積層造形対応の低コスト粒子検出器

1.3D印刷 スライサー設定スライサー ソフトウェアですべての “.stl” ファイルを開き、センサー パーツをプラットフォームに配置します (補足ファイル 1、補足ファイル 2、補足ファイル 3、補足ファイル 4、補足ファイル 5、補足ファイル 6 を参照)。 良好な印刷結果を得るには、プラットフォームに対してすべての部品を傾けます。 密度 0.8、ポイント サイズ 0.4 mm のサポート ポイントを生成します。 層厚50μmのクリアV4を選択します。 印刷を開始します。スライサー出力ファイルを 3D プリンターにアップロードします。 画面に表示されている印刷時間とレジンの量を確認します。透明なV4タンクとレジンカートリッジを挿入し、取り付けプラットフォームを取り付けて、カートリッジの蓋を開けます。プリンタの [スタート ]を押します。 即時後処理印刷が終了したら、プリンタを開き、取り付けプラットフォームを取り外します。注意: この手順は、モデルがプリンターのUV保護画面の下にとどまることが確実な場合にのみ遅らせることができます(説明の重要な手順/印刷の後処理を参照)。 プラットフォームからすべての部品をそっとはがし、イソプロパノール浴に入れます。 部品を20分間絶えず動かします。 5分ごとに部品を取り出し、小さな隙間や穴をすべて完全に洗い流します。 紫外線硬化硬化プロセスを開始する前に、部品を乾かしてください。 すべての小さな隙間や穴を加圧空気で洗い流します。 部品をUV硬化装置に入れ、40°Cで50分間硬化させます。メモ: この設定は、メーカーが推奨する乾燥時間と温度とは異なります(説明の重要な手順/印刷後処理を参照)。 後処理すべての空洞と穴が開いていることを確認してください。 パスが詰まっている場合は、ストレートグラインダーで穴を開けるかこすります。 印刷されたすべての部品が正しくフィットし、銅管を挿入できることを確認してください。できない場合は、砂で磨いてください。 2. 電極製造 18 mmおよび22 mmの銅パイプの上部から9 mmを測定し、これらの位置に印を付けます。 マーキングでパイプカッターでパイプを切ります。注意: プロセス中に力を入れすぎないように注意してください。パイプを切断するには数ターンかかります(ディスカッションセクションの重要なステップ/電極製造を参照)。 銅リングを慎重にバリ取りします。バリ取り中は銅リングに圧力をかけすぎず、電極表面を傷つけないようにしてください。注意: これは非常に重要な部分であり、センサーのパフォーマンスに影響します(ディスカッションセクションの重要な手順/電極の製造と変更/電極を参照)。 電極はんだ付け赤いケーブルを内側の銅リング(18 mm)にはんだ付けし、黒いケーブルを外側の銅リング(22 mm)にはんだ付けします。 銅リングを磨いて、表面の酸化銅層を取り除きます。 リングを万力で固定します。 銅リングとケーブルの両方を事前に錫メッキし、ケーブルをリングにはんだ付けします。注意: はんだ付けのため、銅電極は400°Cまで加熱されます。 ピンセットで電極に触れ、熱保護手袋を着用してください。 3. 組み立て エポキシ接着剤の2つの成分をトレイで混合します。注意: すすブリッジと硬化接着剤を区別するために透明な接着剤を使用することが非常に重要です。注意: ドラフトの下で作業し、保護服(特に手袋)を着用し、作業面を清掃してください。詳細な安全上の注意は、安全データシートに記載されています。健康被害:「スキンコア1C-H314アイダム。1 – H318 スキンセンス 1 – H317インチ。 内部電極ホルダーを流路に貼り付け、接着剤が固まるまで60分待ちます(図7A)。 内側の電極リング(18 mm)をホルダーに置き、ケーブルをケーブルチャネルに通します(図7B)。注意: はんだ付けポイントに十分なスペースがあることを確認してください。 スペーサーを内部電極の周りに配置します。注: これは非常に重要な手順です。電極間の距離がセンサー全体のどこでも正確に1 mmでない場合、電界、ひいてはセンサーの性能に影響を与える可能性があります(ディスカッションの重要なステップ/電極製造を参照)。 外側の電極リング(22 mm)をホルダーに置き、ケーブルをケーブルチャネルに通します(図7C)。 外側の電極ホルダーを流路に接着します。スペーサーを2つの銅電極間の隙間に挿入します。接着剤が固まるまで60分待ちます(図7D)。 すべてのケーブルチャンネルをエポキシ接着剤でシールします。接着剤が硬化するまで一晩待ちます。 外部電極の印刷バルブに真空シールを挿入します。2つのセンサー側を互いに挿入し、真空クランプで固定します(図7E、F)。 4. テスト センサーの真空クランプを開きます。 センサーの2つの半分を引き離し、シールを取り外します。 そこから、一方のマルチメータプローブチップで電極リングに触れ、もう一方のマルチメータチップで電極につながるケーブルの端に触れます。 プレテストマルチメーターで電極とケーブルの電気的接続をテストします。抵抗が<2 Ωかどうかを確認します(酸化レベルによって異なります)。 ホースをエアロゾルの入口と出口に差し込み、センサーが真空ポンプで気密であるかどうかをテストします。 並行実験図 8 に従って、センサーのセットアップを構築します。高電圧電源を赤いセンサーケーブル(高電圧電極)に接続します。 黒いセンサーケーブルをベンチマルチメータボリュームに接続しますtage入力。 電位計のアース(GND)を電源GNDに接続します。 マルチメータUSBケーブルをPCに接続します。 センサーをエアロゾル測定セットアップに組み込みます。 図9によると。 エアロゾル発生器ガス供給:シースフロー、窒素、プロパン供給をオンにします(必要な圧力:窒素、4バール、その他のガス、各1バール)。 電源: 組み込み MFC の 24 V 電源ケーブルを接続し、USB を PC に接続します。 ソフトウェア: MFC ソフトウェアを開き、正しい COM ポート番号を挿入します。デバイスの検索: 5 つの異なる MFC に対して 5 つのデバイスが表示されている場合は、[ 検索の停止] をクリックします。エアロゾル発生器のユーザーマニュアルに従って始動条件を入力します: 10 mL /分のプロパン、1.55 L /分の酸化空気、7 L /分のクエンチガス、20 L /分の希釈空気。 ON-OFFノブを回して、エアロゾル発生器(材料の表を参照)を始動します。ノブをオンにすると、窒素インジケーターがオンになり、すべての流路が開いていることを示します。火炎安全装置を持ち、エアロゾル発生器の点火ボタンを押します。燃焼室の窓に炎を観察します。~60秒後に非常にゆっくりと火炎安全装置を解放します。 次の質量流量を入力します:60 mL/分のプロパン、1.55 L/分の酸化空気、7 L/分の窒素(クエンチ)、および20 L/分の希釈空気を使用して、正しいサイズ分布パラメータを設定します。注意: 測定が数分以内に行われる場合にのみ、発電機をセットアップの残りの部分に接続してください。そうしないと、希釈ブリッジのフィルターが急速に目詰まりします。 希釈ブリッジをエアロゾル発生器に接続します。もう一度切断し、実験が始まるまでエアロゾルの流れをヒュームフードに迂回させます。実験を開始する前に、希釈ブリッジが閉じていることを確認してください。 希釈ブリッジ出口をエアロゾルミキサー入口に接続します。 エアロゾルミキサー出口2( 図9Eを参照)をセンサー入口に接続します。 MFC を組み込みます。高効率粒子吸収(HEPA)フィルターをセンサー出口に接続し、センサー出口をMFC入口に接続します。 MFC の電源を接続し、USB を PC に接続します。 MFC ソフトウェアを開き、正しい COM ポート番号を入力します。デバイスを検索します。 [ 検索の停止] をクリックします。 質量流量を1L/minと入力します。 標準機器( 材料表を参照)LANケーブルをPCに接続し、ブラウザで基準機器のIPアドレスへの接続を開くと、基準機器を制御するためのJavaアプリケーションが開きます。 基準機器制御ソフトウェアで、 ロックリソース|スタンバイ を押してポンプを始動します。注:加熱プロセスには~20分かかります。 ウォームアップフェーズの後、 測定 をクリックして、基準機器に入るエアロゾルを測定します。 基準機器で1:10の希釈比を選択します。 Yフィッティングを使用して、エアロゾルミキサー出口1(図 9Dを参照)と希釈気流をYフィッティングの分割端( 図9Cを参照)に接続し、Yフィッティングの一方の端を参照機器の入口に接続します。注記: これら 2 つの流れは、Y 継ぎ手の一方の端で結合されます。 実験開始エアロゾル発生器をもう一度希釈ブリッジに接続し、希釈ブリッジが閉じていることを確認します。 参照機器の [測定 ]をクリックします。 目的のエアロゾル質量濃度 である3〜5 mg / m3 に達するまで希釈ブリッジをゆっくりと開き、参照機器でデータの記録を開始します。 基準機器の粒子質量濃度を観察してください。エアロゾル源が安定したら、1,000Vでセンサー電源をオンにして、データのロギングを開始します。注意: 濃度が安定していない場合は、ディスカッションセクションのトラブルシューティングを参照してください。 ベンチマルチメータからデータを収集するには、コンソール の読み取りコマンドまたは 自動スクリプトを使用します。注意: センサー電流が安定した後(約5分)、基準機器とセンサー電流の比較が可能です。注意: センサー電流が10〜7 A(内部抵抗が1 MΩの0.1 Vに相当)を超えて急速に増加する場合は、高電圧源をオフにします(説明セクションのトラブルシューティングを参照)。 並列測定:センサーが平衡に達したら、それに応じて希釈ブリッジを調整して、5 mg / m 3から0.2mg / m 3のステップで濃度勾配を測定します。注:より高い濃度を使用する場合は、参照機器の希釈比を上げる必要があります。 新しい測定を行う前に、加圧空気と綿棒でセンサーを清掃してください。 5. フィールドアプリケーション 図 8 に従って、センサーのセットアップを構築します。高電圧電源を赤いセンサーケーブル(高電圧電極)に接続します。 黒いセンサーケーブルをベンチマルチメータボリュームに接続しますtage入力。 電位計GNDを電源GNDに接続します。 マルチメータUSBケーブルをPCに接続します。 図10に従って、センサー設定を新しい測定セットアップに組み込み、エアロゾル源をセンサーに接続します。 エアロゾル源から流出する粒子の流れを、パスA)センサーのセットアップとパスB)換気に分割します。MFC またはポンプ: MFC を使用してサンプルをセンサーに通します。 MFC のアップストリームで HEPA フィルターを使用します。MFC の電源を接続し、USB を PC に接続します。 並列測定については、手順4.5.8に従ってください。 フィールド実験の開始:エアロゾル源がセンサー入力に接続されていることを確認してください。 センサーの電源をオンにして、データのロギングを開始します。 図8:センサーのセットアップ。 センサーのセットアップの図。エアロゾルはセンサーを通って流れます。センサーは電圧計と高電圧電源に接続されています。電圧計は、センサーデータを記録するコントロールユニットによって制御されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。 図9:センサ評価の実験計画 安定なエアロゾル源は、粒子源を模倣するために使用されます。流出する粒子の流れは、パス(A)、センサーのセットアップに分割されます。経路(B)は、換気、希釈ブリッジに入り、エアロゾルミキサーにさらに分配される。ミキサーの後、エアロゾルストリームは、センサーと平行に測定する基準計器経路(D)の間で分割されます。この基準機器には、パス(C)を介して分配される希釈空気が必要です。パス (E): MFC がセンサーから空気を引き込みます。このMFCは、HEPAフィルターでエアロゾル流から保護されています。略語: MFC = マスフローコントローラ;HEPAフィルター=高効率粒子吸収フィルター。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。 図10:フィールドテスト:実験計画。このセットアップでは、エアロゾル源が測定されます。流出する粒子の流れは、パスA)センサーのセットアップとパスB)換気に分割され、センサーに入ります。このセットアップでは、上流にHEPAフィルターを備えたMFCがセンサーを通してエアロゾルを吸い込みます。略語: MFC = マスフローコントローラ;HEPAフィルター=高効率粒子吸収フィルター。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。