Detector de Partículas de Baixo Custo Habilitado para Manufatura Aditiva

A detecção e a regulação das emissões de partículas são de grande importância. O protocolo é significativo porque permite que qualquer pessoa construa, teste e use um sensor de partículas simples. A vantagem do método não reside apenas nesta simplicidade, mas também nas possibilidades versáteis de adaptar a forma do sensor a diferentes necessidades com equipamento mínimo e custos globais mínimos.

Além da fuligem, o sensor pode detectar verities de partículas carregadas e é adequado para muitas aplicações. Por exemplo, detecção de metais específicos para usinas de energia, incêndios florestais em indústrias e automóveis. Para iniciar a fabricação dos eletrodos são necessários dois tubos de cobre, com diâmetros de 18 milímetros e 22 milímetros respectivamente.

Meça nove milímetros do topo de ambos os tubos e marque essas posições. Corte os tubos usando cortador de tubos nas marcações sem aplicar muita força. Rebarba os anéis de cobre cuidadosamente sem colocar muita pressão sobre eles e sem arranhar as superfícies dos eletrodos.

Esta é uma etapa crítica que afeta o desempenho dos sensores. Em seguida, antes de soldar os eletrodos, polir os anéis de cobre para se livrar da camada de cobre oxidado nas superfícies. Aperte o anel para ser soldado em um vício.

Pré-estanhar o anel de cobre e o cabo antes de soldar o cabo ao anel. Solde o cabo vermelho ao anel de cobre interno de 18 milímetros e o cabo preto ao anel de cobre externo de 22 milímetros. Coloque o suporte interno do eletrodo no canal de fluxo e aguarde uma hora para deixar a cola endurecer.

Em seguida, guie o cabo através do canal do cabo, certificando-se de que há espaço suficiente para o ponto de solda. Coloque o anel de eletrodo interno de 18 milímetros no suporte. Em seguida, alimente o cabo através do canal do cabo e coloque o anel externo de eletrodo de 22 milímetros no respectivo suporte.

Cole o suporte externo do eletrodo no canal de fluxo. Insira o espaçador no espaço entre os dois eletrodos de cobre e aguarde uma hora para deixar a cola endurecer. Sele todos os canais do cabo com cola epóxi.

Em seguida, espere durante a noite para a cola curar. No dia seguinte, insira o selo de vácuo na válvula impressa do eletrodo externo. Em seguida, depois de inserir os dois lados do sensor um no outro, prenda-os com a braçadeira de vácuo.

Construa a configuração do sensor conforme demonstrado na imagem. Para fazer isso, primeiro, conecte a fonte de alimentação de alta tensão ao cabo do sensor vermelho do eletrodo de alta tensão. Em seguida, conecte o cabo do sensor preto à entrada de tensão do multímetro de bancada.

Em seguida, depois de coletar o aterramento do eletrômetro ou GND com uma fonte de alimentação GND conectar o cabo USB do multímetro ao PC. Uma vez que o multímetro é conectado ao PC incorporar o sensor na configuração de medição de aerossol de acordo com o layout mostrado. Certifique-se de que a ponte de diluição está fechada antes de iniciar a experiência. Conecte a saída da ponte de diluição à entrada do misturador de aerossóis e retire dois da mistura de aerossóis na entrada do sensor.

Conecte um filtro HEPA ou absorvedor de partículas de alta eficiência à saída do sensor e conecte a saída HEPA ao controlador de fluxo de massa ou à entrada MFC. Use um encaixe wye e conecte a saída do misturador de aerossol e o fluxo de ar de diluição à extremidade dupla do encaixe wye. Na extremidade única do encaixe wye, conecte a entrada do instrumento de referência.

Inicie o experimento conectando o gerador de aerossol à ponte de diluição, certificando-se de que a ponte de diluição esteja fechada. Clique em Medir no instrumento de referência. Abra lentamente a ponte de diluição até atingir a concentração de massa de aerossol desejada de três a cinco miligramas por metro cúbico antes de registar os dados no instrumento de referência.

Observe a concentração mássica de partículas do instrumento de referência. Quando a fonte de aerossol estiver estável, ligue a fonte de alimentação do sensor a 1.000 volts e comece a registrar os dados. Após atingir um estado de equilíbrio para acumulação e fragmentação de dendritos, o sinal do sensor tornou-se proporcional à concentração de fuligem recebida.

O eixo vertical mostra o sinal do sensor em amperes, e o eixo horizontal mostra a concentração de aerossol medida pelo instrumento de referência em miligramas por metro cúbico. Um ajuste linear com seus parâmetros representativos foi calculado a partir do gráfico. Além disso, um experimento em que o curto-circuito aconteceu devido à formação de pontes de fuligem dentro dos eletrodos mostrou o sinal subindo abruptamente em etapas sem parar ou achatar.

Os dendritos não estavam mais formados e o sensor não estava mais em estado de equilíbrio. É crucial fabricar os eletrodos com muito cuidado e criar uma lacuna uniforme entre os eletrodos. Para garantir um ambiente de teste confiável, o arranjo experimental deve ser reproduzido conforme demonstrado.

Esse protocolo deve motivar agências, empresas, equipes de pesquisa e cientistas cidadãos a reproduzir essa construção simples de sensores e construir seu próprio detector de partículas.