ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДАТЧИК Российский патент 2001 года по МПК G01N27/64 G08B17/11 

Изобретение относится к устройствам для анализа воздуха на присутствие в нем аэрозолей и может быть применено в качестве пожарного датчика для обнаружения возгораний на ранней стадии или сигнализатора выбросов вредных (токсичных) аэрозолей в разных отраслях промышленности.

Известен проточно-ионизационный датчик для анализов газов и паров, включающий корпус со штуцером - потенциальным электродом для ввода газа, снабженный соплом из электроизоляционного материала с коммуникацией для анализируемого газа, источник ионизации из радиоактивного материала, установленный на внутренней поверхности штуцера, и измерительный электрод в виде цилиндра, расположенного в корпусе коаксиально центральной оси /1/.

Недостатком такого устройства является то, что для определения концентрации газов в воздухе требуется применение дополнительного газа-носителя, который смешивается с анализируемым составом воздуха, что усложняет конструкцию прибора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению и взятое за прототип является ионизационный газоанализатор, содержащий корпус, внутри которого находится проточная ионизационная камера, радиоактивный генератор ионов, электроды и измерительная схема, где между генератором ионов и электродами установлен обтекатель, образующий зазор с корпусом и одним из электродов, а другой электрод расположен вдоль центральной оси камеры и выполнен в виде отдельных секций, причем часть секций соединена с измерительной схемой, а часть заземлена, при этом корпус и обтекатель электрически соединены /2/.

Недостатками такого устройства являются низкая чувствительность, обусловленная аналоговым принципом измерения ионизационного тока, ограничение быстродействия из-за необходимости применения специального обтекателя внутри корпуса, который сужает проходное сечение для воздушного потока, и отсутствие возможности автоматического контроля работоспособности ионизационного тракта датчика.

Изобретение решает задачу повышения эффективности работы устройства путем повышения чувствительности и быстродействия измерения, расширения функциональных возможностей путем обеспечения автоматического контроля работоспособности датчика.

Сущность изобретения заключается в том, что ионизационный датчик содержит проточную ионизационную камеру, измерительную схему, включающую генераторы импульсов, а в корпусе ионизационной камеры находится радиоактивный генератор ионов, снабженный модулирующим электродом, расположенным коаксиально вдоль продольной оси камеры и соединенным с первым генератором импульсов, а другие электроды - нейтрализации и собирающий расположены перпендикулярно продольной оси камеры, при этом электрод нейтрализации, представляющей собой сборку нескольких электропроводящих сеток, соединен со вторым генератором импульсов, собирающий электрод, выполненный из электропроводящей сетки, соединен с измерительной схемой, и все три электрода изолированы от корпуса.

Новыми и существенными признаками, по сравнению с прототипом, являются:
- введение в измерительную схему генераторов импульсов;
- введение модулирующего электрода.

Совокупность этих новых признаков позволяет обеспечить дискретное формирование потока электронов и ионов, и производить цифровую обработку сигнала, что в результате обеспечивает повышение чувствительности устройства.

- выполнение электрода нейтрализации в виде нескольких электропроводящих сеток и расположение их перпендикулярно продольной оси камеры.

Данное конструктивное исполнение позволяет обеспечить высокоэффективную нейтрализацию аэронов, что приводит к повышению надежности устройства.

- выполнение собирающего электрода в виде электропроводящей сетки и расположение его перпендикулярно продольной оси камеры.

Такое исполнение и расположение собирающего электрода уменьшает аэродинамическое сопротивление электронов и ионов, тем самым повышает быстродействие устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, где 1 - корпус, 2 - входной штуцер, 3 - выходной штуцер, 4 - радиоактивный генератор ионов, 5 - модулирующий электрод, 6 - электрод нейтрализации, 7 - электропроводящие сетки, 8 - собирающий электрод, 9 - измерительная схема.

Ионизационный датчик состоит из корпуса 1 с входным штуцером 2 для входа анализируемого воздуха и выходным штуцером 3 для выхода воздуха. В начале корпуса вдоль его продольной оси установлен радиоактивный генератор ионов 4, коаксиально установлен модулирующий электрод 5. За модулирующим электродом 5 вдоль продольной оси корпуса установлен электрод нейтрализации 6, который выполнен в виде сборки из электропроводящих сеток 7, установленных перпендикулярно продольной оси корпуса. За электродом нейтрализации 6 вдоль продольной оси датчика установлен собирающий электрод 8, который также выполнен в виде электропроводящей сетки. Электроды 5, 7, 8 изолированы от корпуса. Модулирующий электрод 5 соединен с первым генератором импульсов, а электрод нейтрализации 6 соединен со вторым генератором импульсов, при этом собирающий электрод 8 соединен с измерительной схемой 9.

Датчик работает в двух режимах: основного, рабочего режима, обеспечивающего обнаружение аэрозолей, и режима проверки работоспособности устройства. В основном режиме при прохождении анализируемого воздуха, входящего через входной штуцер 2 в корпус 1 датчика и проходящего мимо активной зоны радиоактивного генератора ионов 4, происходит его ионизация с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов и электронов. На модулирующий электрод 5 подают импульсное напряжение прямоугольной формы с периодом следования импульсов T₁, создавая переменное электрическое поле в зоне расположения радиоактивного генератора 4, при этом отрицательно заряженные ионы и электроны рекомбинируют, а положительно заряженные ионы и электроны могут выйти из зоны модулирующего электрода только в отсутствие положительного импульса с периодом T₁. Попадая в зону действия электрода нейтрализации 6, положительно заряженные ионы и электроны могут пролететь через него только при отсутствии положительного импульса с периодом следования T₂, при этом T₁<<T₂. Тяжелые частицы (аэроны) ионизируются в период отсутствия импульса на модулирующем электроде и могут беспрепятственно проходить мимо электрода нейтрализации 6, достигая собирающего электрода 8 независимо от напряжения на электроде нейтрализации 6. Вследствие дискретности заряженного потока анализируемых аэрозолей с частотой 1/T₁ на собирающем электроде 8 возникает импульсный потенциал, регистрируемый цифровой измерительной схемой 9, при этом количество зарегистрированных импульсов пропорционально концентрации регистрируемых аэрозолей.

Режим проверки работоспособности устройства осуществляется в отсутствие аэрозолей. На собирающий электрод 8 подается импульсное напряжение, а на электроде нейтрализации 6 оно отсутствует. Заряженные ионы и электроны могут беспрепятственно проходить через электрод нейтрализации 6, достигая собирающего электрода 8, при этом отсутствие импульсов на собирающем электроде свидетельствует о том, что не работает электронная схема или нет прокачки воздуха.

Для проверки работоспособности устройства был создан опытный образец, в котором в качестве радиоактивного генератора ионов использовался альфа-источник, а модулятор выполнен в виде цилиндра с продольными отверстиями, который располагался коаксиально вокруг источника. Нейтрализующий электрод представлял собой сборку из пяти электропроводящих сеток, а собирающий электрод выполнен в виде одной электропроводящей сетки. В качестве измерительной схемы использовался импульсный электрометр. Датчик был подключен к воздушному насосу, при этом длина воздухозаборной трубки составила 150 м с внутренним диаметром 10 мм. Расход контролируемой среды составил 30 л/мин. Датчик испытывали в диапазоне температур от +5 до +60^oC, при относительной влажности до 80%. Испытания показали - чувствительность датчика составила 0,1-1 мг/м, время срабатывания не более 5 сек. Иллюстрацией высокой чувствительности и быстродействия устройства может служить пример, когда на входе воздухозаборной трубки подожгли спичку, срабатывание датчика произошло через 18 сек.

Литература
1. А.с. N 857846 "Ионизационный датчик для анализа газов и паров". Авторы Е.Б. Шмидель и др. Бюллетень N 31 от 23.08.81 г.

2. А. с. N 608089 "Ионизационный газоанализатор". Авторы В.Ф. Марышев и А.М. Дмитриев. Бюллетень N 19 от 05.05.78 г.

Изобретение относится к устройствам для анализа воздуха на присутствие в нем аэрозолей и может быть применено в качестве пожарного датчика для обнаружения возгораний на ранней стадии или сигнализатора выбросов вредных (токсичных) аэрозолей в разных отраслях промышленности. Технический результат: повышение чувствительности, быстродействия измерения, обеспечение автоматического контроля работоспособности датчика. Сущность изобретения: ионизационный датчик содержит проточную ионизационную камеру, измерительную схему, включающую генераторы импульсов. В корпусе ионизационной камеры находится радиоактивный генератор ионов, снабженный модулирующим электродом, расположенным коаксиально вдоль продольной оси камеры и соединенным с первым генератором импульсов. Электроды нейтрализации и собирающий расположены перпендикулярно продольной оси камеры. Электрод нейтрализации, представляющий собой сборку нескольких электропроводящих сеток, соединен со вторым генератором импульсов. Собирающий электрод, выполненный из электропроводящей сетки, соединен с измерительной схемой. Все три электрода изолированы от корпуса. 1 ил.

Ионизационный датчик, содержащий проточную ионизационную камеру, в корпусе которой расположены радиоактивный генератор ионов, электроды, и измерительную схему, отличающийся тем, что измерительная схема включает генераторы импульсов, а радиоактивный генератор ионов дополнительно снабжен модулирующим электродом, расположенным коаксиально вдоль продольной оси камеры и соединенным с первым генератором импульсов, а другие электроды, нейтрализации и собирающий, последовательно расположены перпендикулярно продольной оси камеры, при этом электрод нейтрализации, представляющий собой сборку из нескольких электропроводящих сеток, соединен со вторым генератором импульсов, а собирающий электрод, выполненный из электропроводящей сетки, соединен с измерительной схемой, при этом все три электрода изолированы от корпуса.