Измеритель атомарных потоков

 

763770

Союз Советсккзт

Соцналистйческнх

Республик (б1) Дополнительное K авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.12.77 .(21) 2557122/18-25 (51) М. Кл. з с присоединением заявки №вЂ”

G 01 N 27/52 (23) Приоритет—

Государственный комитет ссср

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень №34 (53) УДК 543.25? (088.8) ао делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 25.09.80

М. Д. Гераимчук, В. К. Гришин, М. Н. Левин, С. Б. Свирщевский, П. М. Тала нчук и Ю. Е. Быстров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АТОМАРНЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к средствам из,мерения атомарных потоков кислорода в вакууме и может применяться для измерения при высоких температурах, исследовании космического пространства.

Известны измерители атомарных потоков, содержащие, например, чувствительный элемент из окиси цинка, сопротивление которого изменяется при взаимодействии с атомарным потоком, например потоком атомарного кислорода 11).

Однако такие измерители являются приборами одноразового измерения, на их показания существенное влияние оказывает молекулярный кислород и другие газы, это приводит к значительному увеличению по. грешности измерения атомарных потоков.

Наиболее близким техническим решением является измеритель атомарных потоков, состоящий из системы нагрева, снятия сигнала и чувствительного элемента, например, иэ окиси свинца, сопротивление которого меняется под воздействием атомарного потока 12).

Известное устройство имеет низкую точность измерения за счет влияния молекулярного кислорода и наличия других ком2 понентов газовой смеси. Оно требует сложной технологии при подготовке их к работе (пассивированию и т.д.), что приводит к сложности их применения для измерения в вакууме, Известное устройетво также не позволяет проводить непрерывные измерения изменения атомарного, потока в течение длительного времени. Низкая точность известного устройства за счет влияния молекулярных потоков обусловлена тем, что в данном устройстве регистрация атомарного тп потока выполняется по вплескам сигнала на фоне какого-то определенного сигнала, зависящего от молекулярного потока, однако этот сигнал также изменяется и вносит ошибку в сигнал, вызываемый атомарным потоком. В случае же, когда величина всплесков сигнала от атомарного потока близка квеличине сигнала, вызванного наличием молекулярных газов, это разделение сигналов, снимаемых с чувствительного элемента, невозможно, и определить за счет чего изменяется сигнал также невозможно.

Цель изобретения — - увеличение чувст.вительности и точности измерителя атомарных потоков.

763770

Укаэанная цель достигается тем, что чув. ствительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, например, из твердого электролита, на внутреннюю торцовую и боковую поверхность которого нанесены электроды, выполненные, например, иэ платины, а наружная поверхность твердого электролита, соединена с электродом сравнения, образованным полостью между твердым электролитом и корпусом измерителя, заполненной, например, смесью металла с его окисью.

На чертеже представлен схематически в разрезе измеритель атомарных потоков.

Измеритель состоит из чувствительного элемента 1 ° выполненного в виде усеченного конуса, например, из твердого. электролита типа 0,85 Zr0 + 0,15 ССаО, пористых электродов 2 и 3, выполненных, например, из платины и нанесенных на торцовую 4 и боковую 5 поверхности полости чувствительного элемента l. Электрод сравнения б выполнен в виде камеры между корпусом 7 и чувствительным элементом l, которая заполнена, например, смесью металла с его окисью (Ns, NsO). Электродом сравнения может служить и газовая смесь, например воздух, кислород при постоянном давлении.

Пространство электрода сравнения б герметизировано от окружающего, например, с по- мощью пайки. Электроды 2, 3 и 6 соединены с входом суммирующего устройства 8, выход которого соединен с системой 9 снятия сигнала. Нагревательный элемент. измерителя на чертеже не показан.

Работа устройства заключается в следующем.

Поток газа совместно с атомарным потоком взаимодействует при попадании его в полость чувствительного элемента.! первоначально с электродом 3, нанесенным на торцовую поверхность 5. С электродом 5 взаимодействует как атомарный так и молекулярный поток газа, например кислоро да, поэтому ЭДС, возникаемая согласно закона Нернста за счет разности химических потенциалов с разных сторон твердого электролита, т.е. между электродами 3 и 6 будет функцией как молекулярного, так и атомарного потока газа, например, кислорода. Химический потенциал электрода сравнения 6 является. постоянным. С электродом 2, за счет выполнения входной полости в виде конуса, будет взаимодействовать только молекулярный газ например, кислород; и ЭДС, между электродом 2 и электродом сравнения 6, образующаяся за счет разности химических потенциалов молекулярного кислорода электрода 2 и электрода сравнения 6, является функцией только молекулярного кислорода, так как химический потенциал электрода сравнения является постоянным при постоянной температуре. Атомарный поток, имея высокую активность, при первом

° же столкновении с электродом 3 будет поглощаться. Вероятность отражения атомар ного потока от электрода 3 очень незначительная и ей можно пренебречь. А так как входная полость выполнена в виде конуса, то прямой атомарный поток на электрод 2 попадать не будет, т.е. электрод 2 будет взаимодействовать только с молекулярным потоком газа, который имеется в полости и который может отражаться от электрода 3, ЭДС между электродами 2 и 6, 3 и 6, обусловленные в первом случае только молекулярным и во втором — молекулярным в и атомарным потоками газа, подаются на вход суммирующего устройства 8, которое вычитает из ЭДС между электродами 3 и 6, ЭДС между электродами 2 и 6, результат регистрируется системой снятия сигнала.

13

Химический потенциал (или парциальное давление), электрода сравнения 6 поддерживается постоянным при заданной температуре за счет протекания реакции окисления металла к его окиси, давление кислорода (химический потенциал) поэтому над данной смесью, соответствующее давлению диссоциации окисла, металла, будет постоянным и может быть расчитано с помощью . термодинамических данных.

При дополнительной регистрации сигна- ла между электродами 2 и 6 получаем сигнал, пропорциональный молекулярному кислороду.

Повышение чувствительности преобразователя достигается за счет того, что ЭДС между электродами 2 и 6 зависит только от молекулярного кислорода, который также учавствует в образовании ЭДС между электродами 3 и б, поэтому в случае, когда молекулярный поток постоянен и изменяется только атомарный„малейшие его изменения приведут к изменению ЭДС между электро35 дами 2 и 3 и, соответственно, на выходе суммирующего устройства. Если же молекулярный поток не постоянен, то он будет вносить одинаковое изменение в ЭДС между электродом 2-6 и 3-6, а разность будет со4ф ответствовать величине атомарного потока.

Это одновременно приведет и к повышению точности измерения. Точность увеличиваетсятакже и за счет того, что и неосновные компоненты газовой смеси, которые в ней присутствуют, одинаково влияют как на

4 ЭДС между электродами 2 — б„так и на

ЭДС между электродами 3-6, не влияя при этом на выходной сигнал. суммирующего устройства, т.е. разность сигналов не будет зависеть от влияния дополнительных компонентов газовой смеси и является функцией только атомарного потока.

Одним из преимуществ устройства, является также возможность регистрации молекулярного потока газа, для этого необходимо регистрировать ЭДС между электродами

2-6.Необходимо также отметить,что,чем больше угол конусности, тем выше точность измерения атомарного потока. Это объясняется тем, что в случае, если угол конусности

763770

Формула изобретения

Составитель И. Фузеииа

Редактор Э. Шибаева Текред К. Шуфрич Корректор М. Пожо

Заказ 6272 37 Тираж l 019 Подл нс ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патента, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мал, то на ЭДС между электродами 2-6 начинает влиять прямой атомарный поток, который частично попадает и на электрод 2, что приводит к ухудшению точности измерений.

Данное устройство позволяет производить измерения при высоких температурах.

Изобретение обеспечивает непрерывность процесса измерения, высокую точность и чувствительность.

1. Измеритель атомарных потоков, содержащий корпус, чувствительный элемент, электрод сравнения и измерительные электроды, отличающийся тем, что, с целью по- вышения точности и чувствительности измерения, чувствительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, из твердого элект-. ролита, на внутреннюю торцовую и боковую поверхности которого нанесены измерительные электроды, а наружная поверхность твердого электролита соединена с электродом сравнения, образованным полостью между твердым электролитом и корпусом измерителя, заполненной смесью металла с его окисью

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем. что измерительные электроды выполнены из платины

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал физической химии, 49, № 5, 1975, с. 1362-1363.

2. Авторское свидетельство СССР № 463022, кл. G 01 1 9/02, 1975.