CC BY
70
Михед Антон Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., anton11588@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский институт экономики и информатики,
Родионов Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., tgupu@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ON THE ISSUE OF INCREASING THE ACCURACY OF INFORMATION-MEASURING STABILIZATION AND INDUCTION SYSTEMS
M.A. Kozheurov, V.I. Rodionov
The question of increasing the accuracy of the biaxial information - measuring stabilization and induction system with indirect measurement of dimension of initial impact is dis-cussed.Mathematical models are composed at varying angles of bearing at dynamics of gyroscopes and electrodynamic processes that occurin in electric drives.
Key words: stabilization and induction system,optic vision line, indirect dimension of
impact.
Kozheurov Maksim Aleksandrovich, postgraduate, tgupu@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mihed Anton Dmitrievich, candidate of technical sciences, docent, an-ton11588@yandex. ru, Russia, Tula, Tula Institute of Economics and Informatics,
Rodionov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, tgu-pu@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 537.311.37
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ КОНТАКТНОЙ
ПЕРЕДАЧЕЙ ЗАРЯДА
А.А. Выставкин, Д.Г. Черняховский
Описан метод электризации аэрозольных частиц контактной передачей заряда. Этот метод активно используется для окраски различных элементов, так как расход краски уменьшается на 70 % по сравнению с пневматическим методом окраски. Также этот метод используется для ионизации частиц, газов или аэрозолей.
Ключевые слова: непроводящая частица, электризация, аэрозоли, потенциал, контактная поверхность, проводимость.
С середины двадцатого века и по сегодняшний день используется метод электроокраски, основанный на электризации аэрозольных частиц контактной передачей заряда. По сравнению с окраской элементов пневматическим распылением он экономнее на 70 % и экологичнее. Также активно применяется ионизация воздуха, газов, частиц или аэрозолей на онове этого эффекта. Рассмотрим этот метод более детально.
215
Если твердая аэрозольная частица при своем движении коснется какого-либо заряженного тела, то она получит от него контактнопереданный заряд. Величина этого заряда будет, очевидно, зависеть от того, проводящая частица или непроводящая [1].
В случае проводящей частицы ее контактнопереданный заряд, если считать ее начальный потенциал равным нулю, будет
Че = Ср + ф, (1)
I
где че - контактнопереданный заряд проводящей частицы; Ср - емкость
уединенной частицы; ф - потенциал заряжающего тела.
Если частица имеет сферическую форму, то из (1) имеем
Че = гр . Ф, (2)
где Гр - радиус частицы.
В случае непроводящей частицы заряд от заряженного тела может перейти только на контактирующую с ним часть поверхности частицы. Полагаем, что контактная поверхность плоская и имеет круглую форму. Известно, что полная емкость уединенной круглой пластинки радиусом гпл
2 . Г . £
Спл = ^^, (3)
р
где Спл - емкость круглой пластины; гпл - радиус пластины; £ - относительная диэлектрическая проницаемость пластины.
Полагая, что радиус контактной поверхности Ге будет равен радиусу пластины Гпл , емкость контактной поверхности
С = ГГе~1, (4)
Р
где Сс - емкость контактной поверхности; ге - радиус контактной поверхности.
Если считать начальный потенциал непроводящей частицы равным нулю, то ее контактнопереданный заряд
Че = Се . Ф, (5)
II
где че - контактнопереданный заряд непроводящей частицы; ф - потенциал заряженного тела.
Так как относительная диэлектрическая проницаемость воздуха £в »1 и площадь контактной поверхности
=Р . Ге2, (6)
где 8е - площадь контактной поверхности, то из формулы (5) найдем
Чс=-л\— -Ф- (7>
К
Соответственно из формул (2) и (7)
п
Л = % = — "лР1, (8)
Яс пХгР
где Т| - величина, показывающая, во сколько раз контактнопереданный заряд непроводящей частицы меньше контактнопереданного заряда проводящей частице. Так, например, для частицы диаметром 30 мкм, полагая по —10 2
данным Зс = 10 см , будем иметь
1 Ю"10
л --т ' \-«0,001.
71x15x10 V к
Следует отметить, что контактнопереданный заряд непроводящей частицы будет зависеть от числа ее соприкосновений с заряженным телом, тогда как контакнопереданный заряд проводящей частицы от этого не зависит. Если это учесть, то для контактнопереданного заряда непроводящей частицы получим
" МС & /оч
Чс=— -<Р> (9)
7Г V 71
где Ис - число контактирований непроводящей частицы с заряженным телом.
Таким образом,
(Ю)
КХГр V к
Необходимо указать на следующее. Так как потенциал заряженного тела может быть очень высоким, то напряженность поля у поверхности частицы с контактнопереданным зарядом может быть также очень большой. Например, если проводящая частица, имеющая диаметр 20 мкм, получила контактнопереданный заряд от заряженного тела при потенциале
50 кВ, то напряженность поля у ее поверхности будет равна 5x10 В/см. При такой напряженности поля возможно образование ионов в газе или в воздухе, которые будут разряжать частицу [1].
Следует также отметить, что проводящие частицы после соприкосновения с заряженным телом отталкиваются от него, тогда как непроводящие частицы им удерживаются [1]. Это обстоятельство используется для устройства электросепараторов, действие которых основано на различии электропроводности сепарируемых материалов. Чтобы получить жидкие аэрозольные частицы с контактнопереданным зарядом, необходимо на распылительный электрод, при помощи которого производится распыле-
ние жидкости, подать достаточно высокий потенциал. При этом диспергированные частицы струи, выходящей из распылителя, будут уносить с собой поверхностный заряд этой струи [2]. Этот метод применяется для целей электроокраски, нанесения эмалевых покрытий жидким шликером и др. Возникает вопрос о времени рассеяния заряда аэрозольной частицы в данном газе или воздухе при условии, что градиент ее потенциала не вызывает ионизацию среды. В последнем случае противоположно заряженные ионы будут оседать на заряженную частицу и разряжать ее. Для первого случая может быть применена формула, аналогичная формуле для саморазрядки конденсатора:
%
qpt = qp.начх е $, (11)
где qp% - заряд частицы по истечению времени %; qp нач - заряд частицы в начальный момент времени; $ - постоянная времени,
д = , (12) С
где е0 - электростатическая размерная постоянна, в рационализированной
—12
системе единиц равная 8,85 х10 ф/м; е - диэлектрическая проницаемость газа или воздуха; С - удельная проводимость газа или воздуха.
Для снижения потенциала частицы с фp нач до фp потребуется
время %, которое можно определить, исходя из формулы (11):
а , qp нач. ~ , фр нач. ГЛ
% = $х 1п X—-= $х 1п X—-. (13)
qprt ф р%
Для воздуха среднее значение удельной проводимости
С = 2,2 х10—14 .
омхм
Тогда из формулы (12) найдем $ = 400 с, или приблизительно 6,5 мин. Отсюда на основании формулы (13) для того, чтобы потенциал частицы уменьшился в 10 раз, потребуется приблизительно 15 мин.
Следует обратить внимание на следующий процесс при электризации непроводящей твердой аэрозольной частицы контактной передачей заряда. При контактной передаче заряда непроводящая частица будет одновременно поляризоваться. При этом контатнопереданный заряд будет поддерживать поляризацию частицы после ее удаления от заряжающего тела.
Этот эффект был обнаружен в разборном конденсаторе с твердым диэлектриком [2]. Если составить разборный конденсатор с обычным твердым диэлектриком, но так, чтобы электроды плотно к нему прилегали, и после зарядки его разобрать, то оказывается, что вопреки обычному
218
представлению контактные поверхности диэлектрика заряжены одноименно с соприкасавшимися с ними электродами (схематические рис. 1 и 2, учитывающие микрогеометрию контактных поверхностей) [3].
Диполь Диэлектрик
+
Рис. 1. Схема разборного конденсатора
у + + / у / + V,
а — //// У/
// Г> / / / / ГУ ///
у\ + /// + //// + // / /
// /у/ /У/ У/
/ / ГУ / / / Г> V / / У Гу / У
'Л + + + %
(+) (+) (+)
Рис. 2. Диэлектрик разборного конденсатора со снятыми электродами
В качестве диэлектрика использовались стекло, эбонит и слюда. Моисеев предложил, что при электризации твердого диэлектрика контактной передачей заряда имеет место незамеченный до настоящего времени эффект, заключающийся в том, что при контакте твердого диэлектрика с заряженным телом на микровыступы контактной поверхности диэлектрика переходит часть заряда этого тела, а в объеме диэлектрика происходит поляризация. Если заряженное тело удалить, то контактнопереданный заряд микровыступов будет иметь тот же знак, что и заряженное тело [4]. Кроме того, этот заряд будет поддерживать поляризацию диэлектрика. Действительно, такие диэлектрики, как стекло, эбонит и слюда, не обладающие,
как известно, электретным эффектом, после конденсатора некоторое время сохраняют свою поляризацию, тогда как эти же диэлектрики, помещенные между электродами без контакта с ними, по удалении электродов оказываются деполяризованными.
Список литературы
1. Лившиц М.Н., Моисеев В.М. Электрические явления в аэрозолях и их применение. М.-Л.: Энергия, 1965. 224 с.
2. Техника высоких напряжений / под ред.М.В.Костенко. М.: Высш. школа, 1973. 528 с.
3. Калашников С. Г. Электричество: учеб. пособие для вузов. 6-е изд., стер. М.: Физматлит, 2008. 624 с.
4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 2-е изд. М.: Наука, 1992. 536 с.
Выставкин Александр Андреевич, студент, alexandr.vystavkin@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Черняховский Денис Григорьевич, студент, Chernyahovsky2010@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ELECTRIFICATION AEROSOL PARTICLES CONTACT CHARGE TRANSFER A.A. Vystavkin, D.G. Chernyakhovsky
The method of electrification of aerosol particles contact charge transfer is described. This method is widely used for coloring of the various elements, as ink consumption is reduced by 70 % compared to a pneumatic method coloring. Also this method is used to ionize the particles, gases or aerosols.
Key words: non-conducting particles, electrification, aerosols, the potential contact, surface conductivity.
Vystavkin Alexander Andreyevich, student, alexandr. vystavkin@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Chernyakhovsky Denis Grigorevich, student, Chernyahovsky2010@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
