Устройство для измерения концентрации окиси азота

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К AQTOPCNOMV СВИДЕТЕЛЬСТ8У («i 972387 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 15 05 81 (2l) 3288713/18-25 с присоединениеи заявки ¹ (23) Приоритет .Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 09.11.82 (5! )М. Кл.

С 01 и 27/66

3Ьоударствеииьй комитвт

СССР ио делаи изобретеиий и открытий (53) УДК 543.544 (088.8) Г.А. ТУчков, А.А.Тютин и А.А.Тют (72) Авторы изобретения g(. j<™f ÔÓ.т1 нлщцр;щ i

ХЕ."; Я и;.g (. д

J т иьЯВЙЙВ®дарго (7I ) Заявитель

Новосибирский государственный университ комсомола (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ОКИСИ АЗОТА

Изобретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ и может быть использовано для исследования свойств атмосферы при ðàкетных измерениях концентрации окиси азота в атмосфере на высотах 15-90км.

Концентрация окиси азота является важнейшим параметром в химии озона, по изменению которого составляют глобальные прогнозы погоды.

Известно устройство - хемилюминесцен в тный зонд для измерения концентрации окиси азота в атмосфере. Устройство со-, держит баллон с озоном (O3), механизм порционной подачи озона, реактор, фотоприемник, регистратор сигнала от фотоприемника. На основе реакции М О+Оз-» — N О > +О 1 получается М 0 " в возбужденном состоянии, которое переходит в нормальное с излучением кванта света

N 0 - ь1 0 + 3 4 „а свет регистрируетФ го ся фотоприемником (1 .

Недостатком устройства является боль-. шая ошибка в измерении концентрации

2 окиси азота - 25%, сложность конструкции, требующей светозашиты or естественного света, малое разрешение по высоте (ь Н = 2 км).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения концентрации окиси азота, содержащее измерительный конденсатор (конденсатор

Гердиена) с центральным измерительным электродом, соединенным с усилителем, ионизатор с блоком питания и регистратор. Ионизатор излучает ультрафиолет с о

3 1236 А, селективно ионизует в набегающем потоке окись азота (NO), a о концентрации ионов 1ЧО судят по ионному току, усиленному измерительным усилителем и поданйому на регистратор(23.

Известное устройство имеет недостаточную точность измерения (ошибка 25%) вследствие того, что на измерительный электрод попадают и естественные ионы, а перпендикулярное расположение излучающей поверхности лампы не позволяет с уверенностью утверждать, что ионизован

3 97238 весь поток газа, попадающий в сечение конденсатора. В процессе полета необходима периодическая калибровка электронных схем для устранения фона естественных ионов и температурного дрейфа нуля измерительной схемы, а это тоже приводит к высокой ошибке измерения. Кроме того, часть времени, необходимая для из» мерений, уходит на перекалибровку, сле довательно, уменьшается разрешение по @ высоте ьН = 1 км, т.е. данные получают не непрерывно, а через 1 км, что существенно снижает достоверность информации, т.е. точность измерений. Диапазон высот, исследуемых устройством-прототипом, 15-50км вследствие того, что чувствительность измерительной схемы (10 см )

-3 не позволяет измерять концентрацию окиси азота на высотах больших 50км.

Цель изобретения - повышение точноо- о ти измерения концентрации окиси азота.

Указанная .цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации окиси азота, содержащее измерительный конденсатор с центральным измеритель; ным электродом, соединенным с усилите лем, ионизатор с блоком питания и регистратор, введены генератор и блок синхронного детектирования, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а второй вход — с вторым выходом генератора, первый выход которого соединен с блоком питания ионизатора, причем излучающая поверхность ионизатора установлена у входного сечения конденсатора

35 параллельно его образующей.

Введение генератора позволяет замодулировать поток фотонов, излучаемых иониэатором, в результате чего ток, измеряемый конденсатором Гердиена, будет

4Î переменным. Введение же связанного с генератором и измерительным усилителем блока синхронного детектирования, позволяет избавиться от фонового тока естественных ионов, присутствующих в атмосфере, от дрейфа нуля измерительной схемы и необходимости в ее калибров-ке в процессе измерения. Все это повышает точность измерения, делает их непрерывными., Расположение источника фотонов так, что излучающая поверхность направлена в сторону конденсатора Гердиена и перпендикулярна его входному сечению, т.е. параллельна образующей конденсатора, позволяет собирать все образованные ионы окиси азота в размере сечения, что позволяет однозначно связать измеряемый ток с концентрацией окиси азота в

7 4 независимости от ориентации ракеты, т.е. повышает точность измерений.

Применение источника иониэации интен» сивностью 10 -10" фотон/с.вместе с вышеперечисленными признаками позволяет проводить измерения концентрации окиси азота, начиная с концентрации

10 см в диапазоне высот 15-90км.

-3

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения концентрации окиси азота.

Устройство содержит ионизатор 1, конденсатор Гердиена 2, измерительный электрод 3, измерительный усилитель 4, блок 5 синхронного детектирования, генератор 6, регистрирующее устройство 7 и блок 8 питания..

Ионизатор 1, представляющий собой криптоновую УФ-лампу, укреплен так, что излучающая поверхность направлена в стс рону входного сечения конденсатора Гердиена 2 и перпендикулярна входному сечению конденсатора, т.е. параллельна о6разующей. Измерительный электрод 3 соединен измерительным усилителем 4 переменного тока с высоким входным сопротивлением (B=l гОм), выход которого соединен с первым входом блока 5 синхронного детектирования, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 6, первый выход которого сое динен с блоком 8 питания. При этом выход блока 5 синхронного детектирования соединен с регистратором 7, а блок 8 питания с ионизатором l.

Устройство работает следующим образом.

Ионизатор 1 ионизует поток газа, который,будучи промодулированным генератором 6, попадает в конденсатор 2, где между обкладками потечет переменный ток заданной частоты с амплитуды, пропорциональной концентрации окиси азота.

С измерительного усилителя 4 усиленный сигнал поступает на блок 5, где выделяется переменная составляющая тока ионов окиси азота и подавляются сигналы, не синфазные с сигналом опоры, поступившим от генератора 6 на второй вход блока 5.

Выделенная составляющая регистрируется регистратором 7. Блок 8 необходим для питания лампы.

В устройстве конденсатор Гердиена 2 выбран диаметром 60 мм, диаметр измерительного электрода 3 - 20 мм, длина—

100 - 1 50 мм, измерительный усилитель

4 - усилитель переменного тока с высокоомным входом 1гОм на базе микросхемы

140 УД 8. Блок синхронного детектирова5 972 ния содержит синхронный фильтр, усилитель переменного тока на базе микросхемы 140 УД 9 с К усиления 10, синхронный детектор на базе КХКТ682А и интегратор выходного сигнала. Модулирую- щий генератор 6 вырабатывает сигнал прямоугольной формы с частотой 1 кГц.

Ионизатор 1 — мощная криптоновая газоразрядная лампа ультрафиолетового излучения с окном (плоскостью излучения) из 10

NqF и потоком фотонов 10" -10 ф-с 1.

Лампа запитана от блока 8, вырабатывающего напряжение 500 В, ток 5 мА.

В качестве регистратора результатов измерения использована радиотелеметрическая система.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет следующие преимушества: ошибка измерения 10% (у прототипа 25%); чувствительность по концентрации до 10 см (у прототипа 5 10 ); в диапазон исследуемых высот доведен go

15-90км (у прототипа 15-50 км).

Использование изобретения в народном хозяйстве при метеозондировании атмосферы позволит уточнять долгосрочный прогноз погоды.

Формула изобретения

Устройство для иэмере1гия концентрации окиси азота, содержащее измерите ный конденсатор с центральным измерительйым электродом, соединенным с усилителем, ионизатор с блоком питания и регистратор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор и блок синхронного детектирования, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а второй вход — с вторым выходом генератора, первый выход которого соединен с блоком питания ионизатора, причем излучающая поверхность ионизато ра установлена у входного сечения конденсатора параллельно его образующей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Lenis R. L. Gas anal isis. "Reчiew of Scientixic Jnstr". 45, У б, l974, р. 742.

2. На!eetal L С. "Мiddlе atmosphere ion measurements с1urin g.

January 1976, Space Reseazch

v. XVlll, 1977, р. 143 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 8506/34 Тираж 887 Подписное

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