Импульсный способ измерения концентрации и подвижности газовых ионов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскми

Социалистических .Республик (ц922617 (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 09.06.80 (21) 2936342/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

Gô OlN 27/62

3Ьаударствены6 комитат

СССР ио делам изабретеиий и открытий (53) УДК 621. .385(088.8) Опубликовано 23.04,82. Бюллетень Лв 15

Дата опубликования опмсамия 26.04.82

Одесский ордена Трудового Красного Знамени государстввнный-= университет им. И. И. Мечникова (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

И ГЮДВИЖНОСТ И ГАЗОВЫХ ИОНОВ!

Изобретение ожосится K геофизической тесинке и может быть йспользоввно цля измерения спектра ионов в атме сфере, а также в лабораториях при различных физических, метеорологических н мещщинских исследованиях.

Известен способ измерения параметров газовых ионов в натурных условиях заключающийся в том, что исследуемый гаэ аспирируется через цилиндрический конденсатор с установленным полем известной напряженности. Ионы, проходя конденсатор, под влиянием электрического поля и потока газа осаждаются на-регистрирующий электрод, а- образующийся ионный так фиксируется. Меняя найрэженность поля в конденсаторе и фиксируя изменившийся ионный ток мы определяем спектр ионов по подвижности f1);

Недостатком способа является слож ность интернрета аи результатов измерения иэ-еа неоднородного поля конценсатора.

Известен способ измерения концентрации и подвижности газовых ионов в поле плоского конденсатора, включающий аспирацию исследуемого газа в пространство между пластинами конденсатора с последующей его остановкой, Одна пластина конденсатора заземлена через входное сопротивление регистрирующего прибора, причем предусмотрен ключ, дающий воэможность закорачивать его. Затем при замкнутом ключе подается напряжение на пластину конденсатсра or батареи, один полюс которой эавемлен.

Через некоторое время после подачи напряжения ключ равмьасается и начинается измерение така, протекающего через входное сопротивление усюытеля постоянного тока. Рассмат;ривая зависимость тока or времени, определяют спектр под вижностей и концентраций ионов, прихо цяших на регистрирукепую пластину иэ обьема конденсатора t 1).

Недостатком этого способа является невозможность регистрации истинного

9226 17 спектра ионов в исследуемой газовой срене, а именно в области высокой подвижности ионов, что приводит к недостточна высокой точности и чувствительности способа. Это объясняется тем, что. время релаксации измерительной системы при отключении ключа велико по сравнению с временем, за которое ионы высоких подвижностей могут быть зарегистрированы. Другими недостатками являют- 0 ся длительность регистрации ионного спектра, составляющая 2-Э мин, и длительность времени, необходимого для

1 приведения устройства к исходному со.стоянию для последующих измерений, по- скольку за это время в исследуемом обьекте ионный спектр может значительно измениться. Длительность процесса измерения связана с тем, что следует замкнуть вход измерительной системы, 20 включить напряжение на конденсаторе, выждать время для стекания индуцированного импульса, открыть вход измерительной системы, лишь после этого начинается собственно измерение. 25

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности способа при одновременном уменьшении времени измере- . ния.

Указанная цель достигается тем, что согласно снос обу измерения концентрации и подвижности ионов путем аспирации исследуемого газа в межэлектродное пространство измерительного конденсатора с последующей остановкой потока в. измерение ионного тока,. возникающего в эжктрическом поле конденсатора, аспирацию исследуемого газа производят через экранируюший цилиндр, 40 который убирают из электрического поля конденсатор в момент остановки потока, а электрическое поле B конденсаторе создают до начала аспирации исследуемого газа. 45 !

Устройство для измерения концентрации и подвижности газовых ионов содержит конденсатор, заключенный в корпус и соединенный с источником напряжения и измерительной системой, а также приспособление для аспирации газа, имеющее металлический цилиндр, радиус которого много меньше межэлектродного зазора конденсатора и установленный в межэлектродном пространстве на оси конденсато- 55 ра с возможностью извлечения его из межэлектродного пространства при помощи механического приспособления. В ка- честве последнего используют пружину, закрепленную между фланцами подвижного экранирующего цилиндра и корпуса, фиксируемую в исходном состоянии с помощью стопора, расположенного на кор цусе.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит конденсатор 1> заключенный в корпус 2. Через фланец корпуса 3 внутри конденсатора 1 разме- щен экранирующий цилиндр 4. На на« ружном конце экранирующего цилиндра

4 имеются пружины 5 и фланец 6 для быстрого. извлечения цилиндра из конденсатора. Йкранирующий цилиндр 4 фиксируется,стопором 7, расположенным на корпусе 2. Аспирация исследуемого газа осуществляется насосом 8, а остановка потока - клапаном 9. Напряжение на пластины конденсатора 1 подается от батареи 10. Ионный ток .в конденсаторе 1 усиливается электрическим усилителем

11 и измеряется регистратором 12.

Пример. В исходном состоянии экранирующий цилиндр 4 помещен между пластинами измерительного конденсатора

1 и зафиксирован стопором 7. При этом пружина 5 сжата, батарея 10 подает напряжение на конденсатор 1, клапан 9 от крыт, насос.8 производит аспирацию ис следуемого газа, ток через электрометрический усилитель 11 не протекает и регистратор 12 показывает ноль, Для проведения измерения концентрации и подвижности газовых ионов с помощью клапана

9 останавливают поток газа через экранирующий цилиндрр 4, одновременно отпу скают стопор 7 и с помощью пружины 5 экранируюший цилиндр 4 извлекается из промежутка между пластинами конденсатора 1. При этом исследуемый газ, находящийся внутри экранирующего цилиндра 4 освобождается, и под действием электрического поля, создаваемого батареей 10, между пластинами конденсатора

1 возникает ионный ток, измеряемый с помощью электрометрического усилителя

11 и регистратора 12.

Подвижность и оконцентрацию газовых ионов определяют из выражений

I )

VJ = }.М р где И - концентрация газовых ионов;

- расстояние между пластинами . к онденсатора;, 922617 6 ра, что не макет быть реаа зовано ни одним из известных способов. я - площадь пластины конденсата

pаФ

3 - 1,6. 10 Кл - элемента -- ный зарящ

1 - значение ионного тока в момент времени 1

lu - подвижность газовых ионов в момент времени

Я « напряжение,. приложенное к пластинам конденсатора.

Таким образом, получив кривую спект.:ра подвижности ионов из кривой ионного така, можно определить концентрацию ио нов -любой имеющейся в спектре подвижности.

Предлагаемый способ позволяет изме-, рять концентрацию ионов с подвижностями до 10 см /с с точностью 5% за время около 20 с. В известном способе предельная измеряемая подвижность ионов не превышает 1,5 смЪс точность - 30% в области высоких подвижностей, а время измерения составляет 2-3 мин при тех же параметрах измерительного кон. денсатора, что и в предлагаемом спосо- 2$ бе. Малов время измерения и приведе ния измерительного устройства в рабочее состояние по предлагаемому спос обу позволяют изучать эволюцию ионного спеетФ ормула изобретения

Импульсный способ измерения концентрации и подвижности газовых ионов,включающий аспирацию исследуемого газа в межэлектродное пространство измерительного конденсатора с последующей его останов кой и измерение иснного тока, возникающего в электрическом поле конденсатора, от личающи йс ятем,что, сце лью повышения точности и чувствительности способа при одновременном уменьшении времени измерения, аспирацию исследуемого газа производят через экранирующий цилиндр, который убирают из электрического поля конденсатора в момент остановки потока, а электрическое поле в конденсаторе создают до начала аспи рации исследуемого газа.

Источники инфармации, принятые во внимание при экспертизе

1. Таммет Х. Ф. Ученые записи Тар-. тусского университета. Вып. 195, 1967.

2. Федоров E. К. Доклады АН СССР,,т. 32, М 5, Геофизика", 1952.

Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Заказ. 2572/58

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