靜電式空氣凈化器電暈及電弧噪聲實(shí)驗(yàn)研究

許曉帥 張福勇 郝剛 許啟迪 王萍

山東帥迪醫(yī)療科技有限公司，中國(guó)·山東 泰安 271000

伴隨著空氣污染問題的增加，加之人們的生活水平越來越高，人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量所提出的要求更高。這也讓空氣凈化器成為人們的日常生活中的必需品之一，在辦公室、汽車車艙、臥室等場(chǎng)所得到了普遍運(yùn)用?，F(xiàn)階段，在中國(guó)的市場(chǎng)中所銷售的空氣凈化器種類繁多，通過靜電式空氣凈化器電暈和電弧噪聲實(shí)驗(yàn)的開展則能了解凈化器的凈化功能，做好凈化器的優(yōu)化選擇。

空氣凈化器；電弧噪聲實(shí)驗(yàn)；電暈實(shí)驗(yàn)

1 靜電式空氣凈化器概述

靜電式空氣凈化器方面利用電暈放電的形式，通過電場(chǎng)力作用定向移動(dòng)帶電塵粒，集塵板獲取帶電塵粒，將顆粒污染物從空氣中分離開來。靜電式空氣凈化器使用過程中產(chǎn)生較小的氣流阻力，能使空氣潔凈，無論是拆卸活動(dòng)，還是清洗活動(dòng)都具有便捷性，不會(huì)產(chǎn)生材料浪費(fèi)等問題。但是，在具體運(yùn)行活動(dòng)的過程中，靜電式空氣凈化器也存在自身缺陷與不足之處。例如，當(dāng)前市面上對(duì)于靜電式空氣凈化器的拆卸清洗與臭氧問題的研究表明，靜電式凈化器在使用過程中往往會(huì)存在較大噪聲的問題，特別是電弧噪聲的影響較為嚴(yán)重，此種情況的產(chǎn)生還會(huì)引發(fā)有關(guān)安全隱患問題，凈化效率也會(huì)受到電弧放電的影響[1]。

2 靜電式空氣凈化器電暈及電弧噪聲實(shí)驗(yàn)開展

2.1 電暈噪聲實(shí)驗(yàn)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1所展示的就是電暈噪聲實(shí)驗(yàn)裝置，其主要包含兩個(gè)單元，即放電單元與檢測(cè)單元。直流電源與除塵模塊屬于放電單元的內(nèi)容。其中，610mm*52mm*230mm是除塵模塊的尺寸，電離區(qū)與集塵區(qū)屬于其構(gòu)成內(nèi)容，同一高壓直流電源負(fù)責(zé)供給電離區(qū)鎢絲與集塵區(qū)高壓集板中的高壓。直流微安表、Tektronix示波器、噪聲檢測(cè)儀、索尼A6300相機(jī)與Northstar 高壓探頭屬于檢測(cè)單元內(nèi)容。在屏蔽網(wǎng)中，對(duì)噪聲檢測(cè)儀等儀器與線纜開展設(shè)置活動(dòng)，能對(duì)放電過程中的電磁干擾，起到良好的屏蔽作用[2]。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在電暈噪聲中，電阻阻值與高壓直流電源充電電容容值均屬于變量。在使用靜電除塵器的過程中，利用噪聲檢測(cè)儀所記錄的分貝值，可以將相關(guān)時(shí)域均值計(jì)算出來，并將所獲取的數(shù)值確定為特征值。當(dāng)電流經(jīng)過除塵器運(yùn)行的過程中，微安表負(fù)責(zé)讀取電流，Tektronix示波器與Northstar 高壓探頭負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)行電壓作出測(cè)量。與此同時(shí)，利用相機(jī)將不同環(huán)境中的電暈放電情況記錄下來。

2.2 電弧噪聲實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 電弧噪聲實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2所展示的就是電弧噪聲實(shí)驗(yàn)的裝置。在電弧噪聲實(shí)驗(yàn)中，該實(shí)驗(yàn)裝置比較接近于電暈放電實(shí)驗(yàn)裝置，二者的區(qū)別之處在于在產(chǎn)生電弧的情況下，Tektronix示波器與Northstar 高壓探頭負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)當(dāng)時(shí)的電流情況。因?yàn)樵陂_展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過程中，凈化器所產(chǎn)生的電弧放電具備一定的隨機(jī)性，很難實(shí)現(xiàn)持續(xù)生成，面對(duì)該情況需要對(duì)自制電弧發(fā)生裝置進(jìn)行使用。對(duì)于自制電弧模擬發(fā)生裝置而言，其屬于針—針式火花隙范疇。通過此布置形式，在電弧進(jìn)行放電的過程中，可以促使其與空氣凈化器電弧放電的性質(zhì)相同。0.6mm為電極直徑，1～7mm 屬于針—針間距的范疇，可以對(duì)其開展有關(guān)的調(diào)整活動(dòng)。當(dāng)3組針—針進(jìn)行放電的情況下，13cm 屬于組合組件的間隔距離[3]。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)于電弧噪聲實(shí)驗(yàn)而言，串聯(lián)電阻阻值、針—針間距、高壓直流電源電容容值與針—針對(duì)組數(shù)屬于其中變量。在開展有關(guān)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過程中，在產(chǎn)生電弧的情況下，示波器可以對(duì)有關(guān)的電流與電壓曲線作出記錄。通過噪聲檢測(cè)儀，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境不同的電弧噪聲曲線進(jìn)行記錄，在此基礎(chǔ)上還可以將噪聲均值計(jì)算出來。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 電暈噪聲

在電源噪聲實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過程大體可以分為兩步。

第一，針對(duì)儲(chǔ)存模塊中的并聯(lián)電阻，開展相應(yīng)調(diào)整活動(dòng)，在經(jīng)過除塵模塊的過程中，分別將217.5、183、154、94與40pA 確定為其中的電流。利用噪聲檢測(cè)儀，可以對(duì)不同電流環(huán)境中的典型電源噪聲時(shí)域曲線進(jìn)行記錄，伴隨著電暈電流的降低，平均電源噪聲等級(jí)也會(huì)出現(xiàn)下降情況。在電暈放電照片中，所表現(xiàn)的經(jīng)過除塵模塊的電源電流也會(huì)降低，進(jìn)而減弱電暈放電情況，降低電暈流光分布的均勻性。在進(jìn)行電暈放電活動(dòng)時(shí)，火花放電情況也會(huì)偶爾發(fā)生致使噪聲曲線出現(xiàn)尖峰情況。該情況說明，進(jìn)行具體應(yīng)用活動(dòng)時(shí)，電暈放電不具備絕對(duì)的穩(wěn)定性，存在著一定的局部波動(dòng)，引發(fā)電弧放電情況，進(jìn)而生成噪聲污染。

第二，串聯(lián)起除塵模塊與電阻，確保串聯(lián)電阻阻值處于一定的范圍中。伴隨著串聯(lián)電阻阻值的加大，運(yùn)行電壓會(huì)出現(xiàn)稍微的降低情況，在未進(jìn)行電阻串聯(lián)的情況下，會(huì)出現(xiàn)電壓的最高值。在串聯(lián)電阻阻值達(dá)到范圍最高值的情況下，運(yùn)行電壓則達(dá)到最低值。關(guān)于電暈噪聲強(qiáng)度與電流方面，二者間呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系，一旦電源電流出現(xiàn)增大，電源噪聲強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生加大。然而，電源電流還會(huì)受到荷電與除塵效率的影響，為了確保電暈噪聲與除塵效率處于平衡狀態(tài)之中，可以對(duì)電源電流作出科學(xué)調(diào)整。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過程中，直接將直流電高壓和除塵模塊連接起來，可以促使直流高壓電源中的充電電容做出轉(zhuǎn)變。當(dāng)電容加大至27pF之后，高壓電源已經(jīng)具備一定的能力，可以促使輸出電壓的穩(wěn)定性得到保持，伴隨著充電電容的增加，除塵單元的運(yùn)行電壓與電流不會(huì)隨之改變，該情況下，電源噪聲也不會(huì)產(chǎn)生變化。當(dāng)電容不高于27pF的情況下，雖然顯著降低了電暈噪聲。然而，在這個(gè)過程中，也會(huì)明顯減少充電電壓與電流，進(jìn)而對(duì)收塵特性造成影響[4]。

2.3.2 電弧噪聲

在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的過程中，可以直接將電源和自制模擬電弧發(fā)生裝置關(guān)聯(lián)起來，1mm為三組針—針放電針尖間距，由1mm 朝著7mm 進(jìn)行加大，并對(duì)5min 中的噪聲曲線作出記錄。通過相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出，伴隨著電極間距的不斷增加，無論電極組數(shù)的多少，電弧噪聲都表現(xiàn)出加大的情況，在3間隙環(huán)境中，噪聲的擾動(dòng)情況更加突出。相比較于單組針—針放電的電弧噪聲，3組針—針放電的電弧噪聲均值要低一些，究其原因可能在于其發(fā)生裝置，具有一定的隨機(jī)性。在產(chǎn)生電弧的情況下，74～88dB為噪聲分貝值范圍，相較電暈噪聲其要高出許多。伴隨著針尖間隙的加大，無論是電壓還是電流峰值均會(huì)出現(xiàn)加大情況。

在增加串聯(lián)電阻的情況下，首先會(huì)降低電弧噪聲均值，之后便會(huì)出現(xiàn)加大情況。電流最大值變化趨勢(shì)基本等同于電弧噪聲均值變化趨勢(shì)。通常情況下，電弧噪聲強(qiáng)度和電弧電流呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系，倘若能實(shí)現(xiàn)電弧電流的減小，極有可能實(shí)現(xiàn)噪聲的減小。然而，電弧不是單純的阻性阻抗，在完成起弧活動(dòng)之后，要想使電弧保持較低電流，mA級(jí)別即可。因此，在促使串聯(lián)電阻阻值得到增加的情況下，很難促使電流得到顯著轉(zhuǎn)變。換而言之，在對(duì)正常放電環(huán)境不造成影響的情況下，將電弧電流減小，可以對(duì)電弧噪聲起到良好的抑制作用。在產(chǎn)生電弧的過程中，伴隨著阻值的加大電極兩端電壓值的上升情況比較顯著[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

利用調(diào)節(jié)線路阻抗、充電電容等，對(duì)靜電式空氣凈化器電暈噪聲、電弧噪聲與電流電壓間的關(guān)系進(jìn)行研究。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明，不能單純運(yùn)用當(dāng)前已有的部分限制電流大小的方法，而是應(yīng)在此前提條件下，通過電源主動(dòng)控制與除塵模塊結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)凈化器運(yùn)行過程中噪聲的降低。