負離子檢測發生源設計

于志強 謝磊雷 王璐

（1上海市計量測試技術研究院，上海 200233；2上海市質量監督檢驗技術研究院，上海 200233）

0 前言

越來越多的產品涉及空氣負離子濃度，在天氣預報、生物醫藥、環境保護等領域，空氣負離子相關商品逐年增長。部分省市將空氣負離子量加入天氣預報中，絕大部分空氣凈化類產品也增添了空氣負離子項目的新功能。故空氣負離子檢測儀器在國內也應運而生，且數量種類繁多。

就空氣負離子測量儀的校準和量值溯源，我國與發達國家差距較大。我國僅自1978年由伊朗的沙哈瓦特博士引進一臺電子儀器——生物濾器（biological filter），即我國負離子發生器的前身。從事負離子相關測量的單位（如福建省漳州市東南電子技術研究所、中國建筑材料科學研究院等）均未有標準負離子發生源。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，相對應用領域較局限。“日本機能性ION協會”研發制造的測量儀器和日本JIS國標《空気中のイオン密度測定方法》已于2006年公布，且該協會也以此為基礎建立了標準離子源及測試系統，目前日本、韓國和臺灣等均采用此方法。

1 負離子相關標準檢測現狀

國內負離子相關標準主要有：

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

2）SN/T 2558.2-2011（2015）進出口功能性紡織品檢驗方法第2部分:負離子含量，GB/T 30128-2013紡織品負離子發生量的檢測和評價，主要討論負離子物質成粉末，添加于衣服帽子褲襪內，在身體周圍較小范圍內形成的負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離子發生器，主要討論負離子發生器，一般含有碳素頭，在標準中規定的小實驗艙體內，萬級的潔凈實驗室里，進口風量和出口風量同步，行程等速采用，經過濾后得到的負離子濃度值。

4）GB/T 18809-2002空氣離子測量儀通用規范，討論標準負離子檢測儀器的校準方法，但只針對一個系列的DLY型空氣離子測試儀進行檢測，該測試儀是平行電板式離子檢測儀，空氣進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極頂端有環形雙極電極，空氣通過右下角的風扇吸入，空氣中的負離子擊打A/B電極放電電荷并傳導到E環形電極形成自放電，放電信號被記錄，從而對空氣中正、負離子數量及大小進行測量。

觀察國內現有的以上標準，均未涉及負離子標準源的建立，在測試儀的檢測和校準中會產生無確定工況條件、穩定性重復性差的情況，需要建立一套合適濃度區間的高穩定性負離子檢測發生源。

2 負離子檢測發生源的總體結構

在考慮負離子發生源的結構中，鑒于有多種可能會對結論產生偏差，因此在結構的框架內又囊括了以下幾類配合儀器，降低變化量，大概率是空氣調節和溫度調節，見圖1。

圖1 流程圖

進氣方面，準備了氮氧兩種氣體模擬真實空氣成分，全流量調節小于15L/min。通過鋼瓶氣進入發生源，除了可以調整內部濕度外，也可以剔除輸入空氣的粒徑大小，降低環境對離子發生量的影響。

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

下面說明技術方案。

圖2所示的一種用于計量的負離子發生裝置，包括氧氣瓶11及氮氣瓶12，氧氣瓶的出氣口及氮氣瓶的出氣口分別通過流量調節閥13與氣體混合器14的進氣口相連通；氣體加熱器15的進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離子發生器16的進氣口相連通。

圖2 結構圖

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

圖3 發生體內部圖

3 發生腔內的設計

箱體內設有氣體加熱器以及圓柱形的負離子發生腔，氣體加熱器設于箱體的頂面，負離子發生腔設于氣體加熱器的下方；負離子發生腔的軸線上設有電暈絲，電暈絲的兩端通過絕緣的電暈絲固定機構與負離子發生腔的兩端相連；氣體加熱器的下面設有出氣孔，電暈絲的正上方的負離子發生腔上設有進氣孔，出氣孔與進氣孔相連通；電暈絲與負高壓電極相連，負離子發生腔接地；還包括頂蓋以及氣體混合腔，氣體混合腔固設于頂蓋的上方；氣體混合腔內設有風扇；氣體混合腔上還設有氧氣接口以及氮氣接口；頂蓋設于箱體的上方。本實用新型能夠為建立空氣負離子檢測儀器的計量標準制定提供必要可靠的標準離子源。

圖4 內部腔體圖

圖5 拆分部件圖

進一步說明此實用新型的技術方案。

圖4、圖5所示的一種空氣負離子發生器，包括箱體11，箱體11內設有氣體加熱器12以及圓柱形的負離子發生腔13，氣體加熱器設于箱體的頂面，負離子發生腔設于氣體加熱器的下方；水平放置的負離子發生腔的軸線上設有電暈絲14，電暈絲的兩端通過絕緣的電暈絲固定機構與負離子發生腔的兩端相連；氣體加熱器的下面設有出氣孔，電暈絲的正上方的負離子發生腔上設有進氣孔，出氣孔與進氣孔相連通；負離子發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；電暈絲與負高壓電極相連，負離子發生腔接地。

還包括頂蓋15以及氣體混合腔16，氣體混合腔固設于頂蓋的上方；氣體混合腔內設有風扇17；氣體混合腔上還設有氧氣接口18以及氮氣接口19；頂蓋設于箱體的上方并與箱體連接固定。

電暈絲固定機構可以采用如下結構，包括蓋板22，負離子發生腔的兩端均采用階梯狀結構，蓋板設于負離子發生腔的端部，蓋板的形狀與負離子發生腔階梯狀端部的形狀相匹配；蓋板上設有4個通孔，電暈絲采用鉑絲。較佳地，進氣孔設于負離子發生腔的封閉端側，這樣可以使空氣負離子反應更為充分。

還包括聚四氟乙烯材料制成的測試轉換接口20，測試轉換接口設于負離子發生腔的出氣端并與負離子發生腔相連，便于與外部設施的連接。

使用時，通過氧氣接口以及氮氣接口配置氮氧兩種氣體（模擬自然空氣的比例21：78），在氣體混合腔內由風扇混合模擬大氣環境，混合后的氣體進入空氣加熱器中加熱到預設溫度，再流入負離子發生腔，腔內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動，達到一定的強度后將其他分子的外層電子轟擊掉,被其他分子所俘獲,形成一定濃度的負離子，從聚四氟乙烯材料的測試轉換出口輸出，以便后續的檢測步驟。

4 結語

本文研究建立一套負離子發生源裝置，可用于空氣負離子的檢測校準工作，填補該領域國內的缺失，同時提高工作效率，減少人力物力消耗。