Импульсный способ измерения концентрации и подвижности газовых ионов Советский патент 1982 года по МПК G01N27/62 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

И ПОДВИЖНОСТИ ГАЗОВЫХ ионов

I

Изобретение относится к геофизической т@снике и может быть использовано для измерения спектра ионов в атмосфере, а также в лаборатс иях при раэличных физических, метеорологических и медицинских исследованиях.

Известен стхгоб измерения параметров газовых ионов в натурных услсвияс заключающийся в том, что исследуемый газ аспирируется через иилинфический конденсатор с установленным полем иэ вестной напряженности. Ишы, проходя конденсатор, под влиянием электрического поля и потека газа осаждаются на-регистрирукшшй электрод, а-образукяш11{ся ионный ток фиксируется. Меняя напряженность поля в кондшсаторе и фиксируя изменившийся исш1Ый ток мыопределяем спектр ионов по подвижиости l

Недостатком способа является слож ность интерпретации результате изме рения из-за неоднородного поля конденсатора.

Известен способ измерения концентрации и подвижности газовых ионов в поле плоского конденсатора, включающий аспирацию исследуемого газа в пространство между пгастинами кондецсатора с последующей его остановкой Одна пластина конденсатора заземлена че{}ез входное сопротивление регистрирующего прибора, причем предусмотрен ключ, дающий возможность закорачивать его. За10те.м при замкнутом ключе подается напряжение на пластину конденсатфа от батареи, один полюс которой заземлен. Через некоторое время после подачи напряжения ключ размыкается и начина15ется измерение тока, протекающего через входное со|фотивление усилителя постоянного тока. Рассма1ривая зависимость тока от времени, определяют спекхр noiv вижностей и концевтраоий ионю, приходящих на регистрирующую пластину из объема конденсатора 1.

Недостахком этого способа является невозможность регистрашш истинного

спектра ишов в исслеауемой газовой среде, а именно в обдасги высокой подвижности ионов, что приводит к недостточно высокой точности и чувствительности способа. Это объясняется тем, что время релаксации измерительной системы при отключении ключа велико по сравнению с временем, за котфое ионы высоких подвижностей могут быть зарегистрированы. Другими недостатками являются. длительность регистрации ионного спектра, составляющая 2-3 мин, и длительность времени, необходимого для приведения устройства к исходному со.стоянию для последующих измерений, поскольку за это время в исследуемом объекте ишный спектр может значительноизмениться. Длительность процесса измерения связана с тем, что следует замкнуть вход измерительной системы, включить напряжение на Конденсаторе, выждать время для стекания индуцированного импульса, oTKpBiTb вход измери-. тельной системы, лишь после этого начинается собственно измерение.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности способа при одновременном уменьшении времени измерения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения концентрации и Подвижности исяюв путем аспирации исследуемого газа в межэлектродное пространство измфительного конденсатора с последующей остановкой потока в. измерение ионного тока, возникающего в эл&ктрическсм поле конденсатора, аспирацию исследуемого газа производят через экранирующий цилиндр, Который убирают из электрического поля конденсатор в момент остановки потока, а электрическое ноле в кс«денсатфе создают до начала аспирации исследуемого

газа.

I -. .

Устройство для кшцентрации и подвижности газовых ионов содержит конденсатор, заключенный в корпус и соединенный с источником напряжения и измерительной системой, а также при- способление для аспир&ции газа, имеющее металлический цилиндр, радиус много меньше межэлектродного зазора ковцшсатсра и установленный в меж электродном пространстве на оси конденсатора с возможностью извлечения его из межэлектродвого пространства при помощи механического приспособления. В ка-j

честве последнего используют пружину, закрепленную между фланцами подвижного экранирующего цилин дра и корпуса, фиксируемую в исходном состоянии с помощью стопора, расположенного на корпусе.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит конденсатор 1, заключенный в корпус 2. Через фланец корпуса 3 внутри конденсатора 1 размещен экранирующий цилиндр 4. На наружном конце экранирующего цилиндра 4 имеются пружины 5 и фланец 6 для быстрого- извлечения цилиндра из конденсатора. Экранирующий цилиндр 4 фиксируется .стопором 7, расположенным на корпусе 2. Аспирация исследуемого газа осуществляется насосом 8, а остановка потока - клапаном 9. Напряжение на пластины конденсатора 1 подается от батареи 10. Ионный ток .в конденсатфе 1 усиливается электрическим усилителем 11 и измеряется регистратором 12.

П р и м е р. В исходном состоянии экранирующий цилиндр 4 помещен между пластинами измерительного конденсатора 1 и зафиксирован стопором 7. При этом пружина 5 сжата, батарея Ю подает напряжение на конденсатор 1, клапан 9 открыт, насос.8 производит аспирацию исследуемого газа, ток через электрометрический усилитель 11 не протекает и регистратор 12 показывает ноль. Для проведения измерения концентрации и подвижности газовых ионов с помощью клапана 9 останавливают поток газа через экранирующий ЦИЛИН1ФР 4, одновременно отпускают стопор 7 и с помощью пружины 5 экранирующий цилиндр 4 извлекается из промежутка между пластинами конденсатора 1. При этом исследуемый газ, находящийся внутри экранирующего цилиндра 4 освобождается, и под действием электрического поля, создаваемого батареей 1О, между пластинами конденсатора

Iвозникает ионный тис, измеряемый с помощью электрометрического усилителя

IIи регистратора 12. Подвижность и оконцентрацию газовых

ионов определяют из выражений

Н- 13 Se

где N - концентрация газсвых ионов; h - расстояние между пластинами .конденсатора;. 59 плсщадь пластины конденсатора;1,6-10 К л - элеменгаоный заряд; - значение ионного тока в момент reMeisffl i ; UJ - подвижность газовых ионов в момент времени t J Y - напряжение, приложенное к пла стинам конденсатора. Таким образом, получив кривую спектра подвижности ионов из кривой ионного iT.oKa, можно определить концентрацию ио|нов Любой имеющейся в спектре подвиж- Вости.. Предлагаемый способ позволяет изм&рять концентрацию ионов с подвижностями до 10 с точностью 5% за время около 20 с. В известном способе предельная измеряемая подвижность ионов не превышает 1,5 смУс точность - ЗО% в области высоких подвижностей, а время измерения составляет 2-3мин при тех жЬ параметрах измерительного конденсатора, что и в предлагаемом способе. Малое время измерения и приведения измерительного устройства в рабочее состошие по предлагаемому способу позволяют изучать эволюцию ионного спект- 17С ра, что не мсисет быть реализовано ни одним из известных способов. Формула изобретения Импульсный способ измерения концентрациии подвижности газовых ионов,включающий аспирацию исследуемого газа в межэлектродноё пространство измерительного конденсатора с последующей его остановкой и измерение ионного тока, возникающего в электрическом поле конденсатора, отличающийся тем, что, с .целью псеышения точности и чувствительности способа при одновременном уменьшении времени измерения, аспирацию исследуемого газа производят через экранирующий цилинщ), который убирают из эл&ктрического поля конденсатора в момент остановки потока, а электрическое поле в конденсаторе создают до начала аспи- |рации исследуемого газа. Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе 1.Таммет X. Ф. Ученые записи Тар- lyccKoro университета. Вып. 195, 1967. 2.Федоров Б. К. Доклады АН СССР, ,т. 32, NJ 5, Геофизика, 1952.