Устройство для счета ионов

 

Союз Советских

Социалистических т еспублии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЗ©МУ ТВЛЬСТВУ рв800863 (61) дополнительное к авт. сей-ву— (22) Заявлеио 06.12. 78 (23) 2692054/18-25 с присоединением заявки N9 (23) Приоритет -—

Опублииоваио 300181. Ьюллетеиь HO 4

Дата опубликоваиия описания 300 М1 р )м. к.

0.01 N 27/62

Н01 7 49/00

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33)УД 621.384 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Реута, В. С. Лысков н В. М. Маковеев." (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СЧЕТА ИОНОВ

Изобретение относится к приборам для измерения концентрации и спектра газовых ионов, например атмосферных.

Известно устройство для счета ио нов, содержащее аспирационную ионную камеру, соединенную с источником питания и, через ключ, например реле с последовательно соединен— ными буферным каскадом, амплитудновременным преобразователем, схемой

И, к которой дополнительно подключен генератор импульсов, и со счетчиком импульсов (1 )

Недостатком известного устройства является узкий диапазон нэмеряе- тв мых концентраций ионов при работе в автоматическом режиме.

Наиболее близким.к предлагаемому является спектрометр ионов, содержащий аспирационную.ионную камеру систоч-20 ником питания, ключ соединения камеры с измерительным блоком, измерительный блок с последовательно соединенными усилителем,. амплитудновременным преобразователем, схемой

И, счетчиком импульсов, генератором импульсов, подключенным к схеме И с пороговыми устройствами (или компараторами), подключенными .череэблок памяти к дешнфратору, и блок 30 управления, соединенный с ключом, счетчиком импульсов и блоком памяти (2)

Недостатком является пониженное быстродействие, которое особенно существенно при измерении концентрации ионов, создаваемых нскусственнымн иониэаторамю при нх настройке, когда концентрация ионов, может меняться резкими скачками. Поскольку в известном устройстве вначале определяется диапазон измерения, а затем производится измерение то может оказаться, что при определении диапазона измерения была одна концентрация ионов, а затем когда началось измерение, она изменилась и прибор вокажет перегрузку, либо будет рабОтать Иа сливпсом грубом диапазоне, 1де трудно или невозможно сделать точный отсчет показаний. поэтому щщдется делать повторное оп ределение диапазона и повторное измерение, что, естественно, увеличивает затраты времени.

Цель изобретения — повьхаенне скорости измерения.

Цель достигается тем, что в него дополнительно введены по количеству пороговых устройств (или компарато800863 ров) цепочки из последовательно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, входы амплитудно-временных преобразователей попарно объединены со входаьи пороговых устройств (или компараторов) и подключены к соответствующим выходам усилителя, вторые входы всех схем И объединены и подключены к генератору импульсов, третьи входы всех схем И подключены к выходам дешифратора, а выходы всех схем И подключены к счетчику импульсов.

На чертеже изображена блок-схема одного из вариантов устройства.

Устройство состоит из аспирационной ионной камеры 1, соединенной с 15 источником 2 питания и ключом 3, подключенным к блоку 4 управления и усилителю 5, состоящему из буферного блока 6 и отдельных усилительных секций 7 и 8, коэффициент усиления Я которых равен десяти выходы усилите— ля 5 соединены со входами идентичных амплитудно-временных преобразователей

9-11, к которым кроме амплитудновременного преобразователя 11 подклю- д чены соответственно одинаковые пороговые устройства или компараторы 12 и 13, выходы амплитудно-временных преобразователей 9-11 соединены со входами схем И соответственно 14-16 выходы которых подключены к счетчику

17 импульсов, а вторые входы объединены и подключены к выходу генератора

18 импульсов, например кварцевого, третьи входы подключены к выходам дешифратора 19, входы которого соединены с выходами блока 20 памяти, подключенного к выходам пороговых уст-. ройств или компараторов 12 и 13, дополнительные входы сброса счетчика

17 импульсов и блока 20 памяти под- 4О ключены к выходу блока 4 управления.

В исходном состоянии после включения напряжения питания емкость аспирационной ионной камеры 1 заряжается от источника 2 питания через ключ 4

3, например, реле с янтарным изолятором, которое до прихода сигнала с блока 4 управления .нормально замкну.то и через входное сопротивление раз;мещено в усилителе 5 буферного блока ®

6. Затем иэ блока 4 управления .пос.тупает сигнал сброса в счетчик 17 импульсов, который .Устанавливается в нулевое состояние, и в блок 20 памяти, .который через дешифратор 19 подает сигнал разрешения на схему И

14 и сигнал запрета на схемы И 15 и

16. После этого из блока 4 управления поступает сигнал на ключ 3 и размыкает его, в результате чего из продуваемого через аспирационную ионную Щ камеру 1 воздуха или газа ионы заданной полярности, определяемой полярностью истачника 2 питания, под действием электрического. поля, соэданно," го тем.же источником 2 питания осаж- щ даются на собирающем электроде, соединенном с ключом 3 и создает заряд

С i (1i = nVte (1)

l где Q — заряд, Кл, С -. емкость аспирационной ионной камеры 1, Ф, U — потенциал создаваемый на собирающем электроде аспирационной ионной камеры 1, В, n — концентрация ионов измеряемого знака, 1/см, V — объемный расход воздуха, или газа через аспирацконную ионную камеру 1, см /с, t — время разомкнутого состояния ключа 3, с, е 1 6 10 Кл — заряд иона .

-!9

Ilo истечении заданного времени блок 4 управления снимает сигнал с ключа 3, и ключ 3 замкнется, в результате чего произойдет перезаряд аспирационной ионной камеры 1 через ключ 3 и входное сопротивление усилителя 5, на входе которого возникает эксяоненциальный импульс напряжения, амплитуда которого равна

0 - nVte (2)

С где U2 - амплитуда импульса на входе усидителя 5,В, С вЂ” суммарная входная емкость

2 усилителя 5, включая емкость аспирационной ионной камеры

1, Ф, Импульс напряжения после буферного блока.б поступает на амплитудновременной преобразователь 11 и этот же импульс, усиленный в 10 и 100 раз усилительными секциями 7 и 8 поступает соответственно на входы амплитудно-временного преобразователя 10 с пороговым устройством 13 и амплитудно-временного преобразователя 9 с пороговым устройством 12.

Если концентрация ионов мала, то в соответствии c (2), и мал импульс напряжения,пороговые устройства 12 и 13 не срабатывают, блок 20 памяти в исходном состоянии и через дешифратор 19 держит сигнал разрешения только на схеме И 14. В это время амплитудно-временные. преобразователи

9-11 преобразуют поступившие на их входы импульсы в прямоугольные импульсы с длительностью, пропорциональной амплитуде импульсов, поступивших на их входы. Эти прямоугольные импульсы поступают на соответствующие входы схем И, соответственно 14-16, куда все время поступают на другие вхо,— ды счетные импульсы от генератора импульсов 18. Поскольку, сигнал разрешения от дешифратора 19.присутствует на входе схемы И 14,. то через нее на вход счетчика .17 импульсов.проходят .счетные "импульсы из гейератора

18 импульсов, количество которых опрЕделяется длительностью прямоуголь800863 ного импульса с выхода амплитудновременного преобразователя 9, т.е. число, записавшееся в счетчике 17 импульсов, прямо пропорционально концентрации ионов на самом чувствительном диапазоне измерения.

Если же концентрация ионов велика, то в зависимости от ее величины сработает только пороговое устройство

12, либо и пороговое устройство 13.

В случае, если сработали оба пороговых устройства, их срабатывание запоминается блоком 20 памяти, который через дешифратор 19 подает сигналы запрета на схемы И 14 и 15 и сигнал резрешения на схему И 16, в результате чего на счетчик 17 импульсов пос- 1З тупают иэ генератора 18 импульсов счетные импульсы, количество которых пропорционально длительности прямоугольного импульса на выходе амплитудно-временного преобразователя 11. Щ

Одновременно с этим с помощью дешифратора 19 включена либо соответствующая (на чертеже не показана) занятая на цифровом индикаторе, либо соответствующий множитель на том же индикаторе, который подключается к счетчику 17 импульсов, хотя это и не обязательно при работе устройства на цифропечать или телеметрию, где сигнал о диапазоне измерения передается отдельно.

После окончания первого измерения вновь из блока 4 управления поступает сигнал на ключ 3 и размыкает его. В дальнейшем измерение происходит анало гично описанному.

ЭЗ

Усилитель 5 может быть и другого типа, например, из параллельных усилительных секций коэффициент усиле3 ния каждой иэ которых в 10 раз больше предыдущей . 40

Как правило, со всех выходов усилителя 5 сигналы снимаются одной полярности, независимо от полярности ионов . Для этого буферный блок 6 имеет переключаемую полярность выход- 4 ного сигнала, что делается автоматически блоком 4 управления при сьюне измеряемой полярности ионов (на чертеже не показано).

Количество амплитудно-временных преобразователей и пороговых устройств определяется количеством диапазонов измерения. Обычно диапазонов измерения не более четырех (при описанном методе измерения с помощью накопления заряда).

Устройство позволяет повысить быстродействие и тем савым, уменьшить затраты времени на измерения.

Формула изобретения

Устройство для счета ионов, содержащее аспирационную ионную камеру с источником питания, ключ соединения камеры с измерительным блоком, измерительный блок с последовательно соединенными усилителем, амплитудновременным преобразователеМ, схемой И, счетчиком импульсов, генератором импульсов, подключенным к схеме И с пороговыми устройствами, подключенными через блок памяти к дешифратору и блок управления, соединенный с ключом, счетчиком импульсов и блоКоМ памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьывния скорости измерения, в него дополнительно введены по количеству пороговых устройств цепочки иэ последовательно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, входы амплитудно-временных преобразователей попарно объединенные со входами пороговых устройств и подключены к соответствующим выходам усилителя, вторые входы всех схем И объединены и подключены к генератору импульсов, третьи входы всех схеМ И подключены к выходам дешифратора, а выходы всех схем И подключены к счетчику импульсов .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 474827, кл . 9 06 М 11/00, 28,05.74.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2031788/18-25, кл. G 01 Й 15/00, 07.06.74 (прототип) 800863

Составитель В. Кулиев

Ре акто Е. Л никона Те е .С.Мигунова Ко кто ВЛ:ини кая аказ Тираж 919 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра окая наб. . 4 5

Филиал ПП Патент, r. Ужгород, ул . Проектная, 4