負(fù)離子檢測發(fā)生源設(shè)計

于志強(qiáng) 謝磊雷 王璐

（1上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 200233；2上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 200233）

0 前言

越來越多的產(chǎn)品涉及空氣負(fù)離子濃度，在天氣預(yù)報、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，空氣負(fù)離子相關(guān)商品逐年增長。部分省市將空氣負(fù)離子量加入天氣預(yù)報中，絕大部分空氣凈化類產(chǎn)品也增添了空氣負(fù)離子項目的新功能。故空氣負(fù)離子檢測儀器在國內(nèi)也應(yīng)運(yùn)而生，且數(shù)量種類繁多。

就空氣負(fù)離子測量儀的校準(zhǔn)和量值溯源，我國與發(fā)達(dá)國家差距較大。我國僅自1978年由伊朗的沙哈瓦特博士引進(jìn)一臺電子儀器——生物濾器（biological filter），即我國負(fù)離子發(fā)生器的前身。從事負(fù)離子相關(guān)測量的單位（如福建省漳州市東南電子技術(shù)研究所、中國建筑材料科學(xué)研究院等）均未有標(biāo)準(zhǔn)負(fù)離子發(fā)生源。且中國建材院申報的JC/T 1016-2006也是以建筑材料為研究對象，相對應(yīng)用領(lǐng)域較局限?！叭毡緳C(jī)能性ION協(xié)會”研發(fā)制造的測量儀器和日本JIS國標(biāo)《空気中のイオン密度測定方法》已于2006年公布，且該協(xié)會也以此為基礎(chǔ)建立了標(biāo)準(zhǔn)離子源及測試系統(tǒng)，目前日本、韓國和臺灣等均采用此方法。

1 負(fù)離子相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測現(xiàn)狀

國內(nèi)負(fù)離子相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

1）用于負(fù)離子功能涂料的HG/T 4109-2009（2017）負(fù)離子功能涂料，JC/T 2040-2010（2017）負(fù)離子功能建筑室內(nèi)裝飾材料，主要討論負(fù)離子物質(zhì)成粉末，添加于涂料噴劑中，涂抹于墻體天花板上，形成的空間內(nèi)的負(fù)離子濃度的上升情況。

2）SN/T 2558.2-2011（2015）進(jìn)出口功能性紡織品檢驗方法第2部分:負(fù)離子含量，GB/T 30128-2013紡織品負(fù)離子發(fā)生量的檢測和評價，主要討論負(fù)離子物質(zhì)成粉末，添加于衣服帽子褲襪內(nèi)，在身體周圍較小范圍內(nèi)形成的負(fù)離子濃度的上升情況。

3）QB/T 4982-2016（2017）家用和類似用途電器用負(fù)離子發(fā)生器，主要討論負(fù)離子發(fā)生器，一般含有碳素頭，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的小實驗艙體內(nèi)，萬級的潔凈實驗室里，進(jìn)口風(fēng)量和出口風(fēng)量同步，行程等速采用，經(jīng)過濾后得到的負(fù)離子濃度值。

4）GB/T 18809-2002空氣離子測量儀通用規(guī)范，討論標(biāo)準(zhǔn)負(fù)離子檢測儀器的校準(zhǔn)方法，但只針對一個系列的DLY型空氣離子測試儀進(jìn)行檢測，該測試儀是平行電板式離子檢測儀，空氣進(jìn)入固定高度的平行板A、B中，A和B是一組平行且相互絕緣的電極，B極頂端有環(huán)形雙極電極，空氣通過右下角的風(fēng)扇吸入，空氣中的負(fù)離子擊打A/B電極放電電荷并傳導(dǎo)到E環(huán)形電極形成自放電，放電信號被記錄，從而對空氣中正、負(fù)離子數(shù)量及大小進(jìn)行測量。

觀察國內(nèi)現(xiàn)有的以上標(biāo)準(zhǔn)，均未涉及負(fù)離子標(biāo)準(zhǔn)源的建立，在測試儀的檢測和校準(zhǔn)中會產(chǎn)生無確定工況條件、穩(wěn)定性重復(fù)性差的情況，需要建立一套合適濃度區(qū)間的高穩(wěn)定性負(fù)離子檢測發(fā)生源。

2 負(fù)離子檢測發(fā)生源的總體結(jié)構(gòu)

在考慮負(fù)離子發(fā)生源的結(jié)構(gòu)中，鑒于有多種可能會對結(jié)論產(chǎn)生偏差，因此在結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)又囊括了以下幾類配合儀器，降低變化量，大概率是空氣調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)，見圖1。

圖1 流程圖

進(jìn)氣方面，準(zhǔn)備了氮氧兩種氣體模擬真實空氣成分，全流量調(diào)節(jié)小于15L/min。通過鋼瓶氣進(jìn)入發(fā)生源，除了可以調(diào)整內(nèi)部濕度外，也可以剔除輸入空氣的粒徑大小，降低環(huán)境對離子發(fā)生量的影響。

溫度調(diào)整方面，打混后的氣體，以一定流量進(jìn)入迷宮式空氣加熱器中，上升到50℃，同樣排除溫度值對負(fù)離子濃度的影響。

下面說明技術(shù)方案。

圖2所示的一種用于計量的負(fù)離子發(fā)生裝置，包括氧氣瓶11及氮?dú)馄?2，氧氣瓶的出氣口及氮?dú)馄康某鰵饪诜謩e通過流量調(diào)節(jié)閥13與氣體混合器14的進(jìn)氣口相連通；氣體加熱器15的進(jìn)氣口與氣體混合器的出氣口相連通；氣體加熱器的出氣口與負(fù)離子發(fā)生器16的進(jìn)氣口相連通。

圖2 結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，負(fù)離子發(fā)生器包括反應(yīng)管161以及電暈絲162，反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有圓柱形的負(fù)離子發(fā)生腔163，反應(yīng)管的兩端分別設(shè)有錐形端部；電暈絲設(shè)于負(fù)離子發(fā)生腔的軸線上，電暈絲的兩端分別通過撐桿164與反應(yīng)管的錐形端部相連；電暈絲還與負(fù)高壓電極相連，反應(yīng)管接地。電暈絲可以為鉑絲。還包括聚四氟乙烯材料制成的測試轉(zhuǎn)換出口165，測試出口設(shè)于負(fù)離子發(fā)生器的出口端并與負(fù)離子發(fā)生器相連，便于與外部設(shè)施的連接。

圖3 發(fā)生體內(nèi)部圖

3 發(fā)生腔內(nèi)的設(shè)計

箱體內(nèi)設(shè)有氣體加熱器以及圓柱形的負(fù)離子發(fā)生腔，氣體加熱器設(shè)于箱體的頂面，負(fù)離子發(fā)生腔設(shè)于氣體加熱器的下方；負(fù)離子發(fā)生腔的軸線上設(shè)有電暈絲，電暈絲的兩端通過絕緣的電暈絲固定機(jī)構(gòu)與負(fù)離子發(fā)生腔的兩端相連；氣體加熱器的下面設(shè)有出氣孔，電暈絲的正上方的負(fù)離子發(fā)生腔上設(shè)有進(jìn)氣孔，出氣孔與進(jìn)氣孔相連通；電暈絲與負(fù)高壓電極相連，負(fù)離子發(fā)生腔接地；還包括頂蓋以及氣體混合腔，氣體混合腔固設(shè)于頂蓋的上方；氣體混合腔內(nèi)設(shè)有風(fēng)扇；氣體混合腔上還設(shè)有氧氣接口以及氮?dú)饨涌?；頂蓋設(shè)于箱體的上方。本實用新型能夠為建立空氣負(fù)離子檢測儀器的計量標(biāo)準(zhǔn)制定提供必要可靠的標(biāo)準(zhǔn)離子源。

圖4 內(nèi)部腔體圖

圖5 拆分部件圖

進(jìn)一步說明此實用新型的技術(shù)方案。

圖4、圖5所示的一種空氣負(fù)離子發(fā)生器，包括箱體11，箱體11內(nèi)設(shè)有氣體加熱器12以及圓柱形的負(fù)離子發(fā)生腔13，氣體加熱器設(shè)于箱體的頂面，負(fù)離子發(fā)生腔設(shè)于氣體加熱器的下方；水平放置的負(fù)離子發(fā)生腔的軸線上設(shè)有電暈絲14，電暈絲的兩端通過絕緣的電暈絲固定機(jī)構(gòu)與負(fù)離子發(fā)生腔的兩端相連；氣體加熱器的下面設(shè)有出氣孔，電暈絲的正上方的負(fù)離子發(fā)生腔上設(shè)有進(jìn)氣孔，出氣孔與進(jìn)氣孔相連通；負(fù)離子發(fā)生腔的一端為出氣端，另一端為由絕緣材料制成的封閉蓋21封閉的封閉端；電暈絲與負(fù)高壓電極相連，負(fù)離子發(fā)生腔接地。

還包括頂蓋15以及氣體混合腔16，氣體混合腔固設(shè)于頂蓋的上方；氣體混合腔內(nèi)設(shè)有風(fēng)扇17；氣體混合腔上還設(shè)有氧氣接口18以及氮?dú)饨涌?9；頂蓋設(shè)于箱體的上方并與箱體連接固定。

電暈絲固定機(jī)構(gòu)可以采用如下結(jié)構(gòu)，包括蓋板22，負(fù)離子發(fā)生腔的兩端均采用階梯狀結(jié)構(gòu)，蓋板設(shè)于負(fù)離子發(fā)生腔的端部，蓋板的形狀與負(fù)離子發(fā)生腔階梯狀端部的形狀相匹配；蓋板上設(shè)有4個通孔，電暈絲采用鉑絲。較佳地，進(jìn)氣孔設(shè)于負(fù)離子發(fā)生腔的封閉端側(cè)，這樣可以使空氣負(fù)離子反應(yīng)更為充分。

還包括聚四氟乙烯材料制成的測試轉(zhuǎn)換接口20，測試轉(zhuǎn)換接口設(shè)于負(fù)離子發(fā)生腔的出氣端并與負(fù)離子發(fā)生腔相連，便于與外部設(shè)施的連接。

使用時，通過氧氣接口以及氮?dú)饨涌谂渲玫鮾煞N氣體（模擬自然空氣的比例21：78），在氣體混合腔內(nèi)由風(fēng)扇混合模擬大氣環(huán)境，混合后的氣體進(jìn)入空氣加熱器中加熱到預(yù)設(shè)溫度，再流入負(fù)離子發(fā)生腔，腔內(nèi)不受原子束縛的自由電子在電場力的作用下沿電場的反方向作加速運(yùn)動，達(dá)到一定的強(qiáng)度后將其他分子的外層電子轟擊掉,被其他分子所俘獲,形成一定濃度的負(fù)離子，從聚四氟乙烯材料的測試轉(zhuǎn)換出口輸出，以便后續(xù)的檢測步驟。

4 結(jié)語

本文研究建立一套負(fù)離子發(fā)生源裝置，可用于空氣負(fù)離子的檢測校準(zhǔn)工作，填補(bǔ)該領(lǐng)域國內(nèi)的缺失，同時提高工作效率，減少人力物力消耗。