Аспирационный конденсатор Советский патент 1976 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к приборам измерения концентрации и спектра аэроионов. Известно достаточно много схем и конструкций аспирационных конденсаторов для измерения концентрации и спектра аэроионов fl 1 Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция аспирационного конденсатора цилиндрического ти па, содержащая высоковольтный и центральный собирающий электроды и устройство электроотатистической защиты на входе в конденсатор Однако этот конденсатор характерируется невысокой точностью измерения, обусловленной сложностью оценки эффективности защиты и влияния ее на траектории тонов внутри конденсатора. Цель изобретения - ловыщение точности измерений. Достигается это за счет того, что высоковольтный электрод вьшолнен в виде цилиндрического кольца и однослойной катушки, расположенной во входной части соосно указанному кольцу, причем на катушку намотан виток к витку изолированным проводом, входной конец которого заземлен, а выходной присоединен к упомянутому кольцу, причем часть внутренней поверхности катущки зачищена от изолирующего слоя без нарушения межвитковой изоляции. На фиг. 1 - конструктивная схема прибора; на фиг. 2 Д показано распределение потенциалов по поверхности катущки электростатистической защиты и высоковольтного электрода, а на фиг. 2, 5 показано распределение потенциалов по поверхности высоковольтного электрода, если его полностью заменить катушкой. Аспирационньш конденсатор содержит заземленный корпус 1, однослойную катушку 2 из высокоомного провода, изоляционную трубку 3, цилиндрическое кольцо 4, изоляторы 5 и 6, собирающий электрод 7, изоляторы 8 и 9, заземленные гнезда 10 и 11 для изоляторов, вывод 12 высоковольтного электрода, вывод 13 собирающего электрода Стрелками показано направление движения воздуха. Для участка аспирационного конденсатора от нуля до длины L катушки электростатистической защиты (см. фиг. 2,а) или от нуля доЬ - полной длины высоковольтного электрода совместно с катушкой электростатистической защиты (см. фиг. 2,6) - решение уравнения Лапласа дает следующее распределение потенциалов в межэлектродном пространстве: , ( г, где & - потенвдал на высоковольтном электроде;ti - внутренний радиус высоковольного эле трода; а - наружный радиус собирающего электро да; UQ - максимальное значение напряжения на правом конце катушки электростатистической защиты; L - длина катушки; Р - текущая радиальная координата; 1. - текущая осевая координата. Уравнение движения иона внутри конденсатора записывается V где V - вектор скорости движения иона; Б - вектор напряженности электрического поля внутри конденсатора; - подвижность иона; V - вектор скорости потока воздуха. Если поток воздуха л минарен, то вектор Y параллелен оси 1 и / V / V и тогда осевая составляющая скорости движения иона, согласно уравнению 2, будет равна КБ.С) V V е 0 Из уравнения () Эй 1 at In /а L Подставив уравнение (4) в уравнение (3), ползучим -kUo (f) Если краевой эффект отсутствует, то должно вьшолняться условие VI О или V 1. о L Для иона, находящегося у границы высоковольтного электродаJ Ь. Тогда отсутствие кр евого эффекта для любого иона запишется из у вия (6), если вместо Р подставить Ь , т.е. Из неравенства (7) находится длина катушки электростатестической защиты Если вместо высоковольтного электрода 4 (см. фиг. 1) и катушки электростатистической защиты 2 намотать единую на всю длину конде сатора катушку, то получим на поверхности такого электрода распределение потенциалов согласно фиг. 2, б. В таком конденсаторе условие вьшолняется еще проще. Для такого конденсатора значение предельной подвижности ионов, поддающихся измерению, определяется по формуле: оь ..(; Z. 1 Ь/ (Ь -а )LTi /a-V,,L U LL +Cb a K-1.71 Va-JL) где L - длина катушки; предельная подвижность иона - такая подвижность, при которой ион, войдя в конденсатор у поверхности высоковольтного электрода, осядет на правом конце собирающего электрода. Остальные обозначения те же, что и вьпие. Из формулы (9) видно, что все размеры аспирационного конденсатора, скорость потока воздуха, напряжение на высоковольтном злектроде и предельная измеряемая подвижность ионов находят ся в строгой зависимости друг от друга. Работает конденсатор следующим образом. Исследуемый воздух продувается через конденсатор. Он проходит через корпус 1, внутреннюю полость катушки 2, между цилиндрическим кольцом 4 и собирающим электродом 7. Ионы, знак которых совпадает со знаком потенциала на высоковольтном члектроде, будут двигаться к собирающему электроду 7, а ионы противоположного знака - к высоковольтному электроду-Ионы, осевшие на собирающем электроде, создают на нем заряд, пропорциональньш количеству ионов с диапазоном подвижностей, соответствующим установленному на высоковольтном электроде потенциалу. Определение всего спектра ионов производят измене нием потенциала высоковольтного электрода и проведением измерений при каждом значении потенШ ала. Поскольку определение числа ионов, которые могут попасть на собирающий электрод, осуществляется с учетом изменения электрического поля на входе в конденсатор, то точность измерений повышается. Формула изобретения Аспирационный конденсатор для спектрометров ионов, содержащий высоковольтный и центральный собирающий электроды, устройство электростатической защиты на входе в конденсатор, о т л и чающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, высоковольтный электрод выполнен в виде цилиндрического кольца и однослойной катушки, расположенной во входной части соосно заказанному кольцу, причем на катушку намотан виток к витку изолированный провод, входной конец которого заземлен, а выходной присоединен к упомянутому кольцу, причем часть внутренней поверхности катушки зачищена от изолирующего слоя без нарушения межвитковой изоляции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Комаров Н. Н. Методы и некоторые результлты измерения ионизационного состояния свободной атмосферы. Ст. в сб.: Исследование облаков, 11 8 2 35 1 Фиг. 1 осадков и грозового электричества , изд. АН СССР, М., 1961. 2. Таммет X. Ф. Аспирационный метод измерения спектра аэроионов. Ученые записки ТГУ, вып. 195, стр. 161 -163, г. Тарту, 1967 г.(прототип). а-69 10