Аспирационный счетчик ионов Советский патент 1982 года по МПК G01N27/62 

I

Изобретение относится к приборам для измерения содержания ионов в атмосферном воздухе и может быть применено в геофизике, медицине и . различных областях промышленности и сельского хозяйства.

Известен аспирационный счетчик ионов, содержащий воздуходувку, цилиндрический измерительный конденсатор, центральный электрод которого соединен с источником разнополярного напряжени.-, а внешний электрод соединен со входом электрометрического усилителя. Сигнал на входе электрометрического усилителя пропорционален объемной плотности заряда ионов того же знака, что и напряжение на выходе источника напряжения. Для измерения содерхсания ионов другого знака полярность напряжения, -подаваемого на центральный электрод измерительного конденсатора, изменяют на |противоположную. Для одновременного измерения содержания

ИОНОВ разного знака применяют два счетчика, одним из которых измеряют объемную плотность заряда положительных, а другим - отрицательных ионов f1.

В условиях нестационарной атмосферы объемная плотность заряда ионов подвержена пространственным и временным изменениям. Поэтому наибрль10шую практическую ценность представляет одновременное получение сведе.НИИ о содержании ионов обеих полярностей в одном и том же потоке воздуха, например, для определения

15 отношения значений объемной плотности заряда положительных и отрицательных ионов или их разности. Очевидно, что применение одного или .комбинации из двух счетчиков ионов

30 не позволяет выполнить эту задачу, так как в первом случае полученные результаты относятся к разным моментам времени, а во втором резуль39таты полумены из двух разных потоков воздуха. Наиболее близким к предлагаемому является аспирационный счетчик ионов, содержащий воздуходувку, соединенную через регулятор с измерительным конденсатором, источник напряжения, два электрометрических усилителя, вход одного из которых соединен с внешним, а второй - с внутренним электродами измерительного конденсатора, и измеритель отношения 2J. Недостаток этого устройства низкая точность измерения, обусловленная тем, что ионы с зарядами раз ного знака осаждаются на различные по конструкции электроды цилиндрического измерительного конденсатора Кроме того, дополнительная погрешность вносится и за счет разбаланса коэффициентов,передачи, применяемы в нем электрометрических усилителей Цель изобретения - повышение точности измерения отношения объемной плотности зарядов положительных и отрицательных ионов в.нестационарной атмосфере. Поставленная цель достигается тем, что в аспирационный счетчик ионов,, содержащий воздуходувку, соединенную через регулятор с измерительным конденсатором, источник напряжения, два электрометрических усилителя, вход одного из которых соединен с внешним, а другого - с внутренним электродами измерительного конденсатора, и измеритель отношения,, введены масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, запоминающее устройство и два ключа, приче масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом одного электрометрического усилителя и одним из входов измерителя отношения, вход первого ключа соединен с выходом другого электрометрического усилителя, выход второго ключа соединен со входом измерите ля отноц(ения, при этом один выход первого ключа объединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого соединен с выходом запоми нающего устройства, вход последнего подключен ко второму выходу первого ключа. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Измерительный конденсатор 1 соединен через регулятор 2 расхода с воздуходувкой 3. Внешний электрод конденсатора 1 соединен с электрометрическим усилителем k, другая входная клемма которого соединена с общей шиной. Внутренней электрод этого конденсатора через электрометрический усилитель 5 соединен с источником 6 напряжения, другая клемма которого соединена с общей шиной. Выход усилителя t соединен со входом ключа 7| выход а которого соединен со входом с ключа 8, выход которого соединен с одним входом измерителя 9 отношения. Выход Ь ключа 7 соединен со входом запоминающего устройства 10, выход которого соединен со входом d ключа 8. Переключение ключей независимое. Выход усилителя 5 соединен со входом масштабного усилителя 11 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со вторым входом измерителя 9 отношеИЯ. Счетчик работает следующим образом. Воздуходувка 3 прокачивает исследуемый воздух через измерительный . конденсатор 1 и регулятор 2 объемного расхода воздуха. На, внутренний электрод конденсатора 1 подано измерительное напряжения от источника 6. За счет электрического поля между электродами конденсатора ионы с зарядами различного знака оседают на различных электродах конденсатора и индуцируют токи в их цепях. В рабочем положении вход ключа 7 соединен с его выходом а, который соединен со входом с ключа 8, который соединен с его выходом. Ток, индуцированный ионами, осевшими на внешний электрод конденсатора 1, преобразуется электрометрическим усилителем Ц, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа 7, с выхода а которого через вход с ключа 8 и его выход поступает на один вход измерителя 9 отношения. Ток внутреннего электрода преобразуется электрометрическим усилителем 5 с выхода которого сигнал поступает на вход масштабного усилителя 11, с выхода которого сигнал, умно хенный на коэффициент усиления усилителя 11 поступает на другой бход. измерителя 9 отноикния.

Значение коэффициента усиления усилителя 11 выставляется при калибровке счетчика реальными ионами двумя операциями следующим образом.

На вход измерительного конденсатора 1 в потоке исследуемого воздуха поступает стационарное значение объемной плотности заряда ионов одного знака, например, с генератора, униполярных ионов.

При первой операции знак напряжения, подаваемого на центральный электрод конденсатора 1 от источника.напряжения 6, совпадает со знаком ионов, поступающих в конденсатор Вход к)гоча. 7 соединен с выходом Ь, а выход ключа 8 - со входом с.

Ионы, попадая в конденсатор 1 , осаждаются на его внешний электрод и индуцируют ток, который преобразуется усилителем Ц, выходной сигнал которого записывается в запоминающем устройстве 10.

При второй операции знак напряжения, подаваемого на центральный электрод конденсатора 1 от источника 6 напряжения, изменяют на противоположный знаку ионов, поступагощих в конденсатор. Вход ключа 7 соединяют с выходом а, выход ключа 8 соединен с входом d. Ионы, попадая в конденсатор 1, осаждаются на его внутренний электрод и индуцируют ток в его цепи, который преобразуется усилителем 5 с выхода которого сигнал че,рез масштабный усилитель 11 поступает на один вход измерителя отношения 9, на второй вход которого с выхода запоминающего устройства 10 через ключ 8 поступает значение выходного сигнала усилителя , полученное при первой операции и записанное в запоминающем устройстве 10. Изменением коэффициента усиления масштабного усилителя 11 добиваются на выходе измерителя 9 отношения, равного 1, свидетельствующего о равенстве сигналов, полученных при первой и второй операциях. Установленный при этом коэффициент усиления масштабного усилителя. 11 обеспечивает автоматический учет различия коэффициентов передачи электрометрических усилителей Ц и 5, а также условий осаждения ионов с зарядами различных знаков на различные электроды измерительного конденсатора 1, отличающиеся конструктивным исполнением.

Счетчик может быть использован и в режиме одновременного измерения значений объемной плотности заряда положительных и отрицательных атмосферных ионов с выходов 1 и 2, например для определенияих разности. Применение в качестве усилителей 4 и 5 электрометрических усилителей, выполненных по методу интегрирова0 ния-дифференцирования, и построение масштабного усилителя 11 и измерителя 9 отношения на основе операционного усилителя позволяет обеспечить погрешность измерения отношения не

5 хуже 1.

Формула изобретения

Аспирационный счетчик ионов, содержащий воздуходувку, соединенную

0 |через регулятор с измерительным конденсатором, источник напряжения, два электрометрических усилителя, вход одного из которых соединен с внешним, а другого - с внутренним

5 электродами измерительного конденсатора, и измеритель отношения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения от ношения объемной плотности зарядов

0 положительных и отрицательных ионов в нестационарной атмосфере, в него введены масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, . запоминающее устройство и два ключа,

причем масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом одного электрометрического усилителя и одним из входов измерителя отношения, вход

первого ключа соединен с выходом другого электрометрического усилите ля, выход второго ключа соединен со входом измерителя отношения, при этом один вь1ход первого ключа объединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, вход последнего подключен ко второму выходу первого ключа.

Источники информации.

принятые во внимание при экспертизе

И. Матизен Р.Л., Ээвель Я.Р. , Kh-c Э.Ю. , Якобсон А.Ф. Счетчик аэроиоиов с цифровой индикацией 171-771. .Учен. зап. Тартуского гос. ун-та, вып. , Тарту, 1977, с. 52-56.

2. Авторское свидетельство СССР N375711, кл. Н 01 J 39/26, 1973 ; (прототип).

BH)(.i