Устройство для счета ионов Советский патент 1981 года по МПК G01N27/62 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ИОНОВ

I

Устройство относится к приборам для измерения концентрации и спектра газовых ионов, например атмосферных .

Известен спектрометр ионов, содержащий аспирационную ионную камеру с источником питания и ключом для соединения с измерительным блоком, цифровой измеритель амплитуды одиночных импульсов, дешифратор, блок индикации и блок управления tl j«

Недостатком этого устройства является пониженное быстродействие и точность, обусловленные двухтактгелм методом измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блок усилит.елей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И

последовательносоединенные счетчик импульсов, дешифратор и блок цифровой индикации, а также блок управления, соединенные с ключом и счетчиком игм- пульсов. Кроме того, данное устройство содержит также блок памяти, соединенный с дешифратором, блоком управления и третьими входами схем И f2.

Недостатки такого устройства закteлючаются в потосенной точности измерения, обусловленной наличием пороговых устройств, с помощью которых производится определение диапазона измерения и в итоге управление блоком

IS цифровой индикации: в температурной и временной не.стабильности порога срабатывания, что приводит к существенному ухудшению точности в конце каждого диапазона измерений, а также в невысоком быстродействии, что вызывает необходимость сильного интегрирования сигнала на входе усилителя. Цель изобретения - повьшение точности. Поставленная цель достигается тем что в известное устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блок усилит ей, выходы которого нагружены на цепочки из последоватёл-ьно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И, последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор и блок цифровой индикации, а так же блок управления, первый выход кот рого соединен с ключом, а второй со входом сброса счетчика импульсов йведены по количеству амплитудно-вре менных преобразователей исключая один, счетчики импульсов, а также по количеству амплитудно-временш 1Х преобразователей блоки фиксации пер полнения счетчиков импульсов, которые включены между выходами счетчиков импульсов и входами дешифратора,к другим-входам которого подключены вых ды всех счетчиков импульсов, счетные вхолы счётчиков импульсов разделены и подключены к выходам схем И, а ши ны сброса счетчиков ИМПУЛЬСОВ объединены и подключены ко второму выходу блока упоавления, На чертеже приведена блок-схема устройства для счета ионов. Предлагаемое устройство содержит аспирационную ионную камеру I, соединенную с источником 2 литания и входом ключа 3, управлякяций вход которого соединен с блоком 4 управления , выход ключа 3 соединен со входом блока 5 усилителей, состоящего из последовательно соединенных усилительных секций 6,7 и 8 выходы которых соединены со входами амплитудно-временных преобразователей 11,10 и 9 соответственно} выходы которых, в свою очередь соответственно соединены со входами схем И и I2 вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 15 импульсов, а выходы схем И 12, 13 и 14 подключены ко вхо дам счетчиков 16,17 и 18 импульсов соответственно: шины сброса счет - ков 16,17 и 18 импульсов объединены и подключены ко второму выходу блок 4 управлега я, а выходы счетчиков 16,17 и 18 и invjibcoB соединены соответственно со входами блоков Фиксации переполнения счетшков 19,20 и 21 импульсов, выходы которых, как и выходы счетчиков 16,17 и 18 импульсов соединены со входами дешифратора 22, нагруженного на блок 23 цифровой индикации. Устройство дпя счета ионов работает Следующим сгбразом. После включения устройства для счета ионов под напряжение аспирационная ионная камера (или блок камер) 1, цредставляклцая собой открытый конденсатор специальной конструкции с высоким качеством изоляпии, заряжается от 1сточника питания 2.через ключ 3, замкнутый блоком 4 управления, и через входное сопротивление блока усилителей 5. Одновременно начинается продув исследуемого воздуха или газа через аспирационную ионную камеру 1 с помощью внешней воздуходувки.: (не показана). Ионы воздуха или газа под действием электрического поля, созданного в аспирационной ионной камере 1 источником 2 питания, осаждаются на электроды аспирационной ионной камеры 1, и через ключ 3 и входное сопротивление блока 5 усилителей течет ионный ток. Однако, ввиду малости тока (порядка ) и не слишком большого входного сопротивления блока 5 усилителей (порядка 10 Ом), сигнал на входе блока усилителей 5 будет незначительным (для измерения . Затем из блока.4 управления поступает сигнал на размыкание ключа 3, например специального реле с высоким качеством изоляции (янтарь, сапфир). Как только ключ 3 разомкнется, в аспирацион-с ной ионной камере 1 на электроде подключенном к ключу 3, начнется накопление заряда за счет ионов, оседаемых на этот электрод. Знак заряда определяется полярностью потенциала, поданного на второй электрод асцирационной ионнойКамеры 1 от источника 2 питания. Величина заряда определяется соотношением Q nvie-cu, заряд Кп концентрация ионов в единице объема воздуха или газа (1 см, V - объемный расход воздуха или газа через аспирационную ионную камеру 1 (см /с);

- время разомкнутого состояни

ключа 3 с ;

49 б -il,610 К - заряд HOHaj

С - емкость аспираиионной ионной

камеры Ф

и величина потенциала, созданного ионами на электроде камасы 1J подключенном к ключу 3. В

Затем по истечении заданного времени, из блока 1 управления поступает сигнал сброса на счетчики 16,17 и 18 импульсов, которые устанавливаются в нулевое состояние после чего из блока 4 управления поступает сигнал на замьшаюте ключа 3. Как только ключ 3 замкнется, через него и входное сопротивление блока 5 усилителей потечет ток перезаряда аспирационной ионной камеры 1 источниксй 2 питания. Этот ток создает на входе блока 5 усилителей экспоненциальный импульс напряжения амплитуда которого

и - с-с,

где и/( амплитуда импульса на входе

блока усилителей 5 В ; входная емкость блока усилителей 5 Ф ; остальные ; Обозначения те же, что ив tl ).

Этот импульс напряжения, усиленный блоком 5 усилителей, через усилительные секции 6,7 и 8 с коэффициентами усиления, кратнь «1 десяти поступает на входы амплитудно-временных преобразователей 11,10 и 9 соответственно которые преобразуют амплитуду поступивших на их входы импульсов в интервалы времени, в результате чего на первых входах схем И 12,13 и 14 появляются прямоугольные импульсы напряжения, дли тельность которых прямо пропорциогг, нальна амплитудам сигналов на соответствующих выходах блока 5 усилителей. Поскольку генератор 15 импульсов, например, кварцевый, постоянно посылает счетные импульсы на вторые входы схем И 12,13 и 14, то, как Только на первых входах этих схем появляются прямоугольные ИМПУЛЬСЫ, счетные импульсы генератора 15 импульсов поступают на входы счетчиков 16,17 и 18 импульсов, причем, число импульсов, поступивших на вход соответствующего счетчика импульсов, определяется длительнос685346

тью прямоугольного импульса на входе соответствукнаей схемы И 12,13 и 14. В процессе оаботы счетчиков 16,17 и 18 импульсов в режиме, счета 5 блоки 19,20 и 21 фиксации переполнения счетчиков импульсов следят за состоянием счетчиков 16,17 и 18 импульсов соответственно и, как только какой-либо из них переполнит 0 фиксируют этот факт и подаю- соответствующий сигнал управления на дешифратор 22, который отключает блок 23 цифровой индикации от переполненного счетчика импульсов и 5 подключает его к следующему, максимально заполненному счетчику импульсов.

Одновременно в блоке 23 индикации будет высвечен соответствующий знак 2Q о диапазоне измеряемой величины.

Таким образом, благодаря использованию предлагаемой цифровой схемы переключения диапазонов повышается точность измерения количества ионов 25 за счет исключения пороговых элементов из известной схемы, в которых зависимость порога от внешних факторов приводит к ухудшению точности (особенно сильной в конце диапазонов измерений), и за счет уменьшения

30 шумов.при уменьшении входного сопротивления блока усилителей. Кроме того, предлагаемая схема проста в настройке и не требует высокостабильного источника напряжений для настройки порогов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспиоационную ионную камеру, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитуд но-временных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И, последовательно соединенш11е счетчик ИМПУЛЬСОВ, дешифратор и блок цифровой индикации, а также блок управления, первый выход которого соединен с ключом, а второй - со входом сброса счетчика импульсов, отличающ е е с я тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены по количеству амплитудно-временных преобразователей, исключая один, счетчики импульсов, а также по

количеству амплитудно-временных преобразователей блоки фиксагиш переполнения счетчиков импульсов, которые включены между ныхода1О1 счетчиков импульсов и входами дешидфатора, к другим входам которого подключены выходы всех счетчиков ИМПУЛЬСОВ cчetныe входы счетчиков импульсов разделены и подключены к выходам схем И, а шины

685348

сброса СЧИТЧИКОВ импульсов объединены и подключены ко втопОМУ выходу блока управления.

Источники инфоомаиии. j принятые во внимание при экспертизе

«о кл. G 01 N 27/62, 1.978 (прототип).