Устройство для измерения объемной плотности электрических зарядов частиц в газе Советский патент 1990 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения объемной плотности электрических зарядов частиц, содержащихся в газе, и может быть использовано для измерения электрических

характеристик атмосферы, в аэро- зольтерапии при измерении эффективности генераторов аэроинов, для контроля параметров окружающей среды и загрязненности технологических газов.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства/ за счет уменьшения уровня помех, наводимых на измерительном электроде с отклоняющей камеры и при флуктуа- циях концентрации заряженных частиц в потоке газа.

На фиг.1 схематично изображена схе ма предлагаемого устройства; на 1фиг.2 - его рабочие характеристики,

Устройство содержит отклоняющую камеру 1, измерительный электрод 2, делитель 3 частоты, избирательный фильтр 4, источник 5 переменного нап- ряжения, измерительную схему 6. Отклоняющая камера 1 состоит из коак- сиально расположенных цилиндров из проводящего материала с неравномерно увеличивающимися к оси потока га- за зазорами, причем четные цилиндры заземлены, а нечетные соединены элект рически между собой и подключены к выходу делителя 3 частоты, Измерительный электрод 2 выполнен в виде цилиндра из проводящего материала. Измерительная схема 6 позволяет измерять фазу и амплитуду наводимого на измерительном электроде 2 сигнала.

На фиг.2 приведены графики измене- ния во времени напряжения Si (t), вырабатываемого источником 5 переменного напряжения, напряжения U2(t), прикладываемого к отклоняющей камере

1 с выхода делителя 3 частоты, заряда $ на величине электрического объемно- q((t) частиц, переносимых потоком газа после отклоняющей камеры 1, заряда q.2(t) частиц, переносимых потоком газа после отклоняющей камеры 1 при флуктуации концентрации заря-% 40 женных частиц в потоке газа, напряжения U(t) на выходе избирательного фильтра 4о

Устройство работает следующим образом,45

Поток исследуемого газа поступает в отклоняющую камеру 1, к которой прикладывается переменное биполярное напряжение с выхода делителя 3 частоты, причем частоты этого напряго заряда частиц в газе, а знак заря да частиц преобладающей концентрации определяется по разности фаз между сигналом, поступающим с выхода избирательного фильтра 4, и напряжением, вырабатываемым источником 5 пере менного напряжения. Эти амплитуды и разность фаз измеряются измеритель ной схемой 6.

Пример Амплитуда полезного сигнала, наводимого заряженными частицами на измерительный электрод, из меняется в пределах U,, 200,с,200 мк CQ Амплитуда U2 помехи, наводимой с от клоняющей камеры 1 на измерительный электрод 2 по частоте f 30 Гц, сое тавляет 30 мкВ0 Амплитуда помехи, вызванной флуктуацией концентрации заряженных частиц в потоке газа в диапазоне частот 1 Гц00.10 кГц, составляет 60 мкВс По правилу суперпози ции амплитуда помехи на измерительном электроде 2 будет равна 90 мкВ,

женил

f - F f - -r,

где Р - частота переменного биполярного напряжения, вырабатываемого источником 5 переменного напряжения .(см0 U4(t) и U2(t) на фиг.2). Это напряжение может иметь как синусоидальную, так и прямоугольную форму Под действием переменного электрического поля в отклоняющей

камере 1 заряженные частицы, находящиеся в потоке газа, приобретают поперечную потоку газа составляющую скорости и часть из них оседает в отклоняющей камере 1. В результате объемный заряд частиц в потоке арза оказывается промодулированным по плотности с частотой F (CMO q,,(t), фиг.2). Затем поток газа поступает в измерительный электрод 2 и наводит на нем электродвижущую силу, причем частота этой электродвижущей силы оказывается равной частоте F. Кроме того, на полезный сигнал, снимаемый с измерительного электрода 2, накладывается сигнал от флуктуации концентрации заряженных частиц в потоке газа (q. (t), фиг,2), который может иметь произвольную частоту и амплитуду, и сигнал, наводимой с отклоняющей камеры 1, с частотой f. Поскольку избирательный фильтр 4 настроен на частоту F, то сигналы с другими частотами подавляются (ослабляются). Поэтому удается избавиться от помех, наводимых с отклоняющей камеры с частотой f, и значительно уменьшить влияние помех, вызванных флуктуацией концентрации заряженных частиц в потоке газа, что позволяет повысить чувствительность устройства. Амплитуда выделенного избирательным усилителем 4 сигнала U3(t) пропорциональна величине электрического объемно-

го заряда частиц в газе, а знак заряда частиц преобладающей концентрации определяется по разности фаз между сигналом, поступающим с выхода избирательного фильтра 4, и напряжением, вырабатываемым источником 5 переменного напряжения. Эти амплитуды и разность фаз измеряются измерительной схемой 6.

Пример Амплитуда полезного сигнала, наводимого заряженными частицами на измерительный электрод, изменяется в пределах U,, 200,с,200 мкВ, Q Амплитуда U2 помехи, наводимой с отклоняющей камеры 1 на измерительный электрод 2 по частоте f 30 Гц, сое тавляет 30 мкВ0 Амплитуда помехи, вызванной флуктуацией концентрации заряженных частиц в потоке газа в диапазоне частот 1 Гц00.10 кГц, составляет 60 мкВс По правилу суперпози ции амплитуда помехи на измерительном электроде 2 будет равна 90 мкВ,

5

Избирательный фильтр 4, настроенный на частоту F 2f 60 Гц, позволяет подавить Ua до уровня 8 мкВ, а jUj до 10 мкВ, т0е„ чувствительность устройства увеличивалась в 5 раз0

Формула изобретения

Устройство для измерения объемно плотности электрических зарядов частиц в газе, состоящее из последовательно установленных по потоку газа отклоняющей камеры и измерительного электрода, а также измерительной схемл и источника знакопеременного напряжения частоты F, выход которого соединен с первым входом измерительной схемы, отличающееся

503666

тем, что, с целью повышения чувствительности устройства за счет уменьшения уровня помех, наводимых на измерительном электроде с отклоняющей камеры и при флуктуациях концентрации заряженных частиц в потоке газа, в устройство введены избирательный фильтр с полосой пропускания частоты JQ F, вход которого соединен с измерительным электродом, а выход - с вторым входом измерительной схемы, и делитель частоты с коэффициентом разделения 2, вход которого соединен с 15 первым входом измерительной схемы и с выходом источника знакопеременного напряжения, а выход - с отклоняющей камерой „

Изобретение относится к измерению зарядов частиц и их концентраций и может быть использовано для контроля уровня загрязнения механическими примесями воздушной среды и технологических газов, контроля вакцинных аэрозолей. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства за счет уменьшения уровня помех, наводимых на измерительном электроде с отклоняющей камеры и при флуктуациях концентрации заряженных частиц в потоке газа. Устройство состоит из установленных последовательно по потоку газа отклоняющей камеры и измерительного электрода, а также источника переменного биполярного напряжение частоты F, выход которого соединен с входом делителя частоты и с первым входом измерительной схемы, второй вход которой через избирательный фильтр на частоту F соединен с измерительным электродом, а выход делителя частоты соединен с отклоняющей камерой. Объемный заряд частиц в потоке газа модулируется по плотности с частотой F при подаче на отклоняющую камеру переменного биполярного напряжение с частотой F = F/2. Наведенный на измерительном электроде сигнал фильтруется на частоте F, что дает возможность ослабить влияние на результат измерения помех, наводимых на измерительный электрод с отклоняющей камеры, и помех, вызванных флуктуацией концентрации заряженных частиц в потоке газа. Ослабление уровня помех позволяет повысить чувствительность и точность измерения. Значения амплитуды и фазы измеренного сигнала пропорциональны величине и знаку заряда частиц в потоке газа. 2 ил.

Поток газа

9iM

л

фиг 2