[发明专利]一种测量单个带电颗粒荷质比的装置

说明书

本发明提供一种测量单个带电颗粒荷质比的装置，能够测量单个带电颗粒的荷质比，结构简单，易于操作，相比于现有技术测量对象都是荷电群滴的测量荷质比的装置，能够得到更加准确的测量结果。包括匀强电场产生装置以及光栅测距系统，匀强电场产生装置用于使带电颗粒在匀强电场产生装置产生的匀强电场中做匀加速运动，光栅测距系统用于获得带电颗粒在匀强电场运动的轨迹，基于匀加速运动的轨迹与所受外力的对应关系，确定带电颗粒的荷质比。

技术领域

本发明涉及荷质比测量技术领域，特别是一种测量单个带电颗粒荷质比的装置。

背景技术

带电水雾在航空、航天、舰船等重要场所的防火中有重要的应用前景，其中的本质就是荷电液滴与火焰的相互复杂作用，研究单个荷电液滴与火焰的相互作用,对于认识荷电细水雾灭火机理，提高带电细水雾灭火效果，促进带电细水雾灭火技术的实用化具有重要意义。而荷质比是衡量荷电液滴的重要指标，因此单个荷电液滴的荷质比的准确测量是一个关键问题。

国内外研究人员就荷质比的测量装置有过不少的研究，根据原理，大致可以分为两种：一种是法拉第筒法，利用静电感应原理测量雾滴荷电量，同时利用天平测量雾滴质量，从而获得雾滴荷质比，比如申请号为201310359398.3，名称为“一种易拆装荷电雾滴荷质比实时测量装置”就是基于法拉第筒法；另外一种是网状目标法，利用测量微电流以及收集沉积雾滴测出流量的原理来研究荷质比，比如申请号为201420831496.2，名称为“一种静电喷头雾滴荷质比检测装置”。但是基于上述原理得到的荷质比测量装置，测量对象都是荷电群滴，对于带个荷电液滴，尤其是荷电量较小的液滴，上述方法难以得到准确的测量结果。

发明内容

本发明的目的就是提供一种测量单个带电颗粒荷质比的装置，针对单个带电颗粒，提出一种能够测量单个微小带电颗粒荷质比的测量装置。

本发明的技术方案是：

1.一种测量单个带电颗粒荷质比的装置，其特征在于，包括匀强电场产生装置以及光栅测距系统，所述匀强电场产生装置用于使带电颗粒在匀强电场产生装置产生的匀强电场中做匀加速运动，所述光栅测距系统用于获得带电颗粒在匀强电场运动的轨迹；所述光栅测距系统产生具有一定间距的光轴阵列，当带电颗粒在匀强电场中运动时，将带电颗粒通过第1根光轴的时刻记为0，测得带电颗粒通过第i+1根光轴的时刻t_i(i＝1,2,3...)以及带电颗粒通过第j+1根光轴的时刻t_j(j＝1,2,3...)

由公式：

即可得出单个带电颗粒的荷质比：其中，q为单个带电颗粒的电量，m为单个带电颗粒的质量，E为匀强电场的电场强度，d₀为相邻两根光轴之间的距离。

2.所述匀强电场产生装置包括直流高压发生器、静电电压表、两个相互平行的平板电极；所述直流高压发生器的输出端通过导线与一个平板电极相连接，另一个平板电极接地，从而产生匀强电场；所述静电电压表与高压发生器并联。

3.所述两个相互平行的平板电极产生的匀强电场方向与重力方向相垂直，所述带电颗粒自由落体滴入匀强电场。

4.所述两个相互平行的平板电极为紫铜板，每个紫铜板的外侧面依次镶嵌聚四氟乙烯和绝缘有机玻璃。

5.所述两个紫铜板之间的距离D≥5cm。

6.所述带电颗粒的直径≤5％D，以保证带电颗粒所带电荷产生的电场对匀强电场的影响可以忽略。

7.所述光栅测距系统包括发射器、收光器、计算机或控制器、同步计时器，所述发射器和收光器平行放置，所述发射器和收光器之间产生等间距的光轴阵列，所述收光器与计算机相连，计算机/控制器和同步计时器相连。