Устройство для измерения концентрации окиси азота Советский патент 1982 года по МПК G01N27/66 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ОКИСИ АЗОТА

Изобретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ и может быть использовано для исследования свойств атмосферы при ракетных измерениях Концентрации окиси азота в атмосфере на высотах 15-90км. Концентрация окиси азота является важнейшим параметром в химии озона, по из менению которого составляют глобальные прогнозы погоды. Известно устройство - хвмилюминесце тный зонд для измерения концентрации окиси азота в атмосфере. Устройство со- держит баллон с озоном (О), механизм порционной подачи озона, реактор, фотоприемник, регистратор сигнала от фотоприемника. На основе реакции NO + О +Oi получается N0 в возбужденном состоянии, которое переходит в нормальное с излучением кванта света + 1n) ,ia свет регистрирует ся фотоприемником ll. Недостатком устройства является бол шая ошибка в измерении концентрации ОКИСИ азота -- 25%, сложность конструкции, требующей светозащиты от естественного света, малое разрешение по высоте ( д Н 2км). Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения концентрации окиси азота, содержащее измерительный конденсатор (конденсатор Гердиена) с центральным измерительным электродом, соединенным с усилителем, ионизатор с блоком питания и регистратор. Ионизатор излучает ультрафиолет с Л 1236 А, селективно ионизует в набегающем потоке окись азота (NO), а о кондентрацгда ионов NO судят по ионному току, усиленному измерительным усилителем и поданному на регистратор 2j. Известное устройство viMeer недостаточную точность измерения (ошибка 25%) вследствие того, что на измерительный электрод попадают и естественные ионы, а перпендикулярное расположение излучающей поверхности лампы не позволяет с уверенностью утверждать, что ионизован 307 весь поток газа, попадающий в сечение конденсатора. В процессе полета необходима периодическая калибровка электро пых схем для устранения фона естественных ионов и температурного дрейфа нуля измерительной схемы, а это тоже приводит к высокой ошибке измерения. Кроме того, часть времени, необходимая для из.мереШЕй, уходит на перекалибровку, следоЬательно, уменьшается разрешение по высоте , т.е. данные получают не непрерывно, а через 1 км, что существенно снижает достоверность информации т.е. точность измерений. Диапазон высот, исследуемых устройством-прототипом, 15-50 км вследствие того, что чувствительность измерительной схемы (--1:0 см не позволяет измерять концентрацию окиси азота на высотах больших 50км. Цель изоб)ретения - повышение точноети измерения концентрации окиси азота. Указанная .цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации окиси азота, содержащее измерительный конденсатор с центральным измерительным электродом, соединенным с усилителем, ионизатор с блоком питания и регис тратор, введены генератор и блок синхронного детектирования, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а второй вход - с вторым Шз ходом генератора, первый выход которого соедине с блоком питания ионизатора, причем излучающая поверхность ионизатора установлена у входного сечения конденсатора параллельно его образующей. Введение генератора позволяет замодулировать поток фотонов, излучаемых ионизатором, в результате чего ток, измеряемый конденсатором Гердиена, будет переменным. Введение же связанного с генератором и измерительным усилителем блока синхронного детектирования, позволяет избавиться от фонового тока естественных ионов, присутствующих в атмосфере, от дрейфа нуля измерительной схемы и необходимости в ее калибро ке в процессе измерения. Все это повышает точность измерения, делает их непрерывными. Расположение источника фотонов так, что излучающая поверхность направлена в сторону конденсатора Гердиена и перпендикулярна его входному сечению, т.е. параллельна образующей конденсатора, позволяет собирать все образованные ионы окиси азота в размере сечения, чт позволяет однозначно связать измеряемый ток с концентрацией окиси азота в 7 независимости от ориентации ракеты, т.е. повышает точность измерений. Применение источника ионизации интеН сивностью 10 -10 фотон/с.вместе с вышеперечисленными признаками позволяет проводить измерения концентрации окиси азота, начиная с концентрации Ю см в диапазоне высот 15-90 км. На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения концентрации окиси азота. Устройство содержит ионизатор 1, конденсатор Гердиена 2, измерительный электрод 3, измерительный усилитель 4, блок 5 синхронного детектирования, генератор 6, регистрирующее устройство 7 и блок 8 питания.;. Ионизатор 1, представляющий собой криптоновую УФ-лампу, укреплен так, что излучающая поверхность направлена в сторону входного сечения конденсатора Гердиена 2 и перпендикулярна входному сечению конденсатора, т.е. параллельна образующей. Измерительный электрод 3 соединен измерительным усилителем 4 переменного тока с высоким входным сопротивлением ( гОм), выход которого соединен с первым входом блока 5 синхронного детектирования, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 6, первый выход которого соединен с блоком 8 питания. При этом выход блока 5 синхронного детектирования соединен с регистратором 7, а блок 8 питания с ионизатором 1. Устройство работает следующим образом. Ионизатор 1 ионизует поток газа, который,будучи промодултфованным генератором 6, попадаетв конденсатор 2, где между обкладками потечет переменный ток заданной частоты с амплитуды, пропорциональной концентрации окиси азота. С измерительного усилителя 4 усиленный сигнал поступает на блок 5, где выделяется переменная составляющая тока ионов окиси азота и подавляются сигналы, не синфазньге с сигналом опоры, поступившим от генератора 6 на второй вход блока 5. Выделенная составляющая регистрируется регистратором 7. Блок 8 необходим для питания лампы. В устройстве ковденсатор Гердиена 2 выбран диаметром 60 мм, диаметр измерительного электрода 3 - 20 мм, длина 100 -150мм, измерительный усилитель 4 - усилитель переменного тока с высоко омным входом 1 гОм на базе микросхемы 140 УД 8. Блок синхронного детектирова