ГОСТ IEC 61340-4-7-2020 Электростатика. Методы испытаний для прикладных задач. Ионизация

Приложение А
(справочное)

Теоретические основы и дополнительная информация по стандартным методам испытаний для определения технических характеристик ионизаторов

А.1 Вводные сведения

Электростатическое поле, созданное зарядами, находящимися на изоляторах и изолированных проводниках, может быть нейтрализовано при помощи аэроионов противоположного заряда, осаждаемых на заряженные поверхности.

А.2 Аэроионы

Аэроионы - это состоящие из 10 молекул (преимущественно воды) молекулярные кластеры, расположенные вокруг однозаряженной молекулы кислорода или азота. В нормальных условиях в воздухе присутствует относительно небольшое количество аэроионов. Как правило, их количество не превышает 1000 на 1 см. Эти "естественные" аэроионы обычно генерируются ионизирующими излучениями находящихся в воздухе, земле или в строительных материалах радиоактивных веществ.

Для того чтобы нейтрализовать заряженные поверхности, требуется значительно большее количество аэроионов. Хотя ионизирующие излучения радиоактивных веществ и вносят вклад в процесс генерации аэроионов, однако основным способом их генерации является высоковольтная коронная ионизация воздуха, которая протекает в результате столкновения нейтральных молекул и электронов, ускоренных электрическим полем напряженностью более 3 МВ/м (при атмосферном давлении).

А.3 Электрическая подвижность и ионный ток

Находясь в электрическом поле напряженностью , аэроион будет перемещаться с пропорциональной средней скоростью дрейфа , вычисляемой по формуле

,                                                                  (А.1)

где - электрическая подвижность аэроиона.

Диапазон подвижности аэроионов, как правило, составляет от 1·10 до 2·10 мВс (квадратных метров на вольт-секунду).

Если концентрацию положительных ионов в воздухе принять за , их подвижность - за , а заряд - за , то электрическое поле будет вызывать электрический ток в направлении с плотностью , вычисляемой по формуле

.                                                      (А.2)

Константа называется положительной электропроводностью воздуха или, что точнее, полярной электропроводностью вследствие наличия положительных ионов. Отрицательные ионы будут двигаться в противоположную полю сторону, но формула (А.2) может быть использована для подсчета плотности тока отрицательных ионов, если значение взять по модулю. Таким образом, плотность тока от отрицательных ионов также будет в направлении поля.

А.4 Ток нейтрализации

Вокруг полностью окруженного ионизированным воздухом тела с зарядом формируется электрическое поле, и ионы будут двигаться как по направлению к телу, так и от него. Хотя поле в разных точках и неоднородно, но оно всегда будет пропорционально заряду . Током нейтрализации называется протекающий в направлении тела электрический ток, обусловленный движением аэроионов противоположного заряду знака. Этот ток пропорционален заряду и соответствующей, противоположной по знаку, электропроводности окружающего воздуха.

А.5 Степень нейтрализации

Если электропроводность остается неизменной, то относительный уровень нейтрализации заряда будет постоянным, и заряд будет экспоненциально стекать с постоянной времени , равной диэлектрической постоянной воздуха , разделенной на его электропроводность :

.                                                                (А.3)

Необходимо отметить, что именно электропроводность, а не концентрация аэроионов определяет способность воздуха к нейтрализации зарядов. Так, в случае возрастания концентрации аэрозольных частиц в воздухе (например, при задымлении) происходит снижение на порядок и более средней подвижности аэроионов и, следовательно, электропроводности воздуха. Число же заряженных частиц в единице объема воздуха, т.е. концентрация аэроионов, при этом может оставаться более или менее постоянной величиной.

А.6 Убыль ионов и подавление поля

В реальных условиях формула (А.3) никогда не выполняется точно.

Предполагается, что на электропроводность воздуха не влияет процесс нейтрализации. Однако, например, в случае ионизации всего помещения поле, генерируемое зарядами, которые должны быть нейтрализованы, может приводить к частичной убыли ионов в воздухе. Уменьшение числа ионов приведет к снижению электропроводности воздуха, что в свою очередь приведет к замедлению процесса нейтрализации зарядов по сравнению с уровнем, полученным по формуле (А.3). Значение убыли ионов напрямую зависит от значения силы поля, формируемого заряженным телом. Таким образом, в случае увеличения количества зарядов, подлежащих нейтрализации, скорость нейтрализации снижается, что не отражено в формуле (А.3).

Данный эффект наименьшим образом проявляется при использовании ионизаторов, оборудованных вентилятором, или ионизаторов, использующих сжатый газ. Уровень нейтрализации в таком случае в основном будет зависеть от скорости потока ионизированного воздуха.