Аспирационный счетчик ионов Советский патент 1983 года по МПК G01N27/62 

Изобретение относится к приборам для измерения электрических параметров газов И газовых смесей и может быть применено, для измерения полярно объемной плотности заряда легких ионов и полярной электропроводности ат мосферного воздуха. По основному авт. ев, № 935780 из вестен аспирационный счетчик ионов, содержаа ий воздуходувку, соединенную через регулятор с измерительным конденсатором, источник напряжения, два (Электрометрических усилителя, вход одного из которых соединен с внешним а второго с внутренним электродами :изнер -1тельн,ого конденсатора, масштаб 1П:,й усмлитель, запоминающее устройст ва, ifla ключа и измеритель отношеНедостатком известного устройства flB.iifie-TCR низкая точность измерения, Это обусповлено необходимостью при опраделении объемной плотности заряда легк1.х ио;-юв и полярной проводимости (дого знака выполнять три ра несенных на достаточное для исключения влияния переходных процессов вре мя измерения токов электродов счетмика при трех значениях напряжения, подаваемого на измерительный конденсатор, В условиях реальной нестационарной запыленной атмосферы это h.o;KeT прХводить к значительным рас™ хожде:ни51м между результатами измерен;-|й vi действительнь ми значениями измз)яем-ых физических величин, мзсбретения повышение точности измерения, Псстазленная цель достигается тем чтс) а аспирационнь;й счетчик ионов дополнитепьно введены блок управлеhi и я , per ул и р у е мь; и и с т о чн и к н а п р яже ния, два блока обработки выходных сигналов, каж/;ый из которых содержит коммутатор, три устройства выборки-хранения и два разностных устройства, измерительный конденсатор снаб/иен аторум и третьим внутренними электродаг- и и вторым, внешним электродом, причем управляющий вход регулируемого источника напря(ения со, выходом блока управления, а )дключен к третьему внутренктроду измерительного конден второй внутренний электрод к,о орсго соединен с вторым внешним глек1родом и с общей шиной, при этом в кан;дом блоке обработ и выходных сигиалоЕ5 входы устройства выборкихранения подключенык соответствующим выходам коммутатора, а выходы соединены с входами разностных устройств-, причем выход первого устройства выборки-хранения соединен с входами обоих разностных устройств, второго с входом первого разностного устройства, третьего - с входом второго разностного устройства, а с выходами усилителя и блока управления соединен вход коммутатора, На фиг,1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - зависимости аппаратной функции счетчика от подвижности ионов, Аспирационный счетчик ионов содержит измерительный конденсатор 1, регулятор 2 расхода с воздуходувкой 3, электрометрические усилители 4 и 5, источник 6 напряжения, регулируемый источник 7 напряжения, ключи 8 и 9, измеритель 10 отношения, запоминающее устройство Г, масштабный усилитель 12, коммутатор 13, устройство 1( выборки-хранения, разностное устройства 15 и 16, устройства 17 и 18 выборки-хранения, блок 19 управления. Измерительный конденсатор 1 содержит внутренний измерительный электрод 20, внешний измерительный электрод 20, внутренний измерительный электрод 21, внешний измерительный ный электрод 21 , внутренний электрод-модулятор 22. На фиг,2 а-в представлены соответственно зависимость С(К, Кс) при. , U const; зависимости 23 G (К, K(j.) V ,:-COnSt t (к) О, при К 7/ К02 соответственно; зависимости 2А С(К, К;.) при , U const; осредненные зависимости 25 П(К, Кд). Счетчик работает следующим образом. Воздуходувка 3 прокачивает исследуемый воздух через измерительный конденсатор 1 и регулятор 2,объемного расхода воздуха с определенной постоянной объемной скоростью О, На внутренний измерительный электрод 20 конденсатора 1, образующий с внешним измерительным электродом 20 конденсатор емкостью C-f , постоянно подано от источника 6 напряжение Ц , определяющее значение предельной подвижности KQ, &Ц/С1,для измерительных электродов конденсатора. Значение напряжения и выбирают таким, чтобы 3 для легких ионов по конденсатору С, был обеспечен режим тока насыщения, т.е. ,, , где -минимальная подвижность легких ионов; G - аппаратная функция счетчика по конденсатору С (фиг.2а). На внутренний электрод-модулятор 22 конденсатора 1, образующий с внешним элект родом 21 предварительный конденсатор емкостью С, от регулируемого источника .7 напряжения через равные промежутки времени по .команде блока 19 управления подается напряжение амплитудой соответственно U, U,,, U Причем , а полярность (i- и И совпадает с полярностью напряжения и . Амплитуда напряжения U-j опреде;лена соотношением С, U , а амплитуда напряжения 64- - условием: lj)i.M О при К7/Ко2,; (К) спектральная плотность заряда легких ионов; Ко/з „ - предельная подвиж-С Коаность по конденсатору С. В этом случае аппаратная функция счетчика при осреднении по первому и второму промежуткам времени имеет вид аппаратной функции счетчика Имя нитова с предельными подвижностями «0 и 0,5Ко-, .фиг.2б); а при осреднении по первому и третьему промежуткам - вид усеченной ветви проводимости аппаратной функции интеграл ного счетчика с точкой перегиба по оси подвижностей К KOI и точкой от сечки с координатой ,75К0 фиг 8 первый промежуток времени (первый такт , когда через время ir определяемое переходными процессами в конденсаторе 1 из-за переключения напряжения на С-2 с на Uj, бло 19 управления выдает команду на соед нение входов коммутаторов 13 и 13 ч рез их первые выходы с входами устройства Н и 1 выборки-хранения. Выходной ток электрода 20 конденсатора 1, значение которого определено всеми ионами, осевшими на этот электрод, поступает на вход усилителя 4, преобразуется в нем и с его вы хода через коммутатор 13 поступает на вход устройства И выборки-хране ния, с выхода которого поступает на первые входы разностных устройств 15 и 16. В то же время выходной ток электрода 20 конденсатора 1, значение которого определяется всеми осев ,шими на него ионами через усилители 6& 5 и 12 и коммутатор 13, поступает на вход устройства выборки-хранения, с выхода которого подается на первые входы разностных устройств 15 и 1б. В начальный момент второго такта по командам блока 19 управления входы коммутаторов 13 и 13 отсоединяются от выходов и напряжение на конденсаторе С, подаваемое от источника 7 напряжения, изменяется |С U.,,,. Через время 772, , определяемое переходными процессами в конденсаторе 1 из-за изменения напряжения на С, по команде блока 19 управления входы коммутаторов 13 и 13 через их вторые выходы соединяются с входами устройств 17 и 17 выборки-хранения. Выходной ;ток электрода 20 , значение которого определяется ионами с подвижностью К- KO-I) осевшими на этот электрод через усилитель k, коммутатор 13 и устройство 17 выборки-хранения поступает на второй вход разностного устройства 15 . Одновременно выходной ток электрода 20, значение которого определяется ионами той же подвижности, но другого знака, осевшими на этот электрод через усилители 5 и 12, коммутатор 13 и устройство 17 выборкихранения, поступает на второй вход разностного устройства 15. В начальный момечт третьего такта коммутаторы 13 и 13 по команде блока 19 управления отсоединяют каждый свой вход от своего второго выхода, а источник 7 напряжения последующей команде блока 19 управления изменяет напряжение на конденсаторе С. и на (. Через время Т по команде олока 19 управления происходит соединение входов коммутаторов 13 и 13 через их третьи входы с входами устройства выборки-хранения, соответственно 18 и 1Ь. Выходной ток электрода 20 конденсатора 1 через усилитель 4 и коммутатор 13 поступает на вход устройства 18 выборкихранения, с выхода которого поступает на второй вход разностного устройства 1б , Выходной ток электрода 20 через усилители 5 и 12, коммутатор 13 и устройство 18 выборки-хранения поступает на второй вход разностного устройства 1б. Сигнал с выхода разностного устройства 15 представляет собой разность значений тока электрода 20, полученным в первом и втором циклах, приведенную к единичному расходу воздуха через конденсатор 1 и численно равен значению объемной плотности заряда легких ионов.знака, противоположного знаку напряжения 0,

Сигнал с выхода разностного устройства 16 представляет собой pa iность значений тока электрода 20„ полученных в первом и третьем циклах, умноженную на постоянную прибора , и равен значению полярной электропроводности воздуха, имеющему знак, противоположный-знаку ОаСигналы с выходов разностных устройств 15 и 1б , нормированные аналогичным образом, численно равны, со отпеГстве.г-и-Шг значению объемной плотм о с Т 11 ;з а ряда легких и о i-i о в и значению .jj;пpi-ioii oj eктропроаодности воздуха, 31;:;к : ксгорых совпадают со знаком на прлже :нг1 .

Сцг;Т1-:Ик может быть использован дл ;й:--ереч1;П з останова любого

ri:l.:i :i i;a6oTfc .,

hЯ:чг-. ус -1литель 12, ключи 8 t; :J, :;1;-поминэющее ус1ройство 11 и ИЗксритоль in отношения используются кбЛ 1брозки счетчикэ по реальным ионам с целью повышения точности измерения,, Значением коэффициента усиj Srikifl усил теля 12- корректируется liorpi uiihccT b cMBTMi Ka, обусловленная тем. ч.то разного знака осаждаютСП мз конструктивно различные электро.ды цилиндрического измерительного юондеысаторз, а также разбалансом козсри.иициентсз преобразования примеii--f:Hbix в Hejv электроиетрических уси.iii i::.jieM .- iiauenne коэффициента усиления УС ;;.;те.ля 12 выставляется при калибровке измерителя реальными ионами в режме останова любого такта двумя one;;; а ц и я ми ел е д у юц и м образе м.

.На вход измерительного конденсатора 1 а потоке исследуемого воздуха поступает стационарное знамечие объемной плотности заряда ионов-одного зиико,, например, от генератора униiKxnflijKbix ионов,

При первой операции знак напряиспил У,, подаваемого на центральный измерительный электрод конденсатора i от источника 6 напряжения, совпаддег со знаком ионов; поступающих ЕЗ ;;снлгисатор,. Вход ютюча 8 соединен с иыходо. , а выход ключа 9 соединен с входом С ,

Ионы, попадая в конденсатор 1, осаждаются на его внешний измеритель ный электрод и индуцируют ток, который преобразуется усилителем . выходной сигнал которого записывается в

запоминающем устройстве 11. I

При второй операции знак напряжения Vj. изменяют на противоположный знаку ионов, поступающих в конденса тор. Вход ключа 8 соединяют с выходом а, выход ключа 9 соединяют с входом и . Ионы, попадая в конденсатор IS осаждаются на его внутренний изме рительный электрод и индуцируют ток в его цепи, который преобразуется усилителем 5 и с выхода которого сиг-нал через масштабный усилитель 12 поступает на один вход измерителя 10 отношения, на второй вход которого с выхода запоминающего устройства 11 через ключ 9 поступает значение выходного сигнала усилителя k, полученное при первой операции и записанное в Запоминающем устройстве 11, Измеие м.ием коэффициента усиления масштабного усилителя 12 добиааются на выходе измерителя 10 от1-;ошения,, равиого 1. Установленный при этом коэффициент усиления масштабного усилителя 12 обеспечивает автоматический учет различия козффициеитов преобразования электрометрических усилителей 4 и 5, а также условий осаждения ионов разных знаков на различные измерительные электроды конденсатора 1, отличающиеся- конструктивно, при последующей работе счетчика. Частоте модуляции напряжения на предварительном конденсаторе С конденсатора 1 счет чика определяется временем заполнения конденсатора 1 и в зависимости от значения расхода газа через него может иметь значение от единиц до десятка ,герЦо

Применение предлагаемой структуры

аспирационного счетчика ионс)в позволяет, благодаря одновременному измерению значений объемной плотности .заряда легкигх и полярной электропроводности воздуха каждого знака а одном и-- том же потоке исследуемого воздуха, повысить точность измерения этих параметров в реальной атмосфере, запыленной аэрозольными частицами, путем исключения погрешности, обусловленной нестационарностью атмосферы.

а

G-i

I

G- I

0.75 Koj Koj

Фиг.2