АСПИРАЦИОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА Советский патент 1972 года по МПК H01J47/02 G01T1/185 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения концентрации и спектра аэроионов.

Известна аспирационная нонизационная камера, входящая в состав счетчи-ка ионов, содержащая высоковольтный электрод, выполненный в виде цилиндра, собирающий электрод и электрод электростатической защиты, расположенный на входе камеры и имеющий механический и электрический контакт с собирающим электродом.

При конструировании малогабаритных счетчиков ионов для летательных аппаратов необходимо уменьшить размеры как прибора в целом, так и ионизационной камеры, в частности.

Цель изобретення - расширение диапазона регистрируемых подвижностей ионов и уменьшение габаритов камеры без увеличения ее емкости и напряжения яа высоковольтном электроде.

С этой целью в предлагаемой аопирацнонной ионизационной камере, содержащей высоковольтный электрод, выполненный в виде цилиндра, собирающий электрод и электрод электростатической защиты, расположенный на Входе камеры и имеющ ий механический и электрический контакт с собирающим электродом, на выходе к собирающему электроду жестко прикреплено металлическое кольцо

электростатической защиты, диаметр которого равен диаметру высоковольтного электрода, причем выходной торец этого кольца затянут металлической сеткой.

На чертеже схематически изображена предлагаемая ионизационная камера (стрелками показано направление действия силовых линий электрического поля внутри камеры).

В заземленном корпусе / в центре укреплен на изоляторах собирающий электрод 2, выполненный в виде стержня или полого цилиндра. С электродом 2 жестко соединен цилиндрический электрод 3 электростатической защиты на входе камеры и электрод 4 электростатической защиты на выходе камеры, выходной торец которого закрыт металлической сеткой 5. Внутренние диаметры электродов 3 II 4 равны между собой и равны внутреннему диаметру находящегося между ними высоковольтного электрода 6, изолированного от корпуса 1 и собирающего электрода 2. Электрод электростатической защиты 3 соединен с измерИтельнЫМ усилителем 7, а высоковольтный электрод 6 - с источником высокого нацряжения 8.

При .включенных источнике высокого напряжения 8 и усилителе 7 через ионизационную камеру продувают исследуемый ионизированный газ. Па каждый ион, попавший внутрь ионизационной ка1меры, действуют две силы. Под действием потока газа ион имеет составляющую скорости, натравленную вдоль ионизационной камеры от входа к выходу. Под действием напряженности электрического поля ион имеет составляющую скорости, направленную вдоль силовых линий электрического поля. Результирующая скорость иона t - УО -f kE, где у -скорость иона; УО -скорость потока газа; k - подвижность ион.а; Е - напряженность электрического поля. В результате установки кольцевого электрода 3 электростатической защиты ионы, попавшие внутрь кольца, частично осаждаются полем на электрод 3, а поскольку электрод 3 электрически связан с собирающим электродом 2, то, следовательно, наиболее подвижные, т. е. наиболее легкие ионы, не будут потеряны. Поскольку на входе камеры осевая лроекция вектора скорости kE имеет встречное вектору скорости направление, то ионы, для которых, где |uo|-абсолютное значение проекции вектора VQ на ось камеры, -абсолютное значение проекции вектора Е на ось камеры, поиадут внутрь камеры. Внутри ионизационной камеры поле является почти равномерным по длине, а на выходе снова наблюдается краевой эффект, когда поле загибается к корпусу камеры. Для камеры, начиная с входного участка, где электрическое поле почти линейно, и кончая выходным участком, где поле начинает искажаться, можно записать следующее. Поскольку мгновенная радиальная составляющая скорости иона kE(r) k где г - расстояние от иона до центра камеры, t - время, k - подвижность иона, Е(г) -радиальная составляющая напряженности электрического поля. 0 - потенциал на высоковольтном электроде, то, проинтегрировав это выражение, можно найти время, за которое ион пройдет путь от высоковольтного электрода до собирающего. -а2)-1п- а где ki - предельная подвижность ИОНОБ, т. е. такая подвижность, при которой ион, войдя в ионизационную камеру почти у -высоковольтного электрода, осядет на конце собирающего электрода на расстоянии / от места входа (под местом входа подразумевается сечение, где краевой эффект уже слаб); ионы с подвижностью ki осаждаются на собирающий электрод полностью. С другой стороны, время, за которое ион пройдет путь под действием потока газа, равног i - - где / - длина участка камеры с неискажен-, ным полем, - абсолютное значение скорости потока газа. Приравняв выражения (2) и (3), можно найти предельную подвижность ионов (). Ь -g Ионы с меньщей подвижностью осаждаются либо частично, либо в очень незначительных количествах - только те, которые вощли в камеру непосредственно возле собирающего электрода. Для расширения диа.пазона измеряемых ионов можно Либо уменьшать скорость потока газа, что уменьшит количество информации, а в итоге и чувствительность прибора; либо увелич1ивать напряженность электрического поля, что не всегда приемлемо и возможно; либо увеличивать длину камеры; либо уменьщать расстояние между электродами. Увеличение длины камеры и уменьшение расстояния между электродами, кроме всего прочего, приводит к увеличению емкости камеры, а значит, к уменьшению чувствительности прибора. Если же на выходной конец собирающего электрода насадить металлическое кольцо типа входного кольца электростатической защиты, а выходной торец кольца затянуть металлической сеткой, то можно, сохранив геометрическую длину собирающего электрода и каза(мкнутся на кольцо и сетку, в результате чего почти все ионы, находящиеся внутри камеры, будут осаждены на собирающий электрод. Полнота осаждения ионов на собирающий электрод определяется только величиной ячеек сетки. Это важно при конструировании малогабаритных ионизационных камер для счетчиков легких ионов, хотя с успехом может быть использовано и для счетчиков тяжелых ионов и аэрозолей.

Предмет изобретения

Аопирационная ионизационная камера, содержащая высоковольтный электрод, вьшолненный в виде цилиндра, собирающий электрод и электрод электростатической защиты, расположенный на входе камеры и имеющий механический и электрический контакт с собирающим электродом, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регистрируемых подвижностей ионов и уменьщения габаритов камеры без увеличения ее ем,кости и напряжения на высоковольтном электроде, на выходе камеры к собирающему электроду жестко прикреплено металлическое кольцо электростатической защиты, диаметр которого равен диаметру высоковольтного электрода, причем выходной торец эгого кольца затянут металлической сеткой.

.h-%

-

# п