Tutaj prezentujemy protokół, jak zbudować i przetestować prosty, ale wydajny detektor cząstek o niskich kosztach.
Artykuł metodologiczny
Niedrogi detektor cząstek umożliwiający wytwarzanie przyrostowe
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
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
Wdychanie cząsteczek o rozmiarze 1 µm lub mniejszym wiąże się z wysokim ryzykiem wystąpienia niekorzystnych skutków zdrowotnych dla organizmu człowieka. Wraz ze wzrostem zanieczyszczenia środowiska wynikającego z procesów spalania, w populacji rośnie zapadalność na choroby układu oddechowego1,2,3. Aby promować zdrowie i przeciwdziałać zanieczyszczeniom, konieczne jest w pierwszej kolejności zidentyfikowanie źródeł zanieczyszczeń oraz określenie stopnia ich nasilenia. Można to osiągnąć za pomocą istniejących detektorów cząsteczek. Są one jednak duże i bardzo często zbyt drogie do zastosowań prywatnych lub w ramach obywatelskiej nauki (citizen science).
Wiele z dostępnych komercyjnie detektorów cząstek jest nieporęcznych, bardzo kosztownych i wymaga dodatkowego sprzętu do działania4. Większość z nich wymaga również kilku etapów kondycjonowania aerozolu. Na przykład rozcieńczanie jest niezbędne w przypadku detektorów, które wykorzystują rozpraszanie światła jako zasadę pomiarową, a zakres pomiarowy jest ograniczony przez długość fali5,6,7. Detektory cząstek wykorzystujące inkandescecję indukowaną laserem jako zasadę detekcji wymagają zarówno laserowych źródeł o wysokiej energii, jak i energochłonnego systemu chłodzenia8.
Detektory cząstek wykorzystujące kondensacyjne liczniki cząstek są zazwyczaj stosowane jako złoty standard w pomiarach stężenia cząstek; wymagają one wstępnego przygotowania, rozcieńczania oraz płynów roboczych (np. butanolu)9,10,11. Zalety czujnika elektrostatycznego polegają na prostej i kompaktowej budowie oraz niskich kosztach produkcji. Jednak w porównaniu z kondensacyjnymi licznikami cząstek, należy liczyć się ze znacznym spadkiem dokładności pomiarów.
Czujnik elektrostatyczny stanowi alternatywę dla tych metod. Czujniki elektrostatyczne mogą być wytrzymałe, lekkie, tanie w produkcji i mogą pracować bez nadzoru. Najprostszą formą czujnika elektrostatycznego jest kondensator płaskowykonawczy z wysokim polem elektrycznym między okładzinami. Gdy aerozol jest transportowany do obszaru wysokiego napięcia pomiędzy dwiema miedzianymi elektrodami, naturalnie naładowane cząstki osadzają się na elektrodach o przeciwnych biegunach12 (Rycina 1).
Na powierzchni elektrod, w kierunku linii pola przyłożonego wysokiego napięcia między elektrodami, tworzą się naładowane dendryty. poprzez ładowanie kontaktowe. Fragmenty tych dendrytów w końcu odrywają się od elektrod i osadzają ponownie na elektrodzie o przeciwnym biegunie, przenosząc swój ładunek. Fragmenty te niosą dużą liczbę ładunków. Ponieważ elektroda jest uziemiona, osadzony ładunek generuje prąd, co prowadzi do spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej multimetru laboratoryjnego. Im częściej zjawisko to występuje w jednostce czasu, tym wyższy jest prąd, a w konsekwencji wyższy spadek napięcia (Rysunek 2).
Ze względu na wysokie napięcie indukowane przez osadzanie ładunku fragmentów, nie są wymagane żadne dodatkowe układy wzmacniające. Powstawanie cząstek odrywających się od dendrytów i następujące po nim uwalnianie ładunku tych cząstek stanowi naturalne wzmocnienie sygnału12. Wynikowy sygnał czujnika jest proporcjonalny do stężenia masy cząstek. Sygnał ten można wykryć za pomocą standardowego laboratoryjnego multimetru.
Rysunek 1: Schematy czujnika. Aerozol wpływa przez wlot aerozolu, przemieszcza się lewym kanałem przepływowym, 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, ulegają odrywaniu, generując tym samym odpowiedź czujnika. Następnie cząstki płyną dalej prawym kanałem przepływowym i opuszczają czujnik przez wylot aerozolu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 2: Zasada fizyczna. Cząstki naładowane dodatnio i ujemnie, a także cząstki obojętne, wnikają w szczelinę między elektrodami o przeciwnych biegunach. Są one odchylane przez linie pola elektrycznego w stronę elektrody o przeciwnym biegunie, gdzie osadzają swój ładunek. Następnie stają się częścią dendrytu i przejmują ładunek odpowiedniej elektrody. Gęstość pola jest najwyższa na wierzchołku dendrytu, gdzie uwięzionych jest więcej cząstek. Gdy siła przeciągania przekroczy siły wiązania, odrywają się segmenty dendrytów, które z kolei uderzają w przeciwległą elektrodę i osadzają swoje ładunki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dzięki cylindrycznej konstrukcji, zastosowanej m.in. przez Warey i wsp.10, można zminimalizować prawdopodobieństwo tworzenia się mostków sadzy. Dalsze informacje na temat geometrii czujnika, przyłożonego napięcia, prędkości przepływu gazu oraz stężenia pyłów zawieszonych można znaleźć w tej publikacji. Autorzy sugerują korelację sygnału czujnika ze strumieniem pyłów przepływających przez czujnik (równanie 1).
Czujnik (V) = 5,7 × 10-5 C V0 e0.62V × 
(1)
C to stężenie masy pyłów, V0 to przyłożone napięcie, V to prędkość wylotowa, L to długość elektrody, a S to przerwa między elektrodami13.
Bilby i współpracownicy skupili się na szczegółowym badaniu podstawowego efektu fizycznego czujnika elektrostatycznego9. Badania te obejmowały układ z dostępem optycznym oraz model kinetyczny wyjaśniający wzmocnienie sygnału w czujniku opartym na dendrytach (patrz równania 2 i 3).
(2)
![Równanie równowagi dynamicznej; \( \frac{d[\text{Br}]}{dt} = \sum_{i=j}^{\infty}k_i[D_i] - k_b[\text{Br}] \); wzór.](/files/ftp_upload/64844/64844eq03v2.jpg "figure-introduction-5")
(3)
S oznacza stos dysków sadzy składający się z 10-100 aglomeratów sadzy o rozmiarze 50-100 nm; Dn reprezentuje dendryt z n dyskami; Br oznacza fragment odłamany składający się z f dysków; S i ki to stałe szybkości12.
Niniejszy artykuł przedstawia protokół budowy i testowania prostego, lecz wydajnego i taniego detektora cząstek, który może być stosowany przy wysokich stężeniach cząstek bez konieczności użycia dodatkowego sprzętu. Poprzednie prace nad tym typem czujnika elektrostatycznego koncentrowały się głównie na pomiarach spalin. W niniejszej pracy jako aerozole testowe wykorzystano cząstki sadzy generowane w warunkach laboratoryjnych. Opisany czujnik oparto na wcześniejszych pracach Warey et al. oraz Bilby et al.12,13.
Obudowa czujnika składa się z korpusu wydrukowanego w technologii stereolitografii 3D, elektrod współosiowych wyciętych z miedzianych rurek, uszczelki próżniowej oraz zacisku próżniowego. Materiały takie jak uszczelka próżniowa, kabel, miedziane rurki i żywica 3D dla jednego czujnika kosztują mniej niż 40 €. Dodatkowy niezbędny sprzęt to źródło wysokiego napięcia, multimetr USB i stacja lutownicza. Do oceny czujnika wymagane jest również jednorazowo zdefiniowane źródło aerozolu oraz instrument referencyjny (patrz Tabela materiałów). Rozmiar czujnika opisanego w niniejszym protokole wynosi 10 cm x 7 cm. Rozmiar ten został wybrany specjalnie na potrzeby eksperymentu i może zostać jeszcze znacznie zredukowany (patrz modyfikacje/wymiary czujnika w dyskusji).
Niniejszy protokół opisuje sposób budowy, testowania i wykorzystania prostego, taniego czujnika cząstek. Schemat protokołu przedstawiono na Ryc. 3 – zaczynając od wydruku 3D obudowy czujnika i wykonania elektrod, poprzez montaż czujnika, aż po testy oraz przykład zastosowania czujnika w terenie.
Rysunek 3: Schemat metody. Protokół podzielono na cztery główne etapy. Najpierw drukowane są wszystkie części obudowy czujnika. Następnie produkowane są elektrody. W trzecim kroku montowana jest wydrukowana w 3D obudowa czujnika wraz z elektrodami i uszczelką próżniową. W ostatnim kroku oceniana jest wydajność czujnika. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Najważniejsze etapy procesu druku 3D przedstawiono na Rysunku 4. W pierwszej kolejności wybiera się odpowiednie ustawienia slicera dla danego wydruku. Następnie omawia się najważniejsze elementy wydruku oraz wstępne przetwarzanie modelu wydrukowanego w technologii 3D. Do tego etapu niezbędna jest drukarka 3D żywiczna z kąpielą izopropanolową, urządzenie do utwardzania UV oraz szlifierka prosta.
Rysunek 4: Schemat druku 3D. (A) przedstawiono model 3D w programie slicer; (B) drukarka podczas procesu drukowania. Etapy postprocessingu: (C) płukanie i (D) utwardzanie UV. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.
Rysunek 5 przedstawia najważniejsze etapy produkcji elektrod: nadawanie kształtu elektrodom oraz lutowanie styków do elektrod. Do tego kroku potrzebne są dwie miedziane rurki o różnych średnicach, suwmiarka, obcinak do rur, szlifierka prosta, imadło, stacja lutownicza i cyna lutownicza, izolowane kable w dwóch różnych kolorach, rękawice termoochronne oraz obcinacz do przewodów.
Rysunek 5: Wytwarzanie elektrod. (A) Pomiar, (B) cięcie, (C) usuwanie zadziorów i (D) lutowanie elektrod. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Sekcja montażu w protokole wyjaśnia sposób złożenia czujnika. Najważniejsze części czujnika przedstawiono na Rysunku 6, a mianowicie: zewnętrzny uchwyt elektrody, kanał przepływowy oraz wewnętrzny uchwyt elektrody. Rysunek 7 przedstawia najważniejsze etapy montażu czujnika. Do tego kroku niezbędny jest klej epoksydowy, odzież ochronna, uszczelka próżniowa, zacisk próżniowy, okulary ochronne oraz rękawiczki.
Rycina 6: Części czujnika. (A) zewnętrzny uchwyt elektrody, (B) kanał przepływowy oraz (C) wewnętrzny uchwyt elektrody. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rycina 7: Montaż czujnika. Przedstawiono wszystkie etapy montażu czujnika. A-E pokazuje montaż jednej połowy czujnika. (A) Wewnętrzny uchwyt elektrody jest przyklejany do kanału przepływowego. (B) Wewnętrzną elektrodę umieszcza się na wewnętrznym uchwycie elektrody. (C) Zewnętrzną elektrodę umieszcza się w zewnętrznym uchwycie elektrody. (D) Zewnętrzny uchwyt elektrody jest przyklejany do zespołu kanału przepływowego i wewnętrznego uchwytu elektrody. (E) Uszczelka próżniowa jest wpinana w zewnętrzną elektrodę jednej połowy czujnika, a następnie w (C) identyczną drugą zewnętrzną elektrodę drugiej połowy czujnika. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Sekcja testowa wyjaśnia, jak przygotować eksperyment w celu porównania nowo zbudowanego czujnika z instrumentem referencyjnym. Do tego kroku potrzebne są: multimetr stołowy, pompa próżniowa, zasilacz wysokiego napięcia, generator aerozolu, mostek rozcieńczający, rurki do aerozolu, kształtka Y, jeden kontroler przepływu masy (MFC), mieszalnik aerozolu, instrument referencyjny oraz patyczek bawełniany.
Protokół
1. Drukowanie 3D
- Ustawienia slicera
- Otwórz wszystkie pliki „.stl” w oprogramowaniu typu slicer i umieść elementy czujnika na platformie (patrz Plik uzupełniający 1, Plik uzupełniający 2, Plik uzupełniający 3, Plik uzupełniający 4, Plik uzupełniający 5 oraz Plik uzupełniający 6).
- Aby uzyskać dobry wynik druku, należy nachylić wszystkie elementy względem platformy.
- Generowanie punktów podparcia za pomocą a gęstość z 0.8 oraz a rozmiar punktu z 0,4 mm.
- Wybierz Przejrzysty V4 z grubość warstwy z 50 µm.
- Rozpocznij drukowanie.
- Prześlij plik wynikowy z programu slicer do drukarki 3D.
- Sprawdź czas drukowania oraz objętości żywicy wyświetlane na ekranie. Włóż przezroczysty zbiornik V4 i kasetę z żywicą, zamocuj platformę montażową i otwórz pokrywę kasety. Naciśnij Start na drukarce.
- Bezpośrednia obróbka końcowa
- Po zakończeniu druku otwórz drukarkę i zdejmij platformę montażową.
UWAGA: Ten krok można opóźnić tylko wtedy, gdy istnieje pewność, że model pozostanie pod ekranem ochronnym przed promieniowaniem UV drukarki (patrz: kroki krytyczne/postprocessing wydruku w dyskusji). - Ostrożnie odklej wszystkie elementy z platformy i umieść je w kąpieli z izopropanolu.
- Nieustannie poruszaj częściami przez 20 min.
- Wyjmować części co 5 min i dokładnie płukać wszystkie szczeliny oraz otwory.
- Po zakończeniu druku otwórz drukarkę i zdejmij platformę montażową.
- utwardzanie promieniami UV
- Osusz elementy przed rozpoczęciem procesu utwardzania.
- Przepłucz wszystkie niewielkie szczeliny i otwory sprężonym powietrzem.
- Umieść części w urządzeniu do utwardzania UV i utwardzaj je przez 50 min w temperaturze 40 °C.
UWAGA: To ustawienie różni się od zalecanego przez producenta czasu i temperatury suszenia (patrz: kroki krytyczne/postprocessing wydruków w dyskusji).
- Obróbka końcowa
- Upewnij się, że wszystkie otwory i wgłębienia są drożne.
- Jeśli kanał jest zapchany, należy go przewiercić lub wydrapać za pomocą prostej szlifierki.
- Należy sprawdzić, czy wszystkie wydrukowane elementy pasują do siebie i czy można w nich umieścić miedziane rurki. Jeśli nie, należy je oszlifować.
2. Wytwarzanie elektrod
- Odmierz 9 mm od górnej krawędzi miedzianych rurek o średnicach 18 mm i 22 mm i zaznacz te pozycje.
- Przetnij rurki obcinakiem do rur w zaznaczonych miejscach.
UWAGA: Należy uważać, aby nie używać zbyt dużej siły podczas tego procesu. Przecięcie rurek wymaga wykonania kilku obrotów (patrz: kroki krytyczne/wyrób elektrod w sekcji dyskusji). - Ostrożnie usuń zadziory z miedzianego pierścienia. Podczas usuwania zadziorów nie wywieraj zbyt dużego nacisku na pierścień i staraj się nie porysować powierzchni elektrody.
UWAGA: Jest to etap krytyczny, który wpływa na działanie czujnika (patrz: kroki krytyczne/wyrób i modyfikacje elektrod/elektrody w sekcji dyskusji). - Lutowanie elektrod
- Przylutuj czerwony przewód do wewnętrznego pierścienia miedzianego (18 mm), a czarny przewód do zewnętrznego pierścienia miedzianego (22 mm).
- Wypoleruj pierścień miedziany, aby usunąć z powierzchni utlenioną warstwę miedzi.
- Zaciśnij pierścień w imadle.
- Wstępnie ocynuj zarówno pierścień miedziany, jak i przewód, a następnie przylutuj przewód do pierścienia.
OSTROŻNIE: W wyniku lutowania elektrody miedziane nagrzewają się do 400 °C. Dotykaj elektrod wyłącznie za pomocą pęsety i używaj rękawic termoodpornych.
3. Montaż
- Wymieszaj dwa składniki kleju epoksydowego w tacce.
UWAGA: Bardzo ważne jest użycie przezroczystego kleju, aby odróżnić mostki sadzy od utwardzonego kleju.
OSTROŻNIE: Pracuj pod wyciągiem, noś odzież ochronną (zwłaszcza rękawiczki) i dbaj o czystość powierzchni roboczych. Dalsze instrukcje dotyczące bezpieczeństwa znajdują się w karcie charakterystyki. Zagrożenie dla zdrowia: „Skin Corr. 1C - H314 Eye Dam. 1 - H318 Skin Sens. 1 - H317”. - Przyklej uchwyt elektrody wewnętrznej do kanału przepływowego i odczekaj 60 min do utwardzenia kleju (Rysunek 7A).
- Umieść pierścień elektrody wewnętrznej (18 mm) na uchwycie i przeprowadź kabel przez kanał kablowy (Rysunek 7B).
UWAGA: Upewnij się, że jest wystarczająco dużo miejsca na punkt lutowniczy. - Umieść przekładkę wokół elektrody wewnętrznej.
UWAGA: Jest to bardzo krytyczny krok. Jeśli odległość między elektrodami nie będzie wynosić dokładnie 1 mm w każdym punkcie całego czujnika, pole elektryczne, a w konsekwencji wydajność czujnika, mogą ulec zmianie (patrz: kroki krytyczne/produkcja elektrod w dyskusji). - Umieść pierścień elektrody zewnętrznej (22 mm) na uchwycie i przeprowadź kabel przez kanał kablowy (Rysunek 7C).
- Przyklej uchwyt elektrody zewnętrznej do kanału przepływowego. Wsuń przekładkę w szczelinę między dwiema miedzianymi elektrodami. Odczekaj 60 min do utwardzenia kleju (Rysunek 7D).
- Uszczelnij wszystkie kanały kablowe klejem epoksydowym. Odczekaj całą noc do utwardzenia kleju.
- Włóż uszczelkę próżniową do wydrukowanego zaworu elektrody zewnętrznej. Wsuń dwie części czujnika jedna w drugą i zamocuj je za pomocą zacisku próżniowego (Rysunek 7E,F).
4. Testy
- Otwórz zacisk próżniowy czujnika.
- Rozdziel dwie połowy czujnika i usuń uszczelkę.
- Następnie należy dotknąć pierścienia elektrody jedną końcówką sondy multimetru, a koniec kabla prowadzącego do elektrody – drugą końcówką multimetru.
- Testy wstępne
- Przetestuj połączenie elektryczne elektrody i kabla za pomocą multimetru. Sprawdź, czy rezystancja wynosi <2 Ω (w zależności od stopnia utlenienia).
- Podłącz wąż do wlotu i wylotu aerozolu, a następnie za pomocą pompy próżniowej sprawdź, czy czujnik jest szczelny.
- Eksperyment równoległy
- Zbuduj układ czujników zgodnie z Rysunek 8.
- Podłącz zasilacz wysokiego napięcia do czerwonego kabla czujnika (elektrody wysokiego napięcia).
- Podłącz czarny kabel czujnika do wejścia napięcia multimetru stołowego.
- Połącz uziemienie (GND) elektrometru z uziemieniem (GND) zasilacza.
- Podłącz kabel USB multimetru do komputera osobistego.
- Wprowadź czujnik do układu pomiarowego aerozolu zgodnie z Rysunek 9.
- Generator aerozolu
- Zasilanie gazemWłącz przepływ osłonowy oraz dopływ azotu i propanu (wymagane ciśnienie: azot 4 bar, pozostałe gazy po 1 bar).
- Źródło zasilaniaPodłącz kabel zasilający 24 V do wbudowanych przepływomierzy masowych (MFC), a następnie podłącz kabel USB do komputera.
- Oprogramowanieotwórz oprogramowanie MFC i wprowadź właściwy numer portu COM. Wyszukaj urządzenia: jeśli wyświetli się pięć urządzeń (dla pięciu różnych MFC), kliknij przestań wyszukiwaćWprowadź warunki początkowe zgodnie z instrukcją obsługi generatora aerozoli: 10 ml/min propanu, 1,55 l/min powietrza do utleniania, 7 l/min gazu chłodzącego, 20 l/min powietrza rozcieńczającego.
- Uruchomić generator aerozolu (patrz Tabela materiałów) poprzez przekręcenie pokrętło włącznik/wyłącznikPo włączeniu pokrętła zapala się wskaźnik azotu, co oznacza, że wszystkie drogi przepływu są otwarte. Należy przytrzymać zabezpieczenie przeciwogniowe i nacisnąć przycisk zapłonu na generatorze aerozolu; zaobserwować płomień w okienku komory spalania. Zwolnić urządzenie zabezpieczające przed ogniem po około 60 s, czyniąc to bardzo powoli.
- Wprowadź następujące przepływy masy: 60 ml/min propanu, 1,55 l/min powietrza do utleniania, 7 l/min azotu (chłodzenie), i powietrze rozcieńczające o przepływie 20 l/min aby ustawić prawidłowe parametry rozkładu wielkości.
UWAGA: Generator należy podłączyć do pozostałej części układu tylko wtedy, gdy pomiary mają zostać wykonane w ciągu najbliższych kilku minut; w przeciwnym razie filtry mostka rozcieńczającego ulegną szybkiemu zapchaniu.
- Podłącz most rozcieńczający do generatora aerozolu. Odłącz go ponownie i skieruj przepływ aerozolu do wyciągu laboratoryjnego aż do rozpoczęcia eksperymentu. Przed rozpoczęciem eksperymentu upewnij się, że most rozcieńczający jest zamknięty.
- Połącz wylot mostka rozcieńczającego z wlotem mieszalnika aerozolu.
- Podłącz wylot 2 mieszalnika aerozolu (patrz Rycina 9Edo wlotu czujnika.
- Wprowadzić MFC.
- Podłącz filtr HEPA (high-efficiency particulate absorbing) do wylotu czujnika, a wylot czujnika podłącz do wlotu MFC.
- Podłącz zasilanie MFC oraz podłącz kabel USB do komputera.
- Otwórz oprogramowanie MFC i wprowadź prawidłowy numer portu COM.
- Wyszukiwanie urządzeń.
- Kliknij zatrzymać wyszukiwanie?.
- Wprowadź przepływ masowy jako 1 l/min.
- Instrument referencyjny (patrz Tabela materiałów)
- Podłącz kabel LAN do komputera PC, a następnie w przeglądarce otwórz połączenie z adresem IP instrumentu referencyjnego, aby uruchomić aplikację Java służącą do sterowania tym instrumentem.
- W oprogramowaniu sterującym urządzeniem referencyjnym należy nacisnąć blokowanie zasobów | oczekiwanie aby uruchomić pompę.
UWAGA: Proces ogrzewania trwa ok. 20 min. - Po fazie rozgrzewki kliknij pomiar do pomiaru aerozolu wnikającego do instrumentu referencyjnego.
- Wybierz a stosunek rozcieńczenia z 1:10 na urządzeniu referencyjnym.
- Użyj kształtki Y, aby połączyć wylot mieszalnika aerozolu 1 (patrz Rycina 9D) oraz przepływ powietrza rozcieńczającego do rozdzielonego końca kształtki w kształcie litery Y (patrz Rycina 9C), a pojedynczy koniec kształtki w kształcie litery Y podłącz do wlotu instrumentu referencyjnego.
UWAGA: Te dwa przepływy są następnie łączone w pojedynczym wylocie kształtki w kształcie litery Y.
- Rozpoczęcie eksperymentu
- Ponownie podłącz generator aerozolu do mostka rozcieńczającego i upewnij się, że mostek rozcieńczający jest zamknięty.
- Kliknij pomiar na urządzeniu referencyjnym.
- Powoli otwieraj most rozcieńczający, aż do uzyskania pożądanej koncentracji masy aerozolu wynoszącej 3-5 mg/m²3 zostanie osiągnięte, a następnie należy rozpocząć rejestrację danych na urządzeniu referencyjnym.
- Obserwuj stężenie masy cząstek mierzone przez przyrząd referencyjny. Gdy źródło aerozolu stanie się stabilne, włącz zasilanie czujnika w 1 000 V i rozpocząć rejestrację danych.
UWAGA: Jeśli stężenie nie jest stabilne, należy zapoznać się z sekcją rozwiązywania problemów w części dyskusji.
- Zbierz dane z multimetru laboratoryjnego za pomocą czytaj polecenie w konsoli lub skrypt automatyczny.
UWAGA: Po ustabilizowaniu się prądu czujnika (około 5 min) możliwe jest porównanie instrumentu referencyjnego z prądem czujnika.
UWAGA: Jeśli prąd czujnika gwałtownie wzrośnie powyżej 10-7 A (odpowiadający wartości 0,1 V przy rezystancji wewnętrznej 1 MΩ), wyłączyć źródło wysokiego napięcia (patrz: rozwiązywanie problemów w sekcji dyskusji). - Pomiar równoległy: Po osiągnięciu stanu równowagi przez czujnik, zmierz gradient stężenia w krokach od 5 mg/m3 do 0,2 mg/m3 poprzez odpowiednie dostosowanie mostka rozcieńczeń.
UWAGA: W przypadku stosowania wyższych stężeń należy zwiększyć stopień rozcieńczenia w urządzeniu referencyjnym.
- Zbuduj układ czujników zgodnie z Rysunek 8.
- Przed każdym nowym pomiarem należy oczyścić czujnik za pomocą sprężonego powietrza i wymazówki.
5. Zastosowanie w terenie
- Zmontuj układ czujnika zgodnie z Rysunkiem 8.
- Podłącz zasilacz wysokiego napięcia do czerwonego kabla czujnika (elektroda wysokiego napięcia).
- Podłącz czarny kabel czujnika do wejścia napięcia multimetra laboratoryjnego.
- Połącz uziemienie (GND) elektrometru z uziemieniem (GND) zasilacza.
- Podłącz kabel USB multimetru do komputera PC.
- Włącz układ czujnika do nowego układu pomiarowego zgodnie z Rysunkiem 10 i połącz źródło aerozolu z czujnikiem.
- Rozdziel wypływający strumień cząstek ze źródła aerozolu na ścieżkę A) układ czujnika i ścieżkę B) wentylację.
- MFC lub pompa: Użyj regulatora MFC, aby przeprowadzić próbkę przez czujnik.
- Zastosuj filtr HEPA przed regulatorem MFC. Podłącz zasilanie MFC i podłącz kabel USB do komputera PC.
- W celu wykonania pomiaru równoległego postępuj zgodnie z krokiem 4.5.8.
- Rozpoczęcie eksperymentu terenowego: Upewnij się, że źródło aerozolu jest podłączone do wejścia czujnika.
- Włącz zasilanie czujnika i rozpocznij rejestrację danych.
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 wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Rycina 9: Plan eksperymentalny oceny czujnika. Do symulacji źródła cząstek wykorzystano stabilne źródło aerozolu. Wypływający strumień cząstek zostaje rozdzielony na ścieżkę (A), układ czujnika, oraz ścieżkę (B), wentylację, która wchodzi do mostka rozcieńczającego i jest dalej rozprowadzana do mieszalnika aerozolu. Za mieszalnikiem strumień aerozolu zostaje rozdzielony, w tym na ścieżkę instrumentu referencyjnego (D), który dokonuje pomiarów równolegle do czujnika. Instrument referencyjny wymaga powietrza do rozcieńczania, które jest dostarczane ścieżką (C). Ścieżka (E): MFC zasysa powietrze przez czujnik. MFC ten jest chroniony przed strumieniem aerozolu za pomocą filtra HEPA. Skróty: MFC = kontroler przepływu masowego; filtr HEPA = wysokowydajny filtr absorbujący cząstki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rycina 10: Test terenowy: plan eksperymentalny. W tym układzie mierzone jest źródło aerozolu. Wypływający strumień cząstek jest dzielony na ścieżkę A) układ czujnika i ścieżkę B) wentylację, a następnie trafia do czujnika. W tej konfiguracji MFC z filtrem HEPA zainstalowanym powyżej zasysa aerozol przez czujnik. Skróty: MFC = kontroler przepływu masowego; filtr HEPA = wysokowydajny filtr pochłaniający cząstki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.
Wyniki
Dokładna korelacja sygnału czujnika z masą cząstek różni się w zależności od rozkładu ładunków i rozkładu wielkości cząstek, a także składu aerozolu. W związku z tym czujnik musi zostać skalibrowany do konkretnego zastosowania przy użyciu instrumentu referencyjnego. W tej sekcji wyjaśniono, jak porównać nowo zbudowany czujnik z instrumentem referencyjnym.
Faza rozruchu czujnika trwa około 5-10 min, w zależności od wybranego stężenia cząstek. W trakcie fazy rozruchu sygnał czujnika znacznie wzrasta podczas ekspozycji na stałe stężenie cząstek. Po zakończeniu tej fazy sygnał czujnika stabilizuje się. Na tym etapie zostaje osiągnięty stan równowagi między akumulacją a fragmentacją dendrytów, a sygnał czujnika staje się wówczas proporcjonalny do dopływającego stężenia sadzy. Po tej fazie inicjalizacji czujnik jest gotowy do pomiaru wszelkich zmian w stężeniu aerozolu.
Dane pomiarowe przedstawione na Rysunku 11 zaczynają się od momentu, w którym czujnik znajduje się w wyżej wspomnianym 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 przedstawia sygnał z czujnika w amperach, a oś pozioma stężenie aerozolu zmierzone przyrządem referencyjnym w mg/m3. Na wykresie przedstawiono również dopasowanie liniowe wraz z jego reprezentatywnymi parametrami. Wysoka niepewność danych pomiarowych wynika z dużej dynamiki podczas regulacji stężenia za pomocą mostka rozcieńczającego. Parametrami dopasowania liniowego są wartość R2 wynosząca 0,80, punkt przecięcia wynoszący -0,53 nA oraz nachylenie wynoszące 2,80 nAm3/mg z odchyleniem standardowym 1,4 nA.
Rysunek 11: Wyniki pozytywne. Na osi pionowej naniesiono sygnał czujnika wyrażony w amperach, natomiast na osi poziomej stężenie cząstek zmierzone przyrządem referencyjnym w mg/m3. Dodatkowo na wykresie naniesiono dopasowanie liniowe z najważniejszymi parametrami. Parametry dopasowania liniowego to wartość R2 wynosząca 0.80, punkt przecięcia -0.53 nA oraz nachylenie 2.80 nAm3/mg. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Istnieje również możliwość, że cząstki zablokują ścieżkę między elektrodami, w wyniku czego między elektrodami utworzą się przewodzące mostki sadzy. Ponieważ sadza jest materiałem przewodzącym, mostki te tworzą zwarcie między elektrodami. Mierzony sygnał gwałtownie rośnie wraz ze wzrostem grubości ścieżki przewodzącej, aż do momentu, gdy napięcie stanie się tak wysokie, że woltomierz może ulec uszkodzeniu. Przykład eksperymentu z tworzeniem mostków sadzy przedstawiono na Rysunku 12. Sygnał rośnie w postaci bardzo stromych skoków/stopni i nie ustaje ani nie stabilizuje się. Dendryty przestają się również tworzyć, a czujnik nie znajduje się już w stanie równowagi. W takim przypadku należy niezwłocznie wyłączyć źródło wysokiego napięcia, oczyścić czujnik i rozpocząć nowy pomiar.
Rysunek 12: Wynik negatywny. Podczas pomiaru wystąpiło zwarcie. Na osi pionowej naniesiono sygnał czujnika w amperach, a na osi poziomej czas pomiaru. Sygnał czujnika nadal rośnie bez ograniczeń. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Jeśli wyświetlona zostanie linia płaska, a prąd czujnika w ogóle nie wzrośnie do wartości powyżej 1 nA, należy postępować zgodnie z instrukcjami rozwiązywania problemów zawartymi w sekcji dyskusji. Czujnik musi w każdej chwili znajdować się w stanie równowagi, aby dokładnie mierzyć wchodzący aerozol; w związku z tym na początku eksperymentu należy zapewnić wystarczająco wysoką początkową koncentrację aerozolu.
Plik uzupełniający 1: Ten plik stanowi projekt wspomagany komputerowo (CAD) do wydrukowania kanału przepływowego przedstawionego na Rysunku 7A z otworami na kabel. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 2: Plik ten stanowi plik CAD do wydrukowania kanału przepływowego przedstawionego na Rysunku 7A bez otworów. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 3: Niniejszy plik stanowi plik CAD do wydrukowania wewnętrznego uchwytu elektrody przedstawionego na Rysunku 7A. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 4: Ten plik to plik CAD do wydrukowania zewnętrznego uchwytu elektrody przedstawionego na Ryc. 7C (po prawej). Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 5: Plik ten stanowi plik CAD do wydrukowania kanału przepływowego bez otworów przedstawionego na Rysunku 7C (po lewej). Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 6: Plik ten zawiera plik CAD do wydrukowania dystansera elektrody. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.
Dyskusja
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
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
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
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sprzęt | |||
| Drukarka 3D | Formlabs Formlabs | 3 | |
| Mieszalnik aerozoli | ESSKA | 304200812095 | 95 mm, średnica 8 mm |
| Generator sadzy w aerozolu | Jing Aerosol | Model 5201 Typ C miniCAST | |
| Multimetr stołowy | Keysight | KEYSIGHT 34465A, zakres 0 - 100 V, 1 M& Omega; rezystancja wewnętrzna | |
| Mostek rozcieńczający | Specjalnie zbudowany | zawór iglicowy i filtr HEPA równolegle Zasilacz | |
| wysokiego napięcia | Stanford Research Systems | PS350, 5000 V - 25 W | |
| Regulator przepływu mas | Vö gtlin | GSC-C3SA-BB26 | Red-y do przepływu gazu, zakres przepływu: 0-10 l / min |
| Instrument do pomiaru ciśnienia | AVL | MSSplus - AVL Micro Soot Sensor | |
| Materiał< / mocny> | |||
| Rurki tygonowe w aerozolu | Saint Gobain Fluid Transfer | AAG00012 | Średnica 7 mm |
| Dwukierunkowe zawory sterujące przepływem serii RFO | CAMOZZI | RFO 383-1/8 | P max 10 bar |
| Złącze zredukowane z łącznikiem kolczastym | ESSKA | IQSG120H6000 | |
| Rurka miedziana 12 mm | Obi | 1996602 | Średnica 12 mm |
| Rurka miedziana 18 mm | Obi | 1499441 | Średnica 18 mm |
| Rurka miedziana 22 mm | Obi | 1996628 | Średnica 22 mm |
| Wacik bawełniany | Chemtronics | 48042F | 50 m, końcówka |
| 1 mmKlej epoksydowy | RS Komponenty | 132605 | RS szybki zestaw żywicy epoksydowej |
| Hepa Nylon Einweg-Inline-Filter | Parker | 9933-05-BQ | Flü ssigkeit 5.4SCFM 1/4Zoll, mit G1/4 Anschluss 8,1 bar |
| Izolowany elektryczny | Nexans | Średnica 2 mm, dwa różne kolory czerwony i | |
| Żywica fotopolimerowa | Formlabs | 851976006196 | 1 L Kartridż - Przezroczysty (Przezroczysty) |
| Cyna lutownicza | Stannol | 574108 | |
| Tefen polimer Y - mocowanie | TEFEN | TEF-8357-06-00 | |
| Rękawice chroniące przed temperaturą | As One | ||
| Zacisk próżniowy | MISUMI | FRNWC40 | Zacisk |
| Uszczelka próżniowa | MISUMI | FRNWR40 | Pierścień centrujący z uszczelką O-ring |
| < strong>Tool | |||
| Caliper | Starrett | DW990 | |
| Deburrer | Ruko | ||
| Rękawice | BM Polyoo | ||
| Kąpiel izopropanolowa | Formlabs | FK-F3-01 | Zestaw wykończeniowy Form 3 |
| Imadło PCB | Komponenty RS | 221-7531 | |
| Obcinak do rur | Sztywny | 35S | |
| Gogle ochronne | 3M | ||
| Papier ścierny | Mirka | Różne grubości papieru ściernego 40 - 200 | |
| Stacja lutownicza | Ersa | Ersa i-CON 2, 400 ° C, pręt lutowniczy 2,2 mm | |
| Ziarno proste | Dremel | F013400046 | Dremel 4000 |
| Urządzenie do hartowania UV | Formlabs | FH-CU-01 | Utwardzanie formy |
| Pompa próżniowa | Mityvac | MV8000 | Samochodowy zestaw tuningowy i odpowietrzający hamulce |
| Imadło | Proxxon | NO 28 132 | MS4, Wysokość szczęk 10 mm, Max. Szerokość mocowania 34 mm |
| Przecinak do drutu | KNIPEX | 7712115 | |
| Software | |||
| MFC oprogramowanie | Vö gtlin | Pobierz oprogramowanie red-y | |
| Reference Ininstrument | AVL | Dostarczane z urządzeniem: MSSplus | |
| Oprogramowanie Slicer | Formlabs | Preform Pobierz link: https://formlabs.com/de/software/ |
Bibliografia
- World Health Organization. Health Effects of Particulate Matter: Policy Implications for Countries in Eastern Europe, Caucasus and Central Asia. World Health Organization. , (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kulkarni, P., Baron, P. A., Willeke, K. Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications. , Wiley. Hoboken, NJ. (2011).
- Agarwal, J. K., Sem, G. J. Continuous flow, single-particle-counting condensation nucleus counter. Journal of Aerosol Science. 11 (4), 343-357 (1980).
- 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).
- Warey, A., Hall, M. J. Performance characteristics of a new on-board engine exhaust particulate matter sensor. SAE Transactions. 114 (14), 1489-1497 (2005).
- 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).
- 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
