CN204789709U - 电离电流的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电离电流的测量装置。所述电离电流的测量装置包括：电离室，包括高压极和收集极，射线照射所述电离室时，电离室内部空气会被电离，由于高压极和收集极之间存在电压差，电离出来的离子向两极移动形成电流待测电流；运算放大器，所述运算放大器包括正向输入端、反向输入端和输出端；所述反向输入端与所述收集极相连接，所述正向输入端接地；标准电容，连接在所述反向输入端与输出端之间；静电计，一端连接输出端，另一端接地；计时器，与所述静电计相连接。本实用新型电离电流的检测装置，漏电量小，检测精度高。

Description

电离电流的测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种电离电流的测量装置。
背景技术
因为电离电流的大小非常小，只有pA量级。而现有的电离电流的测量装置和测量方法检测精度不高。
实用新型内容
本实用新型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，漏电量小，检测精度高。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种电离电流的测量装置，所述电离电流的测量装置包括：
电离室，包括高压极和收集极，射线照射所述电离室时，电离室内部空气会被电离，由于高压极和收集极之间存在电压差，电离出来的离子向两极移动形成电流待测电流；
运算放大器，所述运算放大器包括正向输入端、反向输入端和输出端；所述反向输入端与所述收集极相连接，所述正向输入端接地；
标准电容，连接在所述反向输入端与输出端之间；
静电计，一端连接输出端，另一端接地；
计时器，与所述静电计相连接；
射线照射所述电离室时，所述电离室产生待测电流为所述标准电容充电；所述计时器开始计时，所述静电计测量为第一电压V1，所述计时器达到计时值时，所述静电计测量值为第二电压V2；所述标准电容放电，所述待测电流I＝C(V2-V1)/Δt，其中，I为测量电流，C为所述标准电容的电容量，Δt为计时时间，V1为第一电压，V2为第二电压。
进一步的，所述电离电流的测量装置还包括：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，所述电离室、运算放大器、标准电容、静电计、计时器和高压源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和高压极的内外屏蔽层。
进一步的，所述标准电容为密封的干燥空气标准电容。
进一步的，所述标准电容放置于恒温恒湿且电磁屏蔽的干燥柜中。
本实用新型电离电流的检测装置，漏电量小，检测精度高。
附图说明
图1为本实用新型电离电流的测量装置的示意图；
图2为本实用新型电离电流的测量装置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，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型电离电流的测量装置的示意图，如图所示，本实用新型电离电流的测量装置包括：电离室1、运算放大器2、标准电容3、静电计4和计时器5。
电离室1包括高压极10和收集极11，射线照射高压极10时，收集极11产生待测电流；具体的，射线照射所述电离室1，电离室内部空气会被电离，由于高压极10和收集极11之间存在电压差，电离出来的离子向两极移动形成电流待测电流。运算放大器2，运算放大器包括正向输入端21、反向输入端22和输出端20；反向输入端22与收集极11相连接，正向输入端21接地。标准电容3连接在反向输入端22与输出端20之间。静电计4的一端连接输出端20，另一端接地。计时器5与静电计4相连接。
具体的，由于运算放大器的开环增益通常可取为105，相当于一个小的负压Pi加到反向输入端，则输出端将产生正的电压P0＝105Pi，因此，标准电容C两端电压为Pi+P0，此时开关S断开。当电离电流产生时，负电荷从电离室出来，输入电路产生一个负电压Pi，而输出端将产生P0＝105Pi的正压，由此，标准电容上的电压为P0+Pi，其电荷为C(P0+Pi)＝Q-CiPi，Ci为输入线路和地之间的分布电容。由于运算放大器的输入电阻非常高，使得经过运放的电流很小。开环增益非常大，则电离室收集到的电荷的值在数值上等于电容与输出电位的乘积。
再如图1所示，正向输入端21与反向输入端22连接有开关6。本实用新型还包括：高压源7，与高压极10相连接，为高压极10提供电压。
射线照射高压极时，收集极产生待测电流为标准电容充电；计时器开始计时，静电计测量为第一电压，计时器达到计时值时，静电计测量为第二电压；标准电容放电，待测电流I＝C(V2-V1)/Δt，其中，I为测量电流，C为标准电容的电容量，Δt为计时时间，V1为第一电压，V2为第二电压。
进一步的，电离室、运算放大器、标准电容、静电计、计时器和高压源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。标准电容为密封的干燥空气标准电容。标准电容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到十几pA，同时为了保证所有的测量结果都能够溯源至标准。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)本实用新型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，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)标准电容使用密封的干燥空气标准电容，主要为了满足高绝缘、和标准电容值稳定这两个要求。
为了保证标准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。采用干燥柜放置标准电容，标准电容在干燥柜内始终处于恒温恒湿的环境中，大大减小了标准电容带来的漏电，并且干燥柜的钢制全封闭结构给标准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为本实用新型电离电流的测量装置的检测方法的流程图，如图所示，本实用新型具体包括如下步骤：高增益负反馈放大器是测量电离室产生的小电流所用的静电计中使用的典型的运算放大器。这些放大器有高的输入阻抗，且输入端维持收集极几乎在地电位。
步骤101，射线照射高压极时，电离室的产生待测电流为标准电容充电；具体的，射线照射所述电离室时，电离室内部空气会被电离，由于高压极和收集极之间存在电压差，电离出来的离子向两极移动形成电流待测电流；
进一步的，步骤101之前还包括，开关关闭，标准电容放电。
具体的，开关S关闭时，标准电容C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(s)，即两次测量之间间隔至少几秒(s)，以保证电容器充分放电。
另外，还需要根据测量电流的大小设置合适的测量计时时间Δt。
步骤102，计时器开始计时，静电计测量为第一电压；
开关S打开时，标准电容开始充电，开关打开时有瞬间冲击电荷，为了避免冲击电荷对测量的影响，要求适当延时(例如几秒)后开始测量，计时器计时开始，(计时根据设置的Δt开始进行倒计时)，同时静电计测量此刻的第一电压(V1)。
步骤103，计时器达到计时值时，静电计测量为第二电压；
计时器倒计时结束时刻，再测量第二电压(V2)，开关S关闭。
步骤104，标准电容放电，测量电流I＝C(V2-V1)/Δt，其中，I为测量电流(单位pA)，C为标准电容的电容量(单位pF)，Δt为计时时间(单位为s)，V1为第一电压，V2为第二电压。
V2-V1＝ΔV，为时间间隔Δt测量的电压差，单位为V。
本实用新型电离电流的检测装置，漏电量小，检测精度高。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电离电流的测量装置，其特征在于，所述电离电流的测量装置包括：
电离室，包括高压极和收集极，射线照射所述电离室时，电离室内部空气被电离，由于高压极和收集极之间存在电压差，电离出来的离子向两极移动形成电流待测电流；
运算放大器，所述运算放大器包括正向输入端、反向输入端和输出端；所述反向输入端与所述收集极相连接，所述正向输入端接地；
标准电容，连接在所述反向输入端与输出端之间；
静电计，一端连接输出端，另一端接地；
计时器，与所述静电计相连接；
射线照射所述电离室时，所述电离室产生待测电流为所述标准电容充电；所述计时器开始计时，所述静电计测量为第一电压，所述计时器达到计时值时，所述静电计测量为第二电压；所述标准电容放电，所述待测电流I＝C(V2-V1)/Δt，其中，I为测量电流，C为所述标准电容的电容量，Δt为计时时间，V1为第一电压，V2为第二电压。
2.根据权利要求1所述的电离电流的测量装置，其特征在于，所述电离电流的测量装置还包括：高压源，与所述高压极相连接，为所述高压极提供电压。
3.根据权利要求2所述的电离电流的测量装置，其特征在于，所述电离室、运算放大器、标准电容、静电计、计时器和高压源之间通过连接线和连接器相连接。
4.根据权利要求3所述的电离电流的测量装置，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和高压极的内外屏蔽层。
5.根据权利要求1所述的电离电流的测量装置，其特征在于，所述标准电容为密封的干燥空气标准电容。
6.根据权利要求1所述的电离电流的测量装置，其特征在于，所述标准电容放置于恒温恒湿且电磁屏蔽的干燥柜中。
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