolory czerwony i
Żywica fotopolimerowaFormlabs8519760061961 L  Kartridż - Przezroczysty (Przezroczysty)
Cyna lutowniczaStannol574108
Tefen polimer Y - mocowanieTEFENTEF-8357-06-00
Rękawice chroniące przed temperaturąAs One
Zacisk próżniowyMISUMIFRNWC40Zacisk
Uszczelka próżniowaMISUMIFRNWR40Pierścień centrujący z uszczelką O-ring
< strong>Tool
CaliperStarrettDW990
DeburrerRuko
RękawiceBM Polyoo
Kąpiel izopropanolowaFormlabsFK-F3-01Zestaw wykończeniowy Form 3
Imadło PCBKomponenty RS221-7531
Obcinak do rurSztywny35S
Gogle ochronne3M
Papier ściernyMirkaRóżne grubości papieru ściernego 40 - 200
Stacja lutowniczaErsaErsa i-CON 2, 400 ° C, pręt lutowniczy 2,2 mm
Ziarno prosteDremelF013400046Dremel 4000
Urządzenie do hartowania UVFormlabsFH-CU-01Utwardzanie formy
Pompa próżniowaMityvacMV8000Samochodowy zestaw tuningowy i odpowietrzający hamulce
ImadłoProxxonNO 28 132MS4,  Wysokość szczęk 10 mm, Max. Szerokość mocowania 34 mm
Przecinak do drutuKNIPEX7712115
Software
MFC oprogramowanieVö gtlinPobierz oprogramowanie red-y
Reference IninstrumentAVLDostarczane z urządzeniem: MSSplus
Oprogramowanie SlicerFormlabsPreform Pobierz link: https://formlabs.com/de/software/

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. World Health Organization. Health Effects of Particulate Matter: Policy Implications for Countries in Eastern Europe, Caucasus and Central Asia. World Health Organization. , (2013).
  2. Giechaskiel, B., et al. Review of motor vehicle particulate emissions sampling and measurement: From smoke and filter mass to particle number. Journal of Aerosol Science. 67, 48-86 (2014).
  3. Giechaskiel, B., et al. Measurement of automotive nonvolatile particle number emissions within the European legislative framework: a review. Aerosol Science and Technology. 46 (7), 719-749 (2012).
  4. Bainschab, M., et al. Measuring sub-23 nanometer real driving particle number emissions using the portable DownToTen sampling system. Journal of Visualized Experiments. (159), e61287(2020).
  5. Wang, X., et al. A novel optical instrument for estimating size segregated aerosol mass concentration in real time. Aerosol Science and Technology. 43 (9), 939-950 (2009).
  6. Axmann, H., Bergmann, A., Eichberger, B. Measurement of ultrafine exhaust particles using light scattering. 2013 Seventh International Conference on Sensing Technology (ICST). IEEE. , 937-941 (2013).
  7. Bermúdez, V., Luján, J. M., Serrano, J. R., Pla, B. Transient particle emission measurement with optical techniques. Measurement Science and Technology. 19 (6), 065404(2008).
  8. Michelsen, H. A., Schulz, C., Smallwood, G. J., Will, S. Laser-induced incandescence: Particulate diagnostics for combustion, atmospheric, and industrial applications. Progress in Energy and Combustion Science. 51, 2-48 (2015).
  9. Giechaskiel, B., Cresnoverh, M., Jörgl, H., Bergmann, A. Calibration and accuracy of a particle number measurement system. Measurement Science and Technology. 21 (4), 045102(2010).
  10. Kulkarni, P., Baron, P. A., Willeke, K. Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications. , Wiley. Hoboken, NJ. (2011).
  11. Agarwal, J. K., Sem, G. J. Continuous flow, single-particle-counting condensation nucleus counter. Journal of Aerosol Science. 11 (4), 343-357 (1980).
  12. Bilby, D., Kubinski, D. J., Maricq, M. M. Current amplification in an electrostatic trap by soot dendrite growth and fragmentation: Application to soot sensors. Journal of Aerosol Science. 98, 41-58 (2016).
  13. Warey, A., Hall, M. J. Performance characteristics of a new on-board engine exhaust particulate matter sensor. SAE Transactions. 114 (14), 1489-1497 (2005).
  14. Maricq, M. M., Bilby, D. The impact of voltage and flow on the electrostatic soot sensor and the implications for its use as a diesel particulate filter monitor. Journal of Aerosol Science. 124, 41-53 (2018).
  15. Diller, T. T., Hall, M. J., Matthews, R. D. Further development of an electronic particulate matter sensor and its application to diesel engine transients. SAE Technical Paper. , (2008).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Aerosol MeasurementCharged Particle DetectionSoot DetectionElectrode FabricationHEPA FilterMass Flow Controller3D PrintingSensor Calibration

Powiązane artykuły