CN104865434A - 电离电流的测量装置和测量方法 - Google Patents

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王培玮
邬蒙蒙
黄建微
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Abstract

本发明涉及一种电离电流的检测装置和检测方法。所述电离电流的检测装置包括：电离室，射线照射电离室时，由于电离室内部空气电离，由收集极收集产生的电离电荷，从而形成待测电流；静电计，与所述收集极相连接，所述待测电流向所述精密电容充电，所述静电计测量所述待测电流值；精密电容，一端与静电计相连接，所述待测电流向所述精密电容充电；计时器，与所述静电计相连接；补偿电压源，一端与所述精密电容的另一端相连接，向所述精密电容提供补偿电压；电压计，与所述补偿电压源和精密电容相连接，测量所述精密电容的电压值。本发明电离电流的检测装置和检测方法，漏电量小，检测精度高。

Description

电离电流的测量装置和测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量装置和测量方法，尤其涉及一种电离电流的测量装置和测量方法。
背景技术
因为电离电流的大小非常小，只有pA数量级。而现有的电离电流的测量仪器和测量方法检测精度难以满足测量精度要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种电离电流的检测装置和检测方法，漏电量小，检测精度高。
为实现上述目的，本发明提供了一种电离电流的检测装置，所述电离电流的检测装置包括：
电离室，包括高压极和收集极，射线照射电离室时，由于电离室内部空气电离，由收集极收集产生的电离电荷，从而形成待测电流；
静电计，与所述收集极相连接，所述待测电流向所述精密电容充电，所述静电计测量所述待测电流值；
精密电容，一端与静电计相连接，所述待测电流向所述精密电容充电；
计时器，与所述静电计相连接；
补偿电压源，一端与所述精密电容的另一端相连接，向所述精密电容提供补偿电压；
电压计，与所述补偿电压源和精密电容相连接，测量所述精密电容的电压值；
所述补偿电压源向所述精密电容提供补偿电压；射线照射所述电离室，所述电离室产生待测电流向所述精密电容充电；所述静电计测量所述待测电流值，当精密电容的极间电压达到预定电压时，所述计时器开始计时；所述电压计测量所述精密电容的电压值；所述补偿电压源减小所述补偿电压值，形成电流对所述精密电容反向充电，所述静电计回零；所述补偿电压降为0，所述静电计指示上升到所述预定电压，所述计时器停止计时。
进一步的，所述电离电流的检测装置还包括：高压源，与所述高压极相连接，为所述高压极提供电压。
进一步的，所述高压源和补偿电压源接地，所述精密电容通过接地开关接地。
进一步的，所述电离室、精密电容、静电计、计时器、补偿电压源和电压计之间通过连接线和连接器相连接。
进一步的，所述连接线和连接器为三同轴双层屏蔽结构，包括用来通过电流信号的内芯和用来接地的两层屏蔽。
进一步的，所述精密电容为密封的干燥空气精密电容。
进一步的，所述精密电容放置于恒温恒湿且电磁屏蔽的干燥柜中。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电离电流的检测方法，所述方法包括：
步骤1，补偿电压源向精密电容提供补偿电压；
步骤2，静电计测量所述待测电流值，当达到预定电压时，所述计时器开始计时；
步骤3，射线照射电离室的高压极，所述电离室的收集极产生待测电流向精密电容充电；
步骤4，电压计测量所述精密电容的电压值为所述补偿电压；所述补偿电压源减小所述补偿电压值，形成电流对所述精密电容反向充电，所述静电计回零；
步骤5，所述补偿电压降为0，所述静电计指示上升到所述预定电压，所述计时器停止计时。
进一步的，所述步骤1之前还包括：接地开关闭合，所述精密电容放电。
进一步的，所述补偿电压小于20V。
本发明电离电流的检测装置和检测方法，漏电量小，检测精度高。
附图说明
图1为本发明电离电流的检测装置的示意图；
图2为本发明电离电流的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明电离电流的检测装置的示意图，如图所示本发明电离电流的检测装置包括：电离室1、静电计2、精密电容3、计时器4、补偿电压源5和电压计6。
电离室1包括高压极10和收集极11，射线照射电离室时，电离室内部空气被电离，由于高压极10和收集极11之间有电压差，因此电离的离子对分别向高压极10和收集极11运动，从而产生待测电流。静电计2的一端与收集极11相连接，待测电流向精密电容3充电。精密电容3与静电计2相连接，待测电流向精密电容3充电时，静电计2测量待测电流值。计时器4与静电计2相连接。补偿电压源5的一端与精密电容3的另一端相连接，向精密电容3提供补偿电压。电压计6与补偿电压源5和精密电容3相连接，测量精密电容3的电压变化值。
再如图1所示，本发明电离电流的检测装置还包括：高压源7，与高压极10相连接，为高压极10提供电压。
进一步的，高压源7和补偿电压源5接地，精密电容3通过接地开关8接地。
补偿电压源5向精密电容3提供补偿电压；射线照射高压极10，收集极11产生待测电流向精密电容3充电；静电计2测量待测电流值，当达到预定电压时，计时器4开始计时；电压计6测量精密电容3的电压值；补偿电压源5减小补偿电压值，形成电流对精密电容3反向充电，静电计2回零；补偿电压降为0，静电计2指示上升到预定电压时，计时器4停止计时。
电离室1、精密电容3、静电计2、计时器4、补偿电压源5和电压计6之间通过连接线和连接器相连接。连接线和连接器为三同轴双层屏蔽结构，包括用来通过电流信号的内芯和用来接地的两层屏蔽。精密电容3为密封的干燥空气精密电容。精密电容3放置于恒温恒湿且电磁屏蔽的干燥柜中。
具体的，由于测量的电流值只有几pA到几十pA，同时为了保证所有的测量结果都能够溯源至国家标准。因此，为了降低测量结果的统计误差，为了减小漏电，做如下处理：
1)本发明电离电流的检测装置各个结构通过连接线和连接器连接，连接线与连接器均采用三同轴双层屏蔽结构，内芯用来通过电流信号，内外两重屏蔽网接地和连接高压，以便屏蔽周围电磁辐射对信号的影响；在制作接线器的过程中，严格保证各零部件的洁净和干燥，防止污染带来的绝缘电阻的降低。
2)精密电容，使用密封的干燥空气精密电容，主要为了满足高绝缘、和精密电容值稳定这两个要求。
为了保证精密电容不受外界空气湿度的变化影响，以减小可能造成的漏电。采用干燥柜放置精密电容，精密电容在干燥柜内始终处于恒温恒湿的环境中，大大减小了精密电容带来的漏电，并且干燥柜的钢制全封闭结构给精密电容提供了很好的电磁屏蔽。在干燥柜背板打孔安装接线器与其他仪器装置相连。
3)保证检测装置所使用各仪器外壳、连接器外屏蔽层、干燥柜外壳、电源的低端共同一地电平，以减少系统内电平低端之间存在电位差带来的漏电流。
4)在每次测量前，充分预热检测装置的各个部件，并将电离室架入辐射场中接入高压放置充分长时间，使其周围温度场达到一定程度的平衡，来稳定测量电流，以减少其他因素来带的漏电。
5)在测量的过程中，禁止移动、踩压测量线，以防止因压电效应导致漏电。
图2为本发明电离电流的检测方法的流程图，如图所示，本发明电离电流的检测方法包括如下步骤：
步骤101，补偿电压源向精密电容提供补偿电压；
优选的，在步骤101之前还包括，接地开关闭合，精密电容放电。
具体的，接地开关闭合时，精密电容放电，为了最终结果的准确有效，要求有足够的放电时间，一般延时几秒钟，即两次测量循环过程之间间隔至少几秒钟，以保证精密电容充分放电。
并且，所设置的补偿电压V1一般小于20V。
步骤102，射线照射电离室，电离室产生待测电流向精密电容充电；
步骤103，静电计测量待测电流值，当达到预定电压时，计时器开始计时；
具体的，接地开关打开，此时高压极产生的待测电流向精密电容充电，静电计指示上升；静电计指示上升平稳后，到预定指示值V0，即刻开始计时t1；
步骤104，电压计测量精密电容的电压值为补偿电压；补偿电压源减小补偿电压值，形成电流对精密电容反向充电，静电计回零；
具体的，记录此时电压计Vs测量测量的V1；开始计时后，开始减小补偿电压，形成电流对精密电容反向充电，使静电计的指示尽快回零，并控制补偿电压的变化量使静电计指示保持在零附近；
步骤105，补偿电压降为0，静电计指示上升到预定电压，计时器停止计时。
具体的，预设的补偿电压V1降到0，静电计指示又开始上升；静电计指示又上升到指示值V0时，停止计时t2，一次测量结束。然后接地开关K关闭，精密电容放电，重新开始新一轮测量。
本发明电离电流的检测装置和检测方法，漏电量小，检测精度高。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电离电流的检测装置，其特征在于，所述电离电流的检测装置包括：
电离室，包括高压极和收集极，射线照射电离室时，由于电离室内部空气电离，由收集极收集产生的电离电荷，从而形成待测电流；
静电计，与所述收集极相连接，所述待测电流向所述精密电容充电，所述静电计测量所述待测电流值；
精密电容，一端与静电计相连接，所述待测电流向所述精密电容充电；
计时器，与所述静电计相连接；
补偿电压源，一端与所述精密电容的另一端相连接，向所述精密电容提供补偿电压；
电压计，与所述补偿电压源和精密电容相连接，测量所述精密电容的电压值；
所述补偿电压源向所述精密电容提供补偿电压；射线照射所述电离室，所述电离室产生待测电流向所述精密电容充电；所述静电计测量所述待测电流值，当精密电容的极间电压达到预定电压时，所述计时器开始计时；所述电压计测量所述精密电容的电压值；所述补偿电压源减小所述补偿电压值，形成电流对所述精密电容反向充电，所述静电计回零；所述补偿电压降为0，所述静电计指示上升到所述预定电压，所述计时器停止计时。
2.根据权利要求1所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述电离电流的检测装置还包括：电压源，与所述电离室高压极相连接，为所述高压极提供电压。
3.根据权利要求2所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述电压源和补偿电压源接地，所述精密电容通过接地开关接地。
4.根据权利要求1所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述电离室、精密电容、静电计、计时器、补偿电压源和电压计之间通过连接线和连接器相连接。
5.根据权利要求4所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述连接线和连接器为三同轴双层屏蔽结构，包括用来通过电流信号的内芯和用来接地的两层屏蔽。
6.根据权利要求1所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述精密电容为密封的干燥空气精密电容。
7.根据权利要求1所述的电离电流的检测装置，其特征在于，所述精密电容放置于恒温恒湿且电磁屏蔽的干燥柜中。
8.一种电离电流的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，补偿电压源向精密电容提供补偿电压；
步骤2，射线照射电离室，所述电离室的收集极产生待测电流向精密电容充电；
步骤3，静电计测量所述待测电流值，当精密电容达到预定电压时，所述计时器开始计时；
步骤4，电压计测量所述精密电容的电压值为所述补偿电压；所述补偿电压源减小所述补偿电压值，形成电流对所述精密电容反向充电，所述静电计回零；
步骤5，所述补偿电压降为0，所述静电计指示上升到所述预定电压，所述计时器停止计时。
9.根据权利要求8所述的电离电流的检测方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括：接地开关闭合，所述精密电容放电。
10.根据权利要求8所述的电离电流的检测方法，其特征在于，所述补偿电压小于20V。
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