高壓靜電除塵器的設計與制作

萬琳凌 周子昕

(1. 華東師范大學教育學部，上海 200062；2. 江蘇省南京外國語學校中英班A2(2)班，江蘇 南京 210018)

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高壓靜電除塵器的設計與制作

萬琳凌1周子昕2

(1. 華東師范大學教育學部，上海 200062；2. 江蘇省南京外國語學校中英班A2(2)班，江蘇 南京 210018)

本文從工業靜電除塵器的技術中獲得啟發，闡述了利用日常物品制作高壓靜電除塵器的過程，并對其除塵性能進行了探究.

靜電除塵；設計；制作；PM2.5

1 引言

靜電除塵是靜電原理的應用之一，在工業除塵方面發揮了巨大作用，是“從物理走向社會”的典型實例.利用高壓靜電除塵器，學生可以直觀、清楚地看到除塵效果，增強了學生對靜電知識的理解，提高了學生物理學習興趣.筆者利用日常物品，制作完成了靜電除塵器，將物理實驗生活化，關注環境污染問題，展現了物理實驗的獨特魅力.

2 設計原理

工業靜電除塵器的除塵過程可分為四個階段：利用高壓電場將氣體電離；粉塵粒子捕獲負離子而帶電；帶電粉塵粒子向集塵極移動；將集塵電極上的沉積粉塵清除，收集到收灰裝置中去.受工業靜電除塵器的啟發，筆者自行設計、制作除塵器，它由以下三個部分組成.

(1) 高壓電離系統

通過在靜電除塵器一對電極之間施加高壓，建立一個非均勻電場.其中表面曲率很大的線狀電極作為負極(電暈極)，在這個電極附近有很強的電場，直徑較大的圓筒狀電極作為正極(接地極).

通過GDY-50高壓電源提供可調高壓，在可樂瓶內的直電極和環繞可樂瓶外側的絕緣線圈之間形成一個強電場，為集塵提供有效條件.

(2) 氣流循環系統

靜電除塵器內的氣體流速及分布對除塵效率有直接的影響.若氣流分布不均勻，勢必沖刷收集在極板上的積灰，導致清灰裝置中的粉塵層又重新揚起.筆者在裝置底部安裝了小風扇，以改善氣體循環效果(如圖1).

圖1

(3) 清灰系統

對于沉積在集塵極上的粉塵，需將其振落到下部的清灰裝置內，才算完成電除塵過程最后一個環節.筆者將直徑為1cm的手機震動馬達貼在收塵主體——可樂瓶外，作為清灰裝置.在集塵到一定階段后關閉靜電除塵器，接通手機震動馬達，振落內壁粉塵至集灰裝置.

3 制作過程

(1) 制作材料

真空壓縮袋、透明鞋盒、大可樂瓶、漆包線、廢舊泡沫塑膠拖鞋、GDY-50高壓電源、雙路直流穩壓源、家用PM2.5測試儀、小型散熱風扇、蚊香、手機震動馬達等.

(2) 氣體電離部分

如圖2所示，把可樂瓶的瓶口端切掉，利用圓筒的部分作為集塵極的基本圓柱結構.在圓筒的外側貼上雙面膠，并在其上緊密繞上細導線，這就是集塵極.剪下廢舊泡沫塑料拖鞋的一部分，將漆包線插入其中，這就制作完成了電暈極，將電暈極置于圓筒中央.

機械自動化指的是將自動化技術應用到實際機械制造中去，生產過程中呈現出自動化和智能化的特點，在很大程度上提升了生產的安全和效率。相比于傳統的機械制造行業，自動化技術進行了升級，不僅加強了產品的質量，也縮小了生產的成本，實現了對資源的優化配置。機械自動化技術取代了人力勞動，解放了人們的雙手，發揮著人腦和人力的雙重作用。自動化設備在一些生產環節上取代了人力，生產過程中受到的干擾因素較小，因而生產也變得更加快捷，更能保障產品質量的穩定。機械自動化技術有著很強的綜合性，分為程序單元、傳感單元、控制單元等5個單元。

圖2

(3) 氣流裝置、振打部分

如圖3所示，在處理過的可樂瓶下側位置，裁掉一小塊，然后將風扇卡在其中，并用透明膠固定.在塑料瓶的上側位置，粘一個手機震動馬達.

圖3

(4) 收灰裝置、外殼部分

如圖4所示，把處理好的可樂瓶嵌入透明鞋盒的抽屜部分，作為收灰裝置.接著，把透明鞋盒的外殼部分壓扁固定，作為底板.展開真空壓縮袋，剪去密封條，用透明膠將其緊密地固定于底座上.同時，將壓縮袋撐開，構造一個長方體密閉空間.

圖4

(5) 電源部分

在鞋盒的四個角落裝上4個接線柱，分別將正負電極、風扇、震動馬達，通過接線柱與各自的電源相連.正負電極接GDY-50高壓電源，風扇和震動馬達與雙路直流穩壓源接通.

如圖5所示，將家用PM2.5測試儀置于鞋盒上面，以此測量粉塵濃度，這樣可以更加直觀、清晰地觀察除塵效果.

圖5

4 除塵性能探究

為了使本裝置達到最佳除塵效率，筆者從以下兩方面進行了實驗探究.

(1)探究靜電高壓值對除塵效率的影響

保持風扇的轉速、溫度、濕度和環境PM2.5的初值不變，從6kV到24kV等間距地改變靜電高壓值的大小，測量實時PM2.5值,測量結果如表1、圖6.

表1

圖6

從圖6可以看出，在風速及其他因素不變時，當靜電高壓值升高時，PM2.5的值下降開始變快.當靜電高壓值控制在18kV時，PM2.5的值下降最快.在此之后隨著靜電高壓值的增大，PM2.5值下降不再顯著.所以繼續升高電壓對于靜電除塵的效率影響已經可以忽略不計，故本裝置采用18kV的高壓能達到較好的除塵效果.

(2) 探究風扇電壓值對除塵效率的影響

保證靜電高壓值、溫度、濕度和環境PM2.5的初值不變，加在風扇上的電壓從3V到12V等間隔地改變，測量實時PM2.5值,測量結果如表2、圖7.

表2

圖7

從圖7可以看出，PM2.5值隨時間增加而不斷下降，加在風扇上電壓為11V時，除塵效果最好.

6 結語

通過合理地改造和簡化，將生活物品“變身”為高壓靜電除塵器，材料簡單易得，實驗趣味性強.這樣能夠大大地活躍課堂氣氛，調動學生積極性.此外利用PM2.5測試儀觀察粉塵濃度，使實驗更加直觀、形象，為學生深刻理解相關靜電知識起到了積極作用，同時增強了他們的環保意識.