JPS634656B2 - - Google Patents
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- JPS634656B2 JPS634656B2 JP55187655A JP18765580A JPS634656B2 JP S634656 B2 JPS634656 B2 JP S634656B2 JP 55187655 A JP55187655 A JP 55187655A JP 18765580 A JP18765580 A JP 18765580A JP S634656 B2 JPS634656 B2 JP S634656B2
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- Japan
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- stage
- particulate matter
- particles
- collected
- collection
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
本発明は、気体中浮遊粒子状物質の粒径分布を
測定する装置に関し、より詳くは、慣性衝突の原
理を応用したアンダーセンサンプラーの改良に関
するものである。 気体中浮遊粒子状物質（以下、単にエーロゾル
と呼ぶ）に係る測定法としては光散乱法がある
が、この方法ではエーロゾルの粒子径別の質量測
定データを正確に得ることは困難である。 大気中のエーロゾル質量濃度を測定する装置と
して、慣性衝突の原理を応用したアンダーセンサ
ンプラーが知られている。第１図はこの種のサン
プラーの模式的立断面図である。図中、１ａ〜１
ｅはそれぞれ第１〜第５分級部であつて、順次積
重ねられて円筒状本体を形成する。分級部１ａ〜
１ｅはそれぞれジエツトプレート２ａ〜２ｅを有
しており、各ジエツトプレートには複数個の噴出
孔（ノズル）３ａ〜３ｅが形成されている。各ジ
エツトプレートの下部には捕集板４ａ〜４ｅが装
着され、また第５段分級部１ｃの捕集板４ｅの下
流にはフイルター５が設けられている。６は吸引
気流導入口、７は図示しない真空ポンプに接続さ
れる排出口である。８は第１〜第５分級部１ａ〜
１ｅを一体的に固定保持するための固定手段であ
る。ジエツトプレート２ａ〜２ｅに設けたノズル
３ａ〜３ｅは、下段になるにつれ順次孔径が小さ
く、且つ数が少なくなつている。従つて、一定の
流量で吸引すると、下段のジエツトプレートほど
そのノズル部の流速は増大することになる。 このような構成のサンプラーを被測定エーロゾ
ル環境中に置き、真空ポンプにより装置内にエー
ロゾルを吸引する。吸引気流中の粒子は各分級部
においてジエツトプレートのノズルにより加速さ
れ、捕集板４ａ〜４ｅによつて急激に流れの向き
を変えられる時に、第２図に示したように粗大粒
子は流線に沿つて通過することはできずに捕集板
に慣性衝突し捕集される。この時、捕集される粒
子の大きさは、ノズルの直径とノズル部分の流速
に関係し、慣性パラメータにより次式のように
定められる。 ＝Ｃ・ρ・Ｖ・D2／P／18・μ・DC……(
1) 式中、 ：油次元慣性パラメータ（50＝0.14） Ｃ：カニンガムのスリツプ係数（1.0＋0.16×
10-4／dp） ρ：粒子の密度（ｇ／cm3） Ｖ：ノズル部分の平均流速（cm／秒） DP：捕集される粒子の直径（cm） μ：気体の粘性係数（1.84×10-4ｇ／cm・秒） DC：ノズルの直径（cm） 吸引気流中のエーロゾルはこのようにして上段
から下段の分級部に向い流れ、このとき、粗大粒
子より順に慣性衝突により各捕集板に捕集されて
行く。最終捕集板４ｅにも捕集されないサブミク
ロン粒子はフイルター５により完全に捕集され
る。所定時間のサンプリングの後、捕集板を秤量
して捕集された粒子の重量を求め、これにより任
意の粒径に対する粒子濃度を求める。このように
してエーロゾル粒径分布を測定することができる
が、上記したサンプラーによつては、大気中の質
量濃度を短時間に試料採取する場合、衝突捕集さ
れる粒子は極微量であるため化学天秤での測定は
不可能に近い。 一方、水晶発振式（Piezoelectric
Microbalance）の粉塵計が近年開発されている。
このものは、直接水晶発振子上に吸引、付着せし
めた粉塵の質量がその発振子の周波数の変化から
求められることから、吸引空気量をあわせて測定
することにより、粉塵濃度の測定を可能としたも
のである。しかしこの装置は、計器の基本特性で
ある付着粒子質量と周波数変化との関係を試験す
るための方法が明確でないという問題点があり、
質量感度として理論値やろ過法の測定値を用いて
求めているのが現状である。 本発明は、水晶発振子を用いることにより前記
したアンダーセンサンプラーを改良し、測定精度
を高めるとともにリアルタイムの測定結果を得る
ことを可能としたものである。即ち、本発明によ
り、垂直方向に多段に設けた噴出孔を有するジエ
ツトプレートと各ジエツトプレートの下部に設け
た捕集板とから構成され、浮遊粒子状物質を含有
する気体を本体上部から下部に向けて吸引導入す
ることにより該浮遊粒子状物質を各段の捕集板に
慣性衝突させて粗大粒子より順に上段から下段に
向つて分級捕集する粒径分析装置において、噴出
孔の直径を全て同一とするとともに噴出孔の数を
上段から下段になるほど少くして浮遊粒子状物質
の噴出孔通過速度が下段になるほど増大するよう
にし、且つ各段の捕集板の浮遊粒子状物質が衝突
捕集される位置に水晶発振子を設けることにより
水晶発振子上へ付着する粒子団の径を同一としつ
つ水晶発振子に付着した粒子の質量を発振子の発
振周波数変化から測定することを特徴とする水晶
発振式粒径分析装置が提供される。 本発明を図面により次に詳細に説明する。第３
図は本発明に係わる測定装置の主要の一実施例を
示す立断面図であり、図中第１図と同じ参照番号
は同一の構成要素を示す。慣性衝突の原理を応用
している点、本装置は第１図のものと同一である
が、本装置は次の２点において第１図の公知装置
と異つている。即ち、本発明においては、各ジエ
ツトプレート２ａ〜２ｅに設けたノズル３ａ〜３
ｅの径をすべて同一とし、各ジエツトプレート２
ａ〜２ｅの下部に設置した捕集板４ａ〜４ｅには
水晶発振子が組込まれている。 第３図において、第１〜５図分級部１ａ〜１ｅ
のジエツトプレート２ａ〜２ｅにはそれぞれ所定
の数のノズル３ａ〜３ｅが設けられ、このとき下
段ほどノズル数は少くされている。例えば、第１
段のジエツトプレート２ａに65個、第２段に25
個、第３段に６個、第４段に２個、そして第５段
のジエツトプレート２ｅには１個のノズルが設け
られている。前述のとうりノズルの径はいずれも
所定の同一径である。従つて排出口７に真空ポン
プ（図示せず）を接続して所定流量で吸引する
と、第１図の装置と同様に、下段に進むほどノズ
ル部での流速は増大し、エーロゾル粒子は粗大粒
子から順に慣性衝突の原理に従つて捕集板４ａ〜
４ｅに分級捕集される。 ノズル部を通過するエーロゾルの平均流速は次
式(2)で表わされる。 Ｖ＝４・Ｑ／60・Ｎ・π・DC 2……(2) 式中、 Ｑ：吸引気体量（cm3／分） Ｎ：ノズル数 式(1)、(2)より、粒子直径DPは次式のようにな
る。 従つて、慣性パラメータ及びノズル直径DC
を一定とするならば、衝突捕集される粒子径DP
は吸引気体量Ｑとノズル数Ｎの関数であることに
なる。例えば仮に、吸引気体量Ｑを１／分、ノ
ズル直径DCを0.05cmとすると、下記のノズル数の
各分級部で捕集されるエーロゾル粒子は次のよう
になる。
測定する装置に関し、より詳くは、慣性衝突の原
理を応用したアンダーセンサンプラーの改良に関
するものである。 気体中浮遊粒子状物質（以下、単にエーロゾル
と呼ぶ）に係る測定法としては光散乱法がある
が、この方法ではエーロゾルの粒子径別の質量測
定データを正確に得ることは困難である。 大気中のエーロゾル質量濃度を測定する装置と
して、慣性衝突の原理を応用したアンダーセンサ
ンプラーが知られている。第１図はこの種のサン
プラーの模式的立断面図である。図中、１ａ〜１
ｅはそれぞれ第１〜第５分級部であつて、順次積
重ねられて円筒状本体を形成する。分級部１ａ〜
１ｅはそれぞれジエツトプレート２ａ〜２ｅを有
しており、各ジエツトプレートには複数個の噴出
孔（ノズル）３ａ〜３ｅが形成されている。各ジ
エツトプレートの下部には捕集板４ａ〜４ｅが装
着され、また第５段分級部１ｃの捕集板４ｅの下
流にはフイルター５が設けられている。６は吸引
気流導入口、７は図示しない真空ポンプに接続さ
れる排出口である。８は第１〜第５分級部１ａ〜
１ｅを一体的に固定保持するための固定手段であ
る。ジエツトプレート２ａ〜２ｅに設けたノズル
３ａ〜３ｅは、下段になるにつれ順次孔径が小さ
く、且つ数が少なくなつている。従つて、一定の
流量で吸引すると、下段のジエツトプレートほど
そのノズル部の流速は増大することになる。 このような構成のサンプラーを被測定エーロゾ
ル環境中に置き、真空ポンプにより装置内にエー
ロゾルを吸引する。吸引気流中の粒子は各分級部
においてジエツトプレートのノズルにより加速さ
れ、捕集板４ａ〜４ｅによつて急激に流れの向き
を変えられる時に、第２図に示したように粗大粒
子は流線に沿つて通過することはできずに捕集板
に慣性衝突し捕集される。この時、捕集される粒
子の大きさは、ノズルの直径とノズル部分の流速
に関係し、慣性パラメータにより次式のように
定められる。 ＝Ｃ・ρ・Ｖ・D2／P／18・μ・DC……(
1) 式中、 ：油次元慣性パラメータ（50＝0.14） Ｃ：カニンガムのスリツプ係数（1.0＋0.16×
10-4／dp） ρ：粒子の密度（ｇ／cm3） Ｖ：ノズル部分の平均流速（cm／秒） DP：捕集される粒子の直径（cm） μ：気体の粘性係数（1.84×10-4ｇ／cm・秒） DC：ノズルの直径（cm） 吸引気流中のエーロゾルはこのようにして上段
から下段の分級部に向い流れ、このとき、粗大粒
子より順に慣性衝突により各捕集板に捕集されて
行く。最終捕集板４ｅにも捕集されないサブミク
ロン粒子はフイルター５により完全に捕集され
る。所定時間のサンプリングの後、捕集板を秤量
して捕集された粒子の重量を求め、これにより任
意の粒径に対する粒子濃度を求める。このように
してエーロゾル粒径分布を測定することができる
が、上記したサンプラーによつては、大気中の質
量濃度を短時間に試料採取する場合、衝突捕集さ
れる粒子は極微量であるため化学天秤での測定は
不可能に近い。 一方、水晶発振式（Piezoelectric
Microbalance）の粉塵計が近年開発されている。
このものは、直接水晶発振子上に吸引、付着せし
めた粉塵の質量がその発振子の周波数の変化から
求められることから、吸引空気量をあわせて測定
することにより、粉塵濃度の測定を可能としたも
のである。しかしこの装置は、計器の基本特性で
ある付着粒子質量と周波数変化との関係を試験す
るための方法が明確でないという問題点があり、
質量感度として理論値やろ過法の測定値を用いて
求めているのが現状である。 本発明は、水晶発振子を用いることにより前記
したアンダーセンサンプラーを改良し、測定精度
を高めるとともにリアルタイムの測定結果を得る
ことを可能としたものである。即ち、本発明によ
り、垂直方向に多段に設けた噴出孔を有するジエ
ツトプレートと各ジエツトプレートの下部に設け
た捕集板とから構成され、浮遊粒子状物質を含有
する気体を本体上部から下部に向けて吸引導入す
ることにより該浮遊粒子状物質を各段の捕集板に
慣性衝突させて粗大粒子より順に上段から下段に
向つて分級捕集する粒径分析装置において、噴出
孔の直径を全て同一とするとともに噴出孔の数を
上段から下段になるほど少くして浮遊粒子状物質
の噴出孔通過速度が下段になるほど増大するよう
にし、且つ各段の捕集板の浮遊粒子状物質が衝突
捕集される位置に水晶発振子を設けることにより
水晶発振子上へ付着する粒子団の径を同一としつ
つ水晶発振子に付着した粒子の質量を発振子の発
振周波数変化から測定することを特徴とする水晶
発振式粒径分析装置が提供される。 本発明を図面により次に詳細に説明する。第３
図は本発明に係わる測定装置の主要の一実施例を
示す立断面図であり、図中第１図と同じ参照番号
は同一の構成要素を示す。慣性衝突の原理を応用
している点、本装置は第１図のものと同一である
が、本装置は次の２点において第１図の公知装置
と異つている。即ち、本発明においては、各ジエ
ツトプレート２ａ〜２ｅに設けたノズル３ａ〜３
ｅの径をすべて同一とし、各ジエツトプレート２
ａ〜２ｅの下部に設置した捕集板４ａ〜４ｅには
水晶発振子が組込まれている。 第３図において、第１〜５図分級部１ａ〜１ｅ
のジエツトプレート２ａ〜２ｅにはそれぞれ所定
の数のノズル３ａ〜３ｅが設けられ、このとき下
段ほどノズル数は少くされている。例えば、第１
段のジエツトプレート２ａに65個、第２段に25
個、第３段に６個、第４段に２個、そして第５段
のジエツトプレート２ｅには１個のノズルが設け
られている。前述のとうりノズルの径はいずれも
所定の同一径である。従つて排出口７に真空ポン
プ（図示せず）を接続して所定流量で吸引する
と、第１図の装置と同様に、下段に進むほどノズ
ル部での流速は増大し、エーロゾル粒子は粗大粒
子から順に慣性衝突の原理に従つて捕集板４ａ〜
４ｅに分級捕集される。 ノズル部を通過するエーロゾルの平均流速は次
式(2)で表わされる。 Ｖ＝４・Ｑ／60・Ｎ・π・DC 2……(2) 式中、 Ｑ：吸引気体量（cm3／分） Ｎ：ノズル数 式(1)、(2)より、粒子直径DPは次式のようにな
る。 従つて、慣性パラメータ及びノズル直径DC
を一定とするならば、衝突捕集される粒子径DP
は吸引気体量Ｑとノズル数Ｎの関数であることに
なる。例えば仮に、吸引気体量Ｑを１／分、ノ
ズル直径DCを0.05cmとすると、下記のノズル数の
各分級部で捕集されるエーロゾル粒子は次のよう
になる。
【表】
分級部１ａ〜１ｅの捕集板４ａ〜４ｅの各々に
は、対応するジエツトプレートの任意のノズルの
直下の位置に同一規格の水晶発振子１１ａ〜１１
ｅが設けられている。従つて該ノズルからのエー
ロゾル粒子は水晶発振子に衝突捕集される（第４
図）。捕集粒子の質量に比例して水晶発振子の周
波数は変化するため、各段の水晶発振子における
周波数変化を測定することにより、捕集粒子質量
が計算でき、粒径分布を知ることができる。水晶
発振子の質量感度は同一付着量でも付着直径が異
ると変るが、本発明の装置にあつてはノズル径を
すべて同一としたことにより、各水晶発振子上に
捕集される付着粒子団の直径も同一となる。従つ
て各段の水晶発振子の質量感度も同一となる。
尚、水晶発振子の詳細及び発振回路等は当業者の
熟知するところであり説明は省略する。水晶発振
子として例えば、5MHzの発振周波数を適用した
場合、理論質量感度180Hz／μｇから1/180μｇの
極微量の付着エーロゾル粒子質量を測定すること
ができる。 水晶発振子を上記したように各段に１つづつ設
け、そこでの捕集粒子質量から段全体の捕集質量
を求めるようにした場合には、各段のノズル群に
均一に吸引気流が流れるようにノズルの配置パタ
ーンを定めることが重要である。ノズル数が２つ
以上の分級段には２つ以上の水晶発振子を設ける
ことにより、気流の不均一に由来する捕集粒子質
量測定誤差を小さくすることができる。 尚、上記実施例では、説明の便宜上分級段数を
５段としたが、これは測定の対象粒子、目的によ
り適宜の段数とすることができる。同様に、各段
のノズル数、ノズル径、吸引気体量も適宜目的に
応じ定めることができる。また、第１図の装置の
ようにバツクアツプフイルターを本体最下流部に
設けることもできる。 本発明の装置は、例えば大気汚染の研究、呼吸
器障害の研究、放射性エーロゾルの分級、エアフ
イルターの効率評価、自動車公害の研究、煙道中
粒子の監視など、種々の分野に適用される。
は、対応するジエツトプレートの任意のノズルの
直下の位置に同一規格の水晶発振子１１ａ〜１１
ｅが設けられている。従つて該ノズルからのエー
ロゾル粒子は水晶発振子に衝突捕集される（第４
図）。捕集粒子の質量に比例して水晶発振子の周
波数は変化するため、各段の水晶発振子における
周波数変化を測定することにより、捕集粒子質量
が計算でき、粒径分布を知ることができる。水晶
発振子の質量感度は同一付着量でも付着直径が異
ると変るが、本発明の装置にあつてはノズル径を
すべて同一としたことにより、各水晶発振子上に
捕集される付着粒子団の直径も同一となる。従つ
て各段の水晶発振子の質量感度も同一となる。
尚、水晶発振子の詳細及び発振回路等は当業者の
熟知するところであり説明は省略する。水晶発振
子として例えば、5MHzの発振周波数を適用した
場合、理論質量感度180Hz／μｇから1/180μｇの
極微量の付着エーロゾル粒子質量を測定すること
ができる。 水晶発振子を上記したように各段に１つづつ設
け、そこでの捕集粒子質量から段全体の捕集質量
を求めるようにした場合には、各段のノズル群に
均一に吸引気流が流れるようにノズルの配置パタ
ーンを定めることが重要である。ノズル数が２つ
以上の分級段には２つ以上の水晶発振子を設ける
ことにより、気流の不均一に由来する捕集粒子質
量測定誤差を小さくすることができる。 尚、上記実施例では、説明の便宜上分級段数を
５段としたが、これは測定の対象粒子、目的によ
り適宜の段数とすることができる。同様に、各段
のノズル数、ノズル径、吸引気体量も適宜目的に
応じ定めることができる。また、第１図の装置の
ようにバツクアツプフイルターを本体最下流部に
設けることもできる。 本発明の装置は、例えば大気汚染の研究、呼吸
器障害の研究、放射性エーロゾルの分級、エアフ
イルターの効率評価、自動車公害の研究、煙道中
粒子の監視など、種々の分野に適用される。
第１図は従来のアンダーセンサンプラーの立断
面図、第２図は捕集板への慣性衝突を示す説明
図、第３図は本発明のエーロゾル粒径分析装置の
主要部を示す立断面図、及び第４図は第２図と同
様な説明図である。図中、１ａ〜１ｅは分級部、
２ａ〜２ｅはジエツトプレート、３ａ〜３ｅはノ
ズル、４ａ〜４ｅは捕集板、５はフイルター、６
は導入口、７は排出口、１１ａ〜１１ｅは水晶発
振子である。
面図、第２図は捕集板への慣性衝突を示す説明
図、第３図は本発明のエーロゾル粒径分析装置の
主要部を示す立断面図、及び第４図は第２図と同
様な説明図である。図中、１ａ〜１ｅは分級部、
２ａ〜２ｅはジエツトプレート、３ａ〜３ｅはノ
ズル、４ａ〜４ｅは捕集板、５はフイルター、６
は導入口、７は排出口、１１ａ〜１１ｅは水晶発
振子である。
Claims (1)
- １ 垂直方向に多段に設けた噴出孔を有するジエ
ツトプレートと、各ジエツトプレートの下部に設
けた捕集板とから構成され、浮遊粒子状物質を含
有する気体を本体上部から下部に向けて吸引導入
することにより該浮遊粒子状物質を各段の捕集板
に慣性衝突させて粗大粒子より順に上段から下段
に向つて分級補集する粒径分析装置において、噴
出孔の直径を全て実質的に同一とするとともに噴
出孔の数を上段から下段になるほど少くして浮遊
粒子状物質の噴出孔通過速度が下段になるほど増
大するようにし、且つ各段の捕集板の浮遊粒子状
物質が衝突捕集される位置にそれぞれ水晶発振子
を設け、各水晶発振子に付着した粒子の質量を発
振子の発振周波数変化から測定することを特徴と
する水晶発振式粒径分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18765580A JPS57110939A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Crystal oscillation type particle size analyzing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18765580A JPS57110939A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Crystal oscillation type particle size analyzing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57110939A JPS57110939A (en) | 1982-07-10 |
| JPS634656B2 true JPS634656B2 (ja) | 1988-01-29 |
Family
ID=16209882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18765580A Granted JPS57110939A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Crystal oscillation type particle size analyzing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57110939A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH089800A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-16 | Toshimune Koshimizu | 土嚢とこの土嚢を用いた植木の移植方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415635A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Agency Ind Science Techn | Apparatus for measuring distribution of diameter of particle in mist by electrical heating method |
| JPS6415636A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Agency Ind Science Techn | Apparatus for measuring distribution of particle of mist by heating method |
| GB9218659D0 (en) * | 1992-09-01 | 1992-10-21 | Atomic Energy Authority Uk | Aerosol sampler |
| DE102005056718A1 (de) * | 2005-11-29 | 2007-05-31 | Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts | Impaktor, insbesondere zur Feinstaubmessung |
| JP5095596B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2012-12-12 | 株式会社日立製作所 | 粒子状物質捕集装置及び粒子状物質測定装置 |
| JP5862202B2 (ja) * | 2011-10-28 | 2016-02-16 | 富士通株式会社 | 浮遊粒子状物質測定装置及び浮遊粒子状物質測定方法 |
| KR102159941B1 (ko) * | 2019-06-10 | 2020-09-25 | 울산과학기술원 | Qcm 센서를 포함하는 전기식 입자 분석 장치 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5383678A (en) * | 1976-12-28 | 1978-07-24 | Kano Hajime | Measuremetnt of grain size distribution of dust |
-
1980
- 1980-12-27 JP JP18765580A patent/JPS57110939A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH089800A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-16 | Toshimune Koshimizu | 土嚢とこの土嚢を用いた植木の移植方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57110939A (en) | 1982-07-10 |
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