负离子检测发生源设计

2020-10-30于志强谢磊雷王璐

中国建材科技 2020年4期

于志强谢磊雷王璐

（1上海市计量测试技术研究院，上海 200233；2上海市质量监督检验技术研究院，上海 200233）

0 前言

越来越多的产品涉及空气负离子浓度，在天气预报、生物医药、环境保护等领域，空气负离子相关商品逐年增长。部分省市将空气负离子量加入天气预报中，绝大部分空气净化类产品也增添了空气负离子项目的新功能。故空气负离子检测仪器在国内也应运而生，且数量种类繁多。

就空气负离子测量仪的校准和量值溯源，我国与发达国家差距较大。我国仅自1978年由伊朗的沙哈瓦特博士引进一台电子仪器——生物滤器（biological filter），即我国负离子发生器的前身。从事负离子相关测量的单位（如福建省漳州市东南电子技术研究所、中国建筑材料科学研究院等）均未有标准负离子发生源。且中国建材院申报的JC/T 1016-2006也是以建筑材料为研究对象，相对应用领域较局限。“日本機能性ION協会”研发制造的测量仪器和日本JIS国标《空気中のイオン密度測定方法》已于2006年公布，且该协会也以此为基础建立了标准离子源及测试系统，目前日本、韩国和台湾等均采用此方法。

1 负离子相关标准检测现状

国内负离子相关标准主要有：

1）用于负离子功能涂料的HG/T 4109-2009（2017）负离子功能涂料，JC/T 2040-2010（2017）负离子功能建筑室内装饰材料，主要讨论负离子物质成粉末，添加于涂料喷剂中，涂抹于墙体天花板上，形成的空间内的负离子浓度的上升情况。

2）SN/T 2558.2-2011（2015）进出口功能性纺织品检验方法第2部分:负离子含量，GB/T 30128-2013纺织品负离子发生量的检测和评价，主要讨论负离子物质成粉末，添加于衣服帽子裤袜内，在身体周围较小范围内形成的负离子浓度的上升情况。

3）QB/T 4982-2016（2017）家用和类似用途电器用负离子发生器，主要讨论负离子发生器，一般含有碳素头，在标准中规定的小实验舱体内，万级的洁净实验室里，进口风量和出口风量同步，行程等速采用，经过滤后得到的负离子浓度值。

4）GB/T 18809-2002空气离子测量仪通用规范，讨论标准负离子检测仪器的校准方法，但只针对一个系列的DLY型空气离子测试仪进行检测，该测试仪是平行电板式离子检测仪，空气进入固定高度的平行板A、B中，A和B是一组平行且相互绝缘的电极，B极顶端有环形双极电极，空气通过右下角的风扇吸入，空气中的负离子击打A/B电极放电电荷并传导到E环形电极形成自放电，放电信号被记录，从而对空气中正、负离子数量及大小进行测量。

观察国内现有的以上标准，均未涉及负离子标准源的建立，在测试仪的检测和校准中会产生无确定工况条件、稳定性重复性差的情况，需要建立一套合适浓度区间的高稳定性负离子检测发生源。

2 负离子检测发生源的总体结构

在考虑负离子发生源的结构中，鉴于有多种可能会对结论产生偏差，因此在结构的框架内又囊括了以下几类配合仪器，降低变化量，大概率是空气调节和温度调节，见图1。

图1 流程图

进气方面，准备了氮氧两种气体模拟真实空气成分，全流量调节小于15L/min。通过钢瓶气进入发生源，除了可以调整内部湿度外，也可以剔除输入空气的粒径大小，降低环境对离子发生量的影响。

温度调整方面，打混后的气体，以一定流量进入迷宫式空气加热器中，上升到50℃，同样排除温度值对负离子浓度的影响。

下面说明技术方案。

图2所示的一种用于计量的负离子发生装置，包括氧气瓶11及氮气瓶12，氧气瓶的出气口及氮气瓶的出气口分别通过流量调节阀13与气体混合器14的进气口相连通；气体加热器15的进气口与气体混合器的出气口相连通；气体加热器的出气口与负离子发生器16的进气口相连通。

图2 结构图

如图3所示，负离子发生器包括反应管161以及电晕丝162，反应管内设有圆柱形的负离子发生腔163，反应管的两端分别设有锥形端部；电晕丝设于负离子发生腔的轴线上，电晕丝的两端分别通过撑杆164与反应管的锥形端部相连；电晕丝还与负高压电极相连，反应管接地。电晕丝可以为铂丝。还包括聚四氟乙烯材料制成的测试转换出口165，测试出口设于负离子发生器的出口端并与负离子发生器相连，便于与外部设施的连接。

图3 发生体内部图

3 发生腔内的设计

箱体内设有气体加热器以及圆柱形的负离子发生腔，气体加热器设于箱体的顶面，负离子发生腔设于气体加热器的下方；负离子发生腔的轴线上设有电晕丝，电晕丝的两端通过绝缘的电晕丝固定机构与负离子发生腔的两端相连；气体加热器的下面设有出气孔，电晕丝的正上方的负离子发生腔上设有进气孔，出气孔与进气孔相连通；电晕丝与负高压电极相连，负离子发生腔接地；还包括顶盖以及气体混合腔，气体混合腔固设于顶盖的上方；气体混合腔内设有风扇；气体混合腔上还设有氧气接口以及氮气接口；顶盖设于箱体的上方。本实用新型能够为建立空气负离子检测仪器的计量标准制定提供必要可靠的标准离子源。

图4 内部腔体图

图5 拆分部件图

进一步说明此实用新型的技术方案。

图4、图5所示的一种空气负离子发生器，包括箱体11，箱体11内设有气体加热器12以及圆柱形的负离子发生腔13，气体加热器设于箱体的顶面，负离子发生腔设于气体加热器的下方；水平放置的负离子发生腔的轴线上设有电晕丝14，电晕丝的两端通过绝缘的电晕丝固定机构与负离子发生腔的两端相连；气体加热器的下面设有出气孔，电晕丝的正上方的负离子发生腔上设有进气孔，出气孔与进气孔相连通；负离子发生腔的一端为出气端，另一端为由绝缘材料制成的封闭盖21封闭的封闭端；电晕丝与负高压电极相连，负离子发生腔接地。

还包括顶盖15以及气体混合腔16，气体混合腔固设于顶盖的上方；气体混合腔内设有风扇17；气体混合腔上还设有氧气接口18以及氮气接口19；顶盖设于箱体的上方并与箱体连接固定。

电晕丝固定机构可以采用如下结构，包括盖板22，负离子发生腔的两端均采用阶梯状结构，盖板设于负离子发生腔的端部，盖板的形状与负离子发生腔阶梯状端部的形状相匹配；盖板上设有4个通孔，电晕丝采用铂丝。较佳地，进气孔设于负离子发生腔的封闭端侧，这样可以使空气负离子反应更为充分。

还包括聚四氟乙烯材料制成的测试转换接口20，测试转换接口设于负离子发生腔的出气端并与负离子发生腔相连，便于与外部设施的连接。

使用时，通过氧气接口以及氮气接口配置氮氧两种气体（模拟自然空气的比例21：78），在气体混合腔内由风扇混合模拟大气环境，混合后的气体进入空气加热器中加热到预设温度，再流入负离子发生腔，腔内不受原子束缚的自由电子在电场力的作用下沿电场的反方向作加速运动，达到一定的强度后将其他分子的外层电子轰击掉,被其他分子所俘获,形成一定浓度的负离子，从聚四氟乙烯材料的测试转换出口输出，以便后续的检测步骤。