Аспирационный конденсатор

 

О П И С А Н И Е „„-2245

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.01.73. (21) 1864922/25 (51) M. Кл. б 01Н 15/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 250776. Бюллетень № 27 (53) УДК621 319.74(088.8) (4б) Дата опубликования описания 02.12.76

Государственный комитет

Саввтв Министров СССР па делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. П. Реута (71) Заявитель

Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт (54) АСПИРАЦИОННЫИ КОНДЕНСАТОР

Изобретение относится к приборам измерения концентрации и спектра аэроионов.

Известно достаточно много схем и конструкций аспирационных конденсаторов для измерения концентрации и спектра аэроионов (1$ . Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция аспирационного конденсатора цилиндрического типа, содержащая высоковольтный и центральный собирающий электроды и устройство электростатистической защиты на входе в конденсатор (2) Однако этот конденсатор характерируется невысокой точностью измерения, обусловленной сложностью оценки эффективности защиты и влия. ния ее на траектории тонов внутри конденсатора.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Достигается это за счет того, что высоковольтный электрод выполнен 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 катушки зачищена от изолирующего слоя без нарушения межвитковой изоляции.

На фиг. 1 — конструктивная схема прибора; на фиг. 2,0. показано распределение потенциалов

5 по поверхности катушки электростатистической зашиты и высоковольтного электрода, а на фиг.

2, 5 показано распределение потенциалов по поверхности высоковольтного электрода, если его пол10 постыл заменить катушкой.

Аспирационный 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. 2,0} или от нуля до1 т полной длины высоковольтного электрода совместно с катушкой электростатистической защиты

25 (см. фиг. 2,$) — решение уравнения Лапласа да522455 ет следующее распределение потенциалов в межэлектродном пространстве: где 5 — потенциал на высоковольтном электроде;

Ъ вЂ” внутренний радиус высоковольного электрода;

a, — наружный радиус собирающего электрода;

11о — максимальное значение напряжения на правом конце катушки электростатистической защиты;

? — длина катушки; 1 — текущая радиальная координата;

1 текущая осевая координата.

Уравнение движения иона внутри конденсатора записывается

V--RE -" ч (2)

Of где V — вектор скорости движения иона, У вЂ” вектор напряженности электрического поля внутри конденсатора;

k — подвижность иона;

V — вектор скорости потока воздуха. о

Если поток воздуха ламинарен, то вектор, параллелен оси 1 и !Ч (=Vо и тогда осевая составляющая скорости движения иона, согласно уравнению 2, будет равна 0 Ъ

Из уравнения (i)

a G i U o.J0I (lJ)

1 à1 1 +la L

Подставив уравнение (4) в уравнение (3), получим (8) Если вместо высоковольтного электрода 4 (см. фиг. 1) и катушки электростатистической защиты 2 намотать единую на всю длину конденсатора катушку, то получим на поверхности такого электрода распределение потенциалов согласно фиг. 2, б. В таком конденсаторе условие (8) Ч «Ч AU 1n a (Я/

L 1п

Если краевой эффект отсутствует, то должно выполняться условие У1 0 или

К U 1тЛа (6)

V — — р—

0 1 1П!а

Для иона, находящегося у границы высоковольтного электродами = Ь. Тогда отсутствие краевого эффекта для любого иона запишется из условия (6), если вместо Р подставить Ъ, т.е. (7) о

Из неравенства (7) находится длина катушки электростатистической защиты (1o

Чо выполняется еще проще. Для такого конденсатора значение предельной подвижности ионов, поддающихся измерению, определяется по формуле: ь! (1э "с ) 1тт 1а VоЬ (9)

u CZ. +(Ь-а )(— 1тт /а-1)) о Ь-а где L — длина катушки;

10 К„, а - нрецельная 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 выше.

16 Из формулы (9) видно, что все размеры аспирационного конденсатора, скорость потока воздуха, напряжение на высоковольтном электроде и предельная измеряемая подвижность ионов находят ся в строгой зависимости друг от друга.

Работает конденсатор следующим образом, Исследуемьй 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 высоковольт ном электроде, будут двигаться к собирающему электроду 7, а ионы противоположного знака — к высоковольтному электроду-Ионы, осевшие на собирающем электропе. создают на нем заряд, 30 пропорциональньй количеству ионов с диапазоном подвижностей, соответствующим установленному на высоковольтном электроде потенциалу. Определение всего спектра ионов производят измене— нием потенциала высоковольтного электрода и про35 ведением измерении при каждом значении потенциала.

Поскольку определение числа ионов, которые могут попасть на собирающий электрод, осуществляется с учетом изменения электрического поля

40 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 ич0 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, высоковольтный электрод выполнен в виде цилиндрического кольца и однослойной катушки, расположенной во входной части соосно указанному кольцу, причем на катушку

56 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

60 изоляции.

522455

118 2 5

Составитель В. Ким

Техред М. Ликович

Корректор H. Зол отовская

Редактор Е. Гончао

Тираж 1029 Подпи сное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Заказ 4293/362

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Комаров Н. Н. Методы и некоторые резульг;-.òû измерения ионизационного состояния свободной атмосферы. Ст. в сб.: "Исследование облаков, осадков и грозового электричества", изд. А11 СССР, М,, 1961.

2. Таммет Х. Ф. Аспирационный метод измерения спектра аэроионов. Ученые записки ТГУ, вып. 195, стр. 161 — 163, г. Тарту, 1967 г (прототип).