ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ИЗМЕРЕНИЯ АЭРОИОННОГО СОСТАВА ВОЗДУХА МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА ВОЗДУХА И СЧЕТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГКИХ АЭРОИОНОВ НА ОСНОВЕ АСПИРАЦИОННОГО КОНДЕНСАТОРА

Издание официальное

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 206 «Эталоны и поверочные схемы» подкомитетом ПК 206.16 «Эталоны и поверочные схемы в области измерения параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013г. № 1413-CT

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

ОСтандартинформ. 2014

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р 8.845-2013

Содержание

1    Область применения.....................................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки.....................................................................................................................................1

3    Термины и определения...............................................................................................................................2

4    Условия измерений........................................................................................................................................3

5    Требования безопасности.............................................................................................................................3

6    Сущность метода измерений........................................................................................................................3

7    Описание средства измерений.....................................................................................................................5

8    Порядок подготовки и проведения измерений..........................................................................................10

9    Правила оформления результатов измерений.........................................................................................11

10    Оценка неопределенности результатов измерений...............................................................................11

Приложение А (справочное) Функции преобразования аспирационных конденсаторов.........................12

Библиография.................................................................................................................................................18

III

ГОСТ P 8.845—2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ИЗМЕРЕНИЯ АЭРОИОННОГО СОСТАВА ВОЗДУХА МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА ВОЗДУХА И СЧЕТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГКИХ АЭРОИОНОВ НА ОСНОВЕ АСПИРАЦИОННОГО КОНДЕНСАТОРА

State system for ensuring the uniformity of measurements. Air ion composition measurements. Method of measuring volume density of electric charge of air and air ion concentration using

aspiration capacitor

Дата введения — 2015—02—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод измерений объемной плотности электрического заряда воздуха (газовых сред) и счетной концентрации легких аэроионов на основе аспирационного конденсатора (далее — метод измерений).

Метод измерений рекомендуется применять в системах анализа аэроионного состава воздуха с цилиндрическим и/или плоскопараллельным аспирационным конденсатором с одной или несколькими измерительными и высоковольтными обкладками.

Метод измерений реализуют в системах анализа и контроля объемной плотности электрического заряда и аэроионного состава воздуха, в производственных и общественных помещениях, при проведении мониторинга воздушной среды и при измерении электрических и физико-химических свойств воздушных (газовых) сред.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52002-2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий

ГОСТ Р 54500.3-2011/Руководство ИСО/МЭК 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения

ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений

ГОСТ ИСО 14644-1-2002 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха

ГОСТ 19471-74 Газы ионизированные и аэрозоли электрически заряженные. Термины и определения

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стан-

Издание официальное

дарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    ионизированный воздух: Воздух, содержащий электрически заряженные частицы, образующиеся в результате ионизации.

3.2    аэроионы: Электрически заряженные частицы (атомы, молекулы, комплексы молекул и высокодисперсные аэрозольные частицы (наночастицы) размером менее 20 нм) в воздухе (газе).

3.3    легкие аэроионы: Аэроионы размером от 0.2 до 1 нм.

3.4 _

объемная плотность электрического заряда (ОПЭЗ): Скалярная величина, характеризующая распределение электрического заряда в пространстве, равная пределу отношения электрического заряда, содержащегося в элементе объема вещества, к объему этого элемента, когда объем и все размеры этого элемента объема стремятся к нулю.

(ГОСТ Р 52002-2003. статья 2.17]_

3.5    полярная объемная плотность электрического заряда: Объемная плотность электрического заряда частиц определенной полярности.

3.6    униполярный ионизированный воздух: Ионизированный воздух, содержащий электрически заряженные частицы одной полярности.

3.7    биполярный ионизированный воздух: Ионизированный воздух, в котором есть электрически заряженные частицы с положительными и отрицательными зарядами.

3.8    коэффициент униполярности ионизированного воздуха по количеству (заряду) электрически заряженных частиц: Отношение количества (суммарного заряда) положительно заряженных частиц к количеству (суммарному заряду) отрицательно заряженных частиц в единице объема.

3.9    электрическая подвижность: Скорость установившегося движения электрически заряженной частицы под действием электрического поля напряженностью, равной единице.

3.10    аэроионизатор: Устройство (аппарат) для ионизации воздуха (газа).

3.11 _

аспирационный спектрометр ионов: Прибор (средство измерений) для раздельного измерения положительной и отрицательной объемной плотности электрического заряда аэроионов в объеме проходящего газа и ее распределения по диапазонам подвижности.

(ГОСТ 19471-74, статья 2]_

3.12 _

аспирационный счетчик ионов: Прибор (средство измерений) для раздельного измерения положительной и отрицательной объемной плотности электрического заряда аэроионов в объеме проходящего газа в заданном диапазоне подвижности.

(ГОСТ 19471-74. статья 3)

3.13    аспирационный конденсатор: Воздушный конденсатор, применяемый для определения распределения полярной ОПЭЗ по подвижности аэроионов воздуха, пропускаемого между его обкладками, путем измерения тока аэроионов, осаждаемых на измерительную обкладку, в зависимости от расхода воздуха и от напряжений, подаваемых на противоположную(ые) обкладку(и) конденсатора

3.14    аэроионный состав: Совокупность показателей, характеризующих содержание аэроионов в воздушной среде.

3.15    анализ аэроионного состава воздуха (газа): Определение содержания полярной объемной плотности электрического заряда и счетной концентрации аэроионов по подвижности.

ГОСТ P 8.845—2013

4    Условия измерений

4.1    При выполнении измерений соблюдают следующие условия окружающей среды, если в руководствах по эксплуатации применяемых средств не указаны другие условия:

-    температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С;

-    относительная влажность воздуха от 30 % до 80 %;

-    атмосферное давление от 84 до 106 кПа;

-    напряжение питающей сети от 207 до 244 В;

- в зоне размещения системы анализа аэроионного состава воздуха и газовых сред (далее — СААСВ) должны отсутствовать механические вибрации частотами до 30 Гц и амплитудой виброперемещений более 0.75 мм.

4.2    СААСВ размещают в помещении класса чистоты не хуже 8 в соответствии с ГОСТ ИСО 14644-1.

4.3    Не допускается прямое попадание солнечных лучей на СААСВ.

5    Требования безопасности

5.1    Измерения с помощью СААСВ должны выполнять лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и допущенные к работе с источниками ионизирующих излучений и с электротехническими изделиями до 1000 В. имеющие квалификационную группу по электробезопасности не ниже III.

5.2    При выполнении измерений соблюдают требования безопасности, указанные в эксплуатационной документации на систему анализа аэроионного состава воздуха.

5.3    Порядок эксплуатации СААСВ в части радиационной безопасности должен быть регламентирован нормативными документами [1]. [2].

6    Сущность метода измерений

Метод измерений основан на сепарации аэроионов по полярности и по подвижности при пропускании (прохождении) их через электрическое поле внутри аспирационного конденсатора и на измерении тока аэроионов через измерительную обкладку аспирационного конденсатора и (или) через выход аспирационного конденсатора в зависимости от подаваемого напряжения на его обкладки, расхода воздуха, геометрических размеров аспирационного конденсатора и электрической подвижности аэроионов.

Полярная объемная плотность Р электрического заряда аэроионов с подвижностью к, большей к₀, р(Л^Л₀). связана с током через измерительную обкладку интегрального аспирационного конденсатора формулой (1)

(1)

где W — объемный расход воздуха (газа) через аспирационный конденсатор. м³ с¹;

U — напряжение на высоковольтной обкладке аспирационного конденсатора, В;

к₀ _ предельная подвижность. м²-с’¹-В'¹, аспирационного конденсатора (его варьируемый па-

kq = 8.85 10 Ф м "электрическая постоянная;

С-емкость измерительной обкладки аспирационного конденсатора. Ф.

Полярную объемная плотность электрического заряда (далее — ОПЭЗ) аэроионов в интервале подвижностей от к₀₁ до к₀₂ определяют по разности значений, рассчитанных по формуле (1) при значениях предельной подвижности /с₀₁ и к₀₂. Среднее значение подвижностей аэроионов, спектральная плотность заряда р*(А) и полярная удельная электрическая проводимость воздуха могут быть оценены по формулам, приведенным в приложении А. в котором представлены теоретические зависимости функций преобразования от подвижности аэроионов и режимных характеристик аспирационных конденсаторов и формулы (А.7 — А. 13. А. 15 — А. 18) для расчета параметров аэроионов.

3

ГОСТ P 8.845—2013

где к_пр — приведенная подвижность к стандартным значениям давления (р = 760 мм рт. ст.) и температуры (Г = 0°С), т. е. к плотности молекул и атомов, равной 2.69 10¹ см³;

к — результат измерения электрической подвижности при давлении р(мм рт. ст.) и температу-реТ (К).

7 Описание средства измерений

Средство измерений СААСВ. реализующее метод анализа аэроионного состава воздуха и газовых сред, включает в себя следующие основные компоненты:

-    измерительный блок, состоящий из аспирационных конденсаторов и фильтров объемных зарядов. средств контроля потоков воздуха в них и токов через их измерительные обкладки, а также источников напряжений, подаваемых на электроды, и средств их контроля;

-    устройство подготовки воздуха;

-    блок управления и обработки данных.

На рисунке 1 приведена типовая блок-схема системы анализа аэроионного состава воздуха (газа), реализующая настоящий метод измерений.

Допускается применение других конфигураций СААСВ. например, системы с двумя одинаковыми или различными (для измерения только легких, только средних или только тяжелых аэроионов) параллельными аспирационными конденсаторами, системы с несколькими средствами измерений полярной и суммарной объемной плотности электрического заряда или системы с несколькими параллельными аспирационными конденсаторами и средствами измерений химического состава выбранной группы аэроионов и/или счетной концентрации аэрозолей на выходах аспирационного конденсатора.

7.1 Измерительный блок

Измерительный блок состоит из интегрального и/или дифференциального аспирационных конденсаторов и фильтров объемных зарядов, устанавливаемых на их выходах и временно на их входах (на период опробования фильтров) и постоянно в параллельной линии отбора проб. Входной фильтр объемных зарядов служит для измерений объемной плотности электрического заряда всех электрически заряженных частиц воздуха, а выходной фильтр объемных зарядов — для измерения этой величины на выходе аспирационного конденсатора. При установке фильтров объемных зарядов в параллельной линии выходной фильтр объемных зарядов служит для контроля проскока заряженных частиц через первый фильтр объемных зарядов.

5

Типовые схемы для интегрального и дифференциального аспирационных конденсаторов представлены на рисунках 2 и 3.

7.1.1    Аспирационные конденсаторы

7.1.1.1    Интегральный аспирационный конденсатор

Интегральный аспирационный конденсатор предназначен для измерений интегральных характеристик аэроионов, а именно полярной объемной плотности электрического заряда р(/с 2 к₀) И|Ч*1.*г)> ^{а также} Д^ля проведения испытаний, градуировки и сличений аспирационных счетчиков ионов.

Интегральный аспирационный конденсатор (рисунок 2) имеет по одному входному и выходному отверстию, через которые проходит воздух с расходом W. одну измерительную обкладку и одну обкладку. находящуюся под напряжением U относительно заземленного экрана. Ток аэроионов с лод-

6

ГОСТ P 8.845—2013

вижностью kzk₀ через измерительную обкладку измеряют электрометром. С — емкость мееду измерительной и отталкивающей обкладками.

На входе интегрального аспирационного конденсатора допускается устанавливать съемный ионный затвор, не показанный на рис. 2. например, для удаления легких ионов при измерении средних и тяжелых ионов. Это может быть достигнуто отделением части измерительной обкладки, ближней к входу, и заземлением ее (или подключением к другому электрометру), а также разделением высоковольтной обкладки и подачей на часть ее. ближнюю к аспирационному входу, напряжения меньшего. чем в остальной части измерительной обкладки.

7.1.1.2    Дифференциальный аспирационный конденсатор

Дифференциальный аспирационный конденсатор предназначен для измерений распределения аэроионов по подвижности р(#с) и применяется при испытаниях, градуировке и сличениях аспирационных спектрометров ионов, для контроля и анализа аэроионного состава воздуха

Дифференциальный аспирационный конденсатор (рис. 3) имеет два аспирационных входа: один для подачи очищенного деионизированного воздуха с расходом W - д W другой — для подачи исследуемого воздуха с расходом AW. разделенный конденсатор с емкостями С - ДС и д С . два выхода воздуха: для пропускания деионизированного воздуха с расходом IV'- AW' и аэроионов в нужном диапазоне подвижности с расходом AW. К последнему подсоединяют фильтр объемных зарядов.

Измерительные обкладки и весь аспирационный конденсатор находятся внутри заземленного экрана, не показанного на рисунках 2 и 3. На этих рисунках внешняя обкладка является измерительной; допускается, чтобы измерительная обкладка была внутренней. В этом случае наружная обкладка может быть заземлена, а ток аэроионов на измерительную обкладку определяют по скорости изменения (уменьшения) напряжения, поданного на эту обкладку.

7.1.1.3    Фильтр объемных зарядов

В линии, параллельной аспирационному конденсатору, и/или на вход и выход аспирационного конденсатора устанавливают фильтры объемных зарядов, подсоединенные к электрометру, которые предназначены для измерения суммарной объемной плотности электрического заряда воздуха р_А.

Фильтр объемных зарядов представляет собой находящийся в заземленном экране, изолированный от него и подключенный к электрометру, сосуд (цилиндр или параллелепипед) с фильтрующим материалом (например, аэрозольными фильтрами) внутри, через который пропускают исследуемый воздух.

Для создания электростатического поля в аспирационном конденсаторе должны применять регулируемый источник постоянного напряжения. Максимальное напряжение, подаваемое на обкладку аспирационного конденсатора, должно быть ограничено в целях предотвращения образования ионов в объеме аспирационного конденсатора. Предельно допустимое напряжение определяют из условия, что значение напряженность поля не должна превышать 1000 В/см.

Поскольку плотность заряда аэроионов с нужным значением подвижности измеряют при определенном напряжении, в СААСВ должна быть предусмотрена функция автоматического изменения напряжения.

7.1.2 Система распределения потоков воздуха

Система распределения потоков воздуха в аспирационном конденсаторе должна быть герметичной. Течение от точки поступления пробы в аспирационный конденсатор до точки вывода должно быть ламинарным. Объемные расходы потоков, температура и давление в аспирационном конденсаторе должны быть определены и сохранены неизменными в процессе измерений. В СААСВ должна быть предусмотрена система контроля этих параметров. Допускается контролировать три из четырех потоков: поток очищенного воздуха, поток исследуемого воздуха и долю исследуемого воздуха с аэроионами, выделяемую из пробы. Систему контроля потоков допускается упрощать и стабилизировать путем очистки и рециркуляции избыточного потока в качестве потока очищенного воздуха в замкнутом цикле. Такая рециркуляция гарантирует равенство потока очищенного воздуха избыточному. что уменьшает ограничения на прецизионность измерений скорости ограждающего потока и потока очищенного воздуха. При этом входящий поток исследуемого воздуха будет равен выходящей доле исследуемого воздуха с аэроионами при условии отсутствия утечек в системе рециркуляции и равенства температуры рециркулирующего свободного от частиц газа и потока пробы. Исключением может быть схема, когда воздух поступает под давлением (режим пробоотбора при повышенном дав-