СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО РАЗМЕРА И КОНЦЕНТРАЦИИ СУБМИКРОННЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
METHOD TO DETERMINE MAXIMAL SIZE AND CONCENTRATION OF SUBMICRON AEROSOL PARTICLES

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к способам измерения характеристик аэрозольных частиц оптическими методами, и предназначено для определения максимального размера и концентрации субмикронных частиц в различных аэрозольных образованиях. Изобретение может найти применение в химической технологии, коллоидной химии, при разработке систем распыливания жидкости в различных отраслях техники, для контроля загрязнения окружающей среды.
Известны способы определения размеров и концентрации аэрозольных частиц, основанные на измерении ослабления параллельного пучка оптического зондирующего излучения [1-3]. При этом спектральный коэффициент пропускания зондирующего излучения измеряют для ограниченного набора длин волн, привлекают априорную информацию о спектре размеров аэрозольных частиц и проводят измерения дополнительных параметров (в частности, массовых расходов частиц и газа [1]). В качестве теоретической основы известных методов используют уравнение спектральной прозрачности (закон Бугера) для полидисперсных аэрозольных систем [4, 5] и теорию Ми для расчета факторов эффективности ослабления одиночных частиц [6].
Наиболее близким по технической сущности является способ определения дисперсности и концентрации частиц в аэрозольном облаке [7], основанный на измерении ослабления параллельного пучка зондирующего оптического излучения в диапазоне длин волн λ=(0.3÷1.1) мкм.
Недостатком данного способа является необходимость проведения дополнительных измерений оптической длины пути и объема аэрозольного облака с использованием двухракурсной видеосъемки. Проведение этих измерений вносит дополнительную погрешность и усложняет схему экспериментальной установки. При диагностике аэрозольных частиц субмикронных размеров применимость метода спектральной прозрачности связана с необходимостью измерения спектральных коэффициентов пропускания в ультрафиолетовой области спектра (λ<0.1 мкм) с высокой точностью для обеспечения возможности решения соответствующей обратной задачи оптики аэрозолей [5].
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения характеристик субмикронных аэрозольных частиц без привлечения дополнительных измерений других параметров.
min
max
Технический результат изобретения достигается тем, что разработан способ определения максимального размера и концентрации субмикронных аэрозольных частиц, основанный на измерении ослабления параллельного пучка зондирующего оптического излучения. Спектральный коэффициент пропускания измеряют в диапазоне длин волн λ=λ÷λ и строят график функции
.
∗
max
m
Из этого графика определяют координаты λ,  точки выхода функции т(Х) на асимптоту , максимальный диаметр D и массовую концентрацию C аэрозольных частиц определяют по формулам
,
,
где λ - длина волны зондирующего излучения, мкм;
-1
τ(λ)=lnT (λ) - спектральная оптическая плотность;
0
T(λ)=J(λ)/J(λ) - измеренная зависимость спектрального коэффициента пропускания от длины волны зондирующего излучения;
0
J(λ), J(λ) - интенсивность прошедшего через аэрозольную систему и поступающего на нее зондирующего излучения, Вт;
max
D - максимальный диаметр аэрозольных частиц, мкм;
m
3
C - массовая концентрация аэрозольных частиц, кг/м;
3
ρ - плотность материала аэрозольных частиц, кг/м;
l - оптическая длина пути, м;
∗
λ,  - координаты точки выхода на асимптоту функции , мкм;
∗
α(λ) - зависимость от длины волны значения параметра дифракции α=πD/λ, соответствующего абсциссе точки начала отклонения функции
p
Q(α) от функции Q(α);
D - диаметр аэрозольных частиц;
Q(α) - фактор эффективности ослабления, рассчитанный по точным формулам теории Ми для заданных зависимостей показателя преломления n(λ) и показателя поглощения æ(λ) материала аэрозольных частиц;
p
Q(α)=α·F(λ) - фактор эффективности ослабления для релеевского рассеяния,
функцию F(λ) рассчитывают по формуле
,
min
max
а границы диапазона длин волн зондирующего излучения λ, λ выбирают в видимой и ближней инфракрасной областях спектра с учетом известных зависимостей n(λ) и æ(λ) в этом диапазоне.
Полученный положительный эффект изобретения связан с тем, что одновременно определяются массовая концентрация частиц и их максимальный диаметр в исследуемой аэрозольной среде без проведения дополнительных исследований других параметров.
Рассмотрим обоснование заявляемого способа.
Определение массовой концентрации частиц
m
При прохождении монохроматического излучения с длиной волны λ через слой толщиной l, состоящий из равномерно распределенных монодисперсных частиц диаметром D с массовой концентрацией C происходит его ослабление за счет рассеяния и поглощения частицами. Количественной характеристикой ослабления является спектральный коэффициент пропускания
,
0
где J(λ) - поток излучения, прошедший сквозь слой; J(λ) - поток излучения, поступающий на слой.
Величина Т(λ) определяется законом Бугера [5]
,
где τ(λ) - спектральная оптическая плотность слоя.
Выражение для спектральной оптической плотности записывается в виде [5]
<mrow><mi>τ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1.5</mn><msub><mi>C</mi><mi>m</mi></msub><mi>l</mi></mrow><mrow><mi>ρ</mi><mi>D</mi></mrow></mfrac><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
где ρ - плотность материала частиц;
Q(α, m) - безразмерный фактор эффективности ослабления, который зависит от параметра дифракции (параметра Ми) α=πD/λ и комплексного показателя преломления материала частицы m=n-iæ (n - показатель преломления; æ - показатель поглощения; ).
Значения n и æ в общем случае зависят от длины волны излучения λ. Зависимость Q(a, m) от параметра дифракции носит сложный колебательный характер и рассчитывается по точным формулам теории Ми [6].
Для случая «малых» частиц при выполнении условия релеевского рассеяния (α<1) [6] фактор эффективности ослабления определяется аналитической формулой [5]:
<mrow><msub><mi>Q</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>α</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где .
Подставляя (2) в выражение для оптической плотности (1), получим:
<mrow><mi>τ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1.5</mn><msub><mi>С</mi><mi>m</mi></msub><mi>l</mi></mrow><mrow><mi>ρ</mi><mi>D</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><mi>π</mi><mi>D</mi></mrow><mi>λ</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1.5</mn><msub><mi>C</mi><mi>m</mi></msub><mi>l</mi></mrow><mrow><mi>ρ</mi><mi>λ</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Из (3) следует, что в случае релеевского рассеяния величина оптической плотности τ(λ) не зависит от размера частиц D. Следовательно, по измеренным значениям τ(λ) из (3) можно определить массовую концентрацию частиц:
<mrow><msub><mi>C</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>ρ</mi><mi>λ</mi><mi>τ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1.5</mn><mi>π</mi><mi>l</mi><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
m
*
*
*
min
max
Данный способ определения C по формуле (4) с использованием измеренного значения τ(λ) является корректным только в ограниченном диапазоне длин волн зондирующего излучения λ≥λ (λ - длина волны, ограничивающая область релеевского рассеяния). Для определения λ измеряют спектральную оптическую плотность в некотором диапазоне длин волн λ≤λ≤λ и строят график зависимости
,
где τ(λ) - измеренная зависимость спектральной оптической плотности от длины волны излучения.
График функции τ(λ) имеет два участка (фиг.1):
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
*
1.
монотонно убывает при λ<λ.
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>∗</mo></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow>
*
2.
при λ≥λ.
*
Для диапазона длин волн λ>λ массовая концентрация частиц определяется по формуле (4).
Покажем, что данный способ определения массовой концентрации частиц применим и для полидисперсных частиц, если для всех частиц выполняется условие релеевского рассеяния. В случае полидисперсных частиц выражение для спектральной оптической плотности имеет вид [5]:
<mrow><mi>τ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1.5</mn><msub><mi>C</mi><mi>m</mi></msub><mi>l</mi></mrow><mi>ρ</mi></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mi>Q</mi></mrow></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mi>D</mi><mn>2</mn></msup><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>)</mo></mrow><mi>d</mi><mi>D</mi></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mrow><msup><mi>D</mi><mn>3</mn></msup><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>)</mo></mrow><mi>d</mi><mi>D</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где f(D) - функция счетного распределения частиц по размерам.
p
Подставляя в (6) выражение (2) для Q(α, m) в случае релеевского рассеяния, получим формулу, полностью совпадающую с формулой (4) для определения массовой концентрации частиц.
Определение максимального размера частиц
Как было отмечено выше, фактор эффективности ослабления зависит от двух параметров - параметра дифракции а и æ комплексного показателя преломления материала частиц m=n-iæ. Значения n и зависят в общем случае от длины волны излучения λ, причем для разных материалов эти зависимости носят разный характер.
*
*
p
*
В случае релеевского рассеяния зависимость фактора эффективности ослабления от параметра дифракции линейна в соответствии с уравнением (2). Зависимость фактора эффективности ослабления от параметра дифракции, рассчитанного по точным формулам теории Ми, совпадает с релеевской до некоторого граничного значения α, а при α>α отклоняется от нее: Q(α, m)>Q(α, m). При этом значение α зависит от длины волны излучения (фиг.2), что связано с дисперсией m (зависимость n и æ от λ).
min
mаx
p
p
Таким образом, для известных зависимостей n(λ) и æ(λ) в диапазоне λ≤λ≤λ можно построить графики Q(α, m) и Q(α, m), проводя расчеты факторов эффективности ослабления по точным формулам теории Ми и по уравнению (2) для релеевского рассеяния. Из этих графиков (фиг.2) определяется зависимость от длины волны значения параметра дифракции, соответствующего абсциссе точки начала отклонения функции Q(α, m) от Q(α, m):
<mrow><msub><mi>α</mi><mo>*</mo></msub><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><mi>D</mi></mrow><mi>λ</mi></mfrac></mrow>
.
*
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
Подставляя в эту зависимость значение λ, определенное выше как абсцисса точки выхода на асимптоту
, получим формулу для определения максимального диаметра аэрозольных частиц:
<mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>λ</mi><mo>*</mo></msub></mrow><mi>π</mi></mfrac><msub><mi>α</mi><mo>*</mo></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mo>*</mo></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Сущность изобретения поясняется следующими рисунками:
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>*</mo></msub></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow>
*
Фиг.1 - график функции
для определения координат λ,
точки выхода этой зависимости на асимптоту
.
Фиг.2 - зависимость факторов эффективности ослабления от параметра дифракции для частиц сажистого углерода.
Фиг.3 - схема лабораторной установки для измерения характеристик аэрозольных частиц.
p
Фиг.4 - зависимость от длины волны значения параметра дифракции, соответствующего абсциссе точки начала отклонения функции Q(α) от Q(α) для частиц сажистого углерода.
Пример реализации способа
0
На фиг.3 приведена схема лабораторной установки для измерения характеристик частиц сажистого углерода в пламени газовой горелки. Поток продуктов сгорания 2 газовой горелки через цилиндрическую трубку 1 заданного диаметра l поступал в зону измерений. Параллельный пучок зондирующего излучения 5 с начальной интенсивностью J(λ) от источника сплошного спектра 3, в качестве которого использовалась лампа СИ-10-300 с ленточным вольфрамовым излучателем, создавался оптической фокусирующей системой 4. Прошедший через аэрозольную систему ослабленный поток излучения J(λ) поступал на вход спектрально-аналитического комплекса 6, 7.
Обработка экспериментальных данных по зависимости спектрального коэффициента пропускания от длины волны зондирующего излучения Т(λ) проводилась с помощью персонального компьютера 8.
Предварительно проводился расчет факторов эффективности ослабления Q(a,m) по точным формулам теории Ми и по формуле (2) для релеевского рассеяния. Примеры расчетных графиков приведены на фиг.2. При проведении расчетов использовались зависимости n(λ) и æ(λ) для частиц сажистого углерода, приведены в [8] для диапазона λ=(1÷6) мкм:
n(λ)=1.6+0.3λ,
0.6
æ(λ)=λ,
где [λ]=мкм.
p
*
Обработка графиков Q(α, m) и Q(α, n) для диапазона длин волн λ=(1÷6) мкм позволили получить зависимость α(λ) для частиц сажистого углерода, приведенную на фиг.4. Эта зависимость аппроксимировалась формулой (погрешность аппроксимации не более 3%):
<mrow><msub><mi>α</mi><mo>*</mo></msub><mo>=</mo><mn>0.22</mn><mo>⋅</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0.16</mn><mo>⋅</mo><mi>λ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где [λ]=мкм.
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
*
*
*
Результаты измерений показали, что значение длины волны, соответствующее выходу на асимптоту функции
, составляло λ=2 мкм. Соответствующее значение α, определенное по уравнению (8), составило α=0.16 мкм. Максимальный диаметр частиц сажистого углерода
<mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>λ</mi><mo>*</mo></msub></mrow><mi>π</mi></mfrac><msub><mi>α</mi><mo>*</mo></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mo>*</mo></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>0.16</mn></mrow><mi>π</mi></mfrac><mo>=</mo><mn>0.1</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>к</mi><mi>м</mi></mrow>
,
3
3
m
что хорошо согласуется с известными литературными данными [8]. Значение массовой концентрации частиц сажистого углерода (ρ=1.75 г/см) изменялось в широких пределах C=(2÷15) мг/см в зависимости от коэффициента избытка окислителя газовой смеси, поступающей в горелку.
m
max
По результатам примера видно, что заявленный способ позволяет одновременно определять массовую концентрацию и максимальный диаметр аэрозольных частиц с высокой точностью без проведения дополнительных измерений других параметров. Высокая точность определения C и Dсвязана со строгой обоснованностью границ применимости релеевского рассеяния.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. РФ 717628, МПК G01N 15/02. Способ измерения среднего радиуса металлических капель в двухфазных потоках / Е.В.Соловьев. - №2343588/18-25; заявл. 01.04.1976; опубл. 25.02.1980, Бюл. №7.
2. Пат. РФ 1420474, МПК G01N 15/02. Способ определения параметров частиц аэрозоля в газовом потоке / Г.И.Левашенко, В.И.Анцулевич, С.Л.Шуралев, С.В.Симоньков. - №4037554/24-25; заявл. 17.03.1986; опубл. 30.08.1988, Бюл. №32.
3. Пат. РФ 2335760, МПК G01N 15/02. Оптический способ определения размеров частиц дисперсной фазы / О.Л.Власова, О.А.Писарев, А.Г.Безрукова, П.В.Плотникова. - №2006121402/28; заявл. 13.06.2006; опубл. 10.10.2008, Бюл. №28.
4. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. - М.: Мир, 1971. - 165 с.
5. Архипов В.А. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987. - 140 с.
6. Хюлст Ван де Г. Рассеяние света малыми частицами. - М.: ИЛ, 1961. - 536 с.
7. Пат. РФ 2441218, МПК G01N 15/02. Способ определения дисперсности и концентрации частиц в аэрозольном облаке / В.А.Архипов, А.А. Павленко, С.С.Титов, О.Б.Кудряшова, С.С.Бондарчук. - №2010143653/28; заявл. 25.10.2010; опубл. 27.01.2012, Бюл. №3.
8. Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.