Устройство для счета ионов

 

(72) Авторы изобретения

В .П. Реута и Ф.Х. Туктагулов

Казанский ордена Трудового Красного Зна жм авиационный институт им. А.Н. Туполева (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ИОНОВ

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

Известен спектрометр ионов, содержащий аспирационную ионную камеру с источником питания и ключом для соединения с измерительным блоком, цифровой измеритель амплитуды одиночных импульсов, дешифратор блок индикалии и блок улраалеиик(1 .

Недостатком этого устройства является пониженное быстродействие и точность, обусловленные двухтактным методом измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор и блок цифровой индикации, а также блок управления, соединенные с ключом и счетчиком импульсов. Кроме того, данное устройство содержит также блок памяти, соединенный с деши4ратором, блоком управления и третьими входами схем И (2 ).

Недостатки такого устройства заключаются в пониженной точности измерения, обусловленной наличием порого" вых устройств, с помощью которых производится определение диапазона из.мерения и в итоге управление блоком

15 цифровой индикации: в температурной и временной нестабильности порога срабатывания, что приводит к существенному ухудшению точности в конце каждого диапазона измерений, а такВ же в невысоком быстродействии, что вызывает необходимость сильного интегрирования сигнала на входе усилителя.

868534

Я=ИИЕ =CU, где ЯИ55

Цель изобретения — повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитудно-временных 1О преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И, последовательно соедин нные счетчик импульсов, дешифратор и блок цифровой индикации, а так15 же блок управления, первый выход которого соединен с ключом, а второй— со входом сброса счетчика импульсов, введены по количеству амплитудно-Вре менных преобразователей, исключая один, счетчики импульсов, а также по количеству амплитудно-временных преобразователей блоки фиксации переполнения счетчиков импульсов, которые включены между выходами счетчи25 ков импульсов и входами дешифратора,к другим. входам которого подключены выходы всех счетчиков импульсов, счетные вхопы счетчиков импульсов разделены и подключены к выхопам схем И, а шины сброса счетчиков импульсов объединены и подключены ко второмут выходу блока упвавления.

На чертеже приведена блок-схема устройства для счета ионов.

Предлагаемое устройство содерлп1т аспиоационную ионную камеру 1, соепиненную с источником 2 литания и входом ключа 3, управляющий вход которого соединен с блоком 4 управления, выход ключа 3 соединен со входом блока 5 усилителей, состоящего из последовательно соединенных усилительных секций 6,7 и 8 выходы которых соединены со входами амплитудно-временных преобоазователей

11,10 и 9 соответственно1 выходы которых, в .свою очередь соответственно соединены со входами схем И

14 13 и 12 вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 15 импульсов, а выходы схем И 12, 13 и 14 подключены ко вхопам счетчиков 16,!7 и 18 импульсов соответственно: шины сброса счетчиков 16>17 и 18 импульсов объединены и подключены ко второму выходу блока

4 управления, а выходы счетчиков

16,17 и 18 и пс льсов соединены соот4 ветственно со входами блоков фиксации переполнения счетчиков 19,20 и 21 импульсов, выходы которых, как и выходы счетчиков 16,17 и 18 импульсов соединены со входами дешифратора 22, нагруженного на блок 23 цифровой индикации.

Устройство для счета ионов работает следующим образом.

После включения устройства для счета ионов под напряжение аспирацион0 ная ионная камера (или блок камер) представляющая собой открытый конденсатор специальной конструкции с высоким качеством изоляции, заряжается от источника питания 2.через ключ 3, замкнутый блоком 4 управления, и через входное сопротивление блока усилителей 5. Одновременно начинается продув исследуемого воздуха или газа через аспирационную ионную камеру с помощью внешней воздуходувки.. (не показана). Ионы воздуха или газа под действием электрического поля, созданного в BcIIHpGIIHQHHQH ионной камере 1 источником 2 питания, осаждаются на электроды аспирационной ионной камеры 1, и через ключ 3 и входное сопротивление блока 5 усилителей течет ионный ток. Однако. ввиду малости тока (порядка 10

10 А) и не слишком большого вход— ного сопротивления блока 5 усилителей (порядка 10 Ом), сигнал на входе

6 блока усилителей 5 будет незначительным (для измерения . Затем из блока.4 управления поступает сигнал на размыкание ключа 3, например специального реле с высоким качеством изоляции (янтарь, сапфир f. Как только ключ 3 разомкнется, в аспивацион ной ионной камере 1 на электооде подключенном к ключу 3, начнется накопление заряда ва счет ионов, оседаемых на этот электрод. Знак заряда определяется полярностью потенциала, поданного на второй электрод аспирационной ионной камеры 1 от источника 2 питания. Величина заряда определяется соотношением заряд Кл концентрация ионов в единице объема воздуха или газа (1 смЭ1 объемный расход воздуха или газа через аспивационную ионную камерч 1 (см /с)

868534 6

55 время разомкнутого состояния ключа 3 с

6 †.1,6 ° 10 K — заряд иона

- 19С вЂ” емкость аспираиионной ионной камеры Ф

1.1 — величина потенпиала, созданного ионами на электроде камеоы 1 подключенном к ключу

3. В

Затем по истечении заданного времени, из блока 1 управления поступает сигнал сброса на счетчики 16,17 и

18 импульсов, котооые устанавливаются в нулевое состояние, после чего из блока 4 управления поступает сигнал на замыкание ключа 3. Как только ключ 3 замкнется, через него и входное сопротивление блока 5 усилителей потечет ток перезаояда аспирационной ионной камеры 1 источнико1к

2 питания. Этот ток создает на входе блока 5 усилителей экспоненциальный импульс напряжения, амплитуда которого иЧ е

01- с+с,„, где О4 — амплитуда импульса на входе блока усилителей 5 В

С — входная емкость блока усилителей 5 Ф остальные обозначения те же, что и в (1 ), Этот импульс напряжения. усиленный блоком 5 чсилителай, через усилительные секции 6.7 и 8 с коэфФициентами усиления, кратными десяти поступает на входы амплитудно-временных поеобразователей 11,10 и 9 соответственно которые преобоазчют амплитуду поступивших на их входы импульсов в интервалы времени, в оезчльтате чего на пеовых входах схем И 12,13 и 14 появляются прямоугольные импульсы напряжения, дли тельность которых прямо пропорцио.„ нальна амплитудам сигналов на соответствующих выходах блока 5 усилителей. Поскольку генератор 15 импульсов, например, кварцевый, постоянно посылает счетные импульсы на вторые входы схем И 12,13 и 14, то, как только на первых входах этих схем появляются прямоугольные импчльсы, счетные импульсы генераroоа 15 импульсов поступают на входы счетчиков 16,17 и 18 импульсов, причем, число импульсов, поступивших на вход соответствующего счетчика импульсов, определяется длительнос10

35 тью прямоугольного импульса на входе соответствующей схемы И 12,13 и 14. В процессе оаботы счетчиков

16,17 и 18 импульсов в режиме, счета блоки 19,20 и 21 Фиксации переполнения счетчиков импульсов следят за состоянием счетчиков 16,17 и 18 импульсов соответственно и, как только какой-либо из них переполнит фиксируют этот Факт и подаю- соответствующий сигнал управления на дешифратор 22, который отключает блок 23 цифровой. индикации от переполненного счетчика импульсов и подключает его к следующему, максималько заполненному счетчику импульсов.

Одновременно в блоке 23 индикации будет высвечен соответствующий знак о диапазоне измеряемой величины .

Таким образом, благодаря использованию поедлагаемой цифровой схемы переключения диапазонов повышается точность измерения количества ионов за счет исключения поооговых элементов из известной схемы, в которых зависимость порога от внешних факторов приводит к ухудшению точности (особенно сильной в конце диапазонов измерений), и за счет уменьшения шумов при уменьшении входного сопротивления блока усилителей. Кроме того, предлагаемая схема проста в настройке и не требует высокостабильного источника напряжений для настройки порогов.

Формула изобретения

Устоойство для счета ионов, сопержащее последовательно соединенные источник питания, аспиоационную ионную камеру, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитудно-воеменных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И, последовательно соединенные счетчик импульсов. дешиф" ратор и блок цифровой индикации, а также блок управления, первый выход которого соединен с ключом, а второй — со входом сброса счетчика импульсов, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены по количеству амплитудно-временных преобразователей, исключая один, счетчики импульсов, а также по количеству амплитудно-временных преобразователей блоки фиксж1ии переполнения счетчиков импульсов, которые включены между выходами счетчиков импульсов и входами дешишратора, к другим входам которого подключены выходы всех счетчиков импульсов, счетные входы счетчиков импульсов разделены и подключены к выходам схем И, а шины

868534 8 сброса счетчиков импульсов объединены и подключены ио втопомч выходч блока управления.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ô 605453, кл. 6 01 N 15/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2692054/18-25, е кл. G 01 и 27/62, 1,978 (прототип), <

Составитель М. Ианилов

Редактор Н. Безродная - Техред А.Бабинец Корректор Н. Шароши

Заказ 83ll760 Тираж 910 Подпи сНор

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород., чл. Проектная, 4