DE10229233A1

DE10229233A1 - Ionenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE10229233A1
Application number: DE10229233A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Aiki; Wakao Sakamoto
Original assignee: Andes Electric Co Ltd
Current assignee: Andes Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2003-01-23
Also published as: CN1180252C; JP2003014694A; US20030006778A1; CN1397801A; US6768311B2; JP3525384B2

Abstract

Angestrebt wird die Bereitstellung einer Ionenmessvorrichtung, die genau und leicht sowohl Daten von positiven Ionen als auch Daten von negativen Ionen messen kann, wobei die Größe und Dicke der Messvorrichtung verringert werden soll. DOLLAR A Die Ionenmessvorrichtung (1) umfasst ein Ionennachweismittel, das eine Ladungssammelelektrode (2), die in einem Luftdurchgang (3) mit einem darin bereitgestellten Luftdurchleitungsteil (5) angeordnet und in der Lage ist, Ionen in Luft in dem Luftdurchgang zu sammeln, und Rückstoßelektroden (4), die so angeordnet sind, dass sie der Ladungssammelelektrode gegenüberliegen, ein Messrechenmittel (6) zur Durchführung von Rechenverarbeitung mit der Ladung an der Ladungssammelelektrode, um Daten zu erhalten, die die Zahlen der gemessenen positiven Ionen und negativen Ionen pro Zeiteinheit und Volumeneinheit wiedergeben, ein Aufladungsmittel (7), das ein Umschaltmittel (13) zum Umschalten der positiven und negativen Polaritäten der Aufladung der Rückstoßelektroden einschließt, so dass die Rückstoßelektroden auf die gleiche Polarität wie die Polarität der der Messung unterzogenen Ionen aufgeladen werden, und ein Entladungsmittel (8) zur Entladung der Ladungssammelelektroden in Zeitintervallen einschließt, die den Zeiten des Umschaltens durch die Umschaltmittel entsprechen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Ionenmessvorrichtungen zum Messen von positiven Ionen und negativen Ionen als geladene Gasmoleküle oder feine Partikel, die in Luft vorhanden sind.

Stand der Technik

Bislang hat sich die Aufmerksamkeit auf negative Ionen, die einen guten Einfluss auf den lebenden Körper ausüben können, wie gesundheitsfördernde Wirkung der Verhinderung der Oxidation des menschlichen Körpers, Wirkung des Erhalts der Frische von Nahrungsmittel und deodorierende Wirkung, und auch auf positive Ionen gerichtet, die entgegengesetzte Wirkung wie negative Ionen liefern, und es gibt verschiedene Typen von Ionenmessvorrichtungen zum Messen von negativen Ionen und/oder positiven Ionen.
Bei Ionenmessvorrichtungen des Standes der Technik sind jedoch unabhängig voneinander eine Messeinheit für positive Ionen zur Messung von positiven Ionen und eine Messeinheit für negative Ionen zum Messen negativer Ionen vorhanden, oder eine einzige Ionenmesseinheit weist unabhängige Messteile für negative Ionen und positive Ionen auf. Die Ionenmessvorrichtungen des Standes der Technik haben daher unvermeidlich große Abmessungen und sind teuer. Da Luftionen feine und hochentwickelte Messbedingungen benötigen, ist jedoch sehr zweifelhaft, dass Messwerte für positive und negative Ionien, die mit unterschiedlichen Messsystemen erhalten wurden, richtig miteinander korrelieren. Im Stand der Technik ist auch eine Ionenmessvorrichtung vorhanden, in der die Messungen an negativen Ionen und positiven Ionen mit einem einzigen System vorgenommen werden, indem von einem auf das andere umgeschaltet wird. In diesem Fall erfolgt das Umschalten der "negativen" und "positiven" Messungen jedoch manuell, und es ist erforderlich, einen Ladungssammler in einem Messteil immer dann manuell zu entladen, wenn die Umschaltung erfolgt. Der Betrieb ist daher mühsam, und die Messung erfordert viel Arbeit und Zeit.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung hat die Bereitstellung einer Ionenmessvorrichtung zur Aufgabe, die sowohl Daten von positiven Ionen als auch Daten von negativen Ionen genau und leicht messen kann und sich mit verringerter Größen- und Dickenstruktur herstellen lässt. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Ionenmessvorrichtung bereitgestellt, die ein Ionennachweismittel umfasst, das eine Ladungssammelelektrode, die in einem Luftdurchgang mit einem darin angeordneten Luftdurchgangsteil angeordnet und in der Lage ist, Ionen in Luft zu sammeln, und Rückstoßelektroden, die der Ladungssammelelektrode gegenüber angeordnet sind, ein Messrechenmittel zur Messung von Ladung an den Ladungssammelelektroden und Durchführung von Rechenverarbeitung mit der gemessenen Ladung, um Daten zu erhalten, die die Zahl der gemessenen positiven Ionen und negativen Ionen pro Zeiteinheit und Volumeneinheit wiedergeben, ein Aufladungsmittel, das ein Umschaltmittel zum Umschalten der positiven und negativen Polaritäten der Aufladung der Rückstoßelektroden einschließt, so dass die Rückstoßelektroden auf die gleiche Polarität wie die Polarität der der Messung unterzogenen Ionen aufgeladen werden, und ein Entladungsmittel zur Entladung der Ladungssammelelektrode in Zeitintervallen einschließt, die den Zeiten des Umschaltens durch die Umschaltmittel entsprechen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schemazeichnung, die eine Ionenmessvorrichtung zeigt.
Fig. 2 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Ladungssammelelektrode und eines Paares von Rückstoßelektroden in der erfindungsgemäßen Ionenmessvorrichtung.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die Konstruktionswerte der erfindungsgemäßen Ionenmessvorrichtung zeigt.
Fig. 4 ist eine Schemazeichnung zur Erläuterung eines Messrechenmittels in der erfindungsgemäßen Ionenmessvorrichtung.
Fig. 5 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Zeitdiagramms der Messung in der erfindungsgemäßen Ionenmessvorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist eine Schemazeichnung, die eine erfindungsgemäße Ionenmessvorrichtung 1 zeigt. Die dargestellte Ionenmessvorrichtung 1 umfasst eine Ladungssammelelektrode 2, die aufgeladen wird, wenn sie von Ionen in Luft getroffen wird. Ferner weist die Ionenmessvorrichtung 1 einen Luftdurchgang 3 auf, der die Ladungssammelelektrode 2 umgibt und Luft hindurchleitet. Darüber hinaus verfügt die Ionenmessvorrichtung 1 über eine Rückstoßelektrode 4, die in einem Abstand von der Ladungssammelelektrode 2 und an gegenüberliegenden Oberflächen der Ladungssammelelektrode 2 angeordnet ist, sowie ein Luftdurchleitungsteil 5, das einen motorgetriebenen Ventilator zum Leiten von Luft durch den Luftdurchgang 3 einschließt. Weiter sind ein Messrechenmittel 6 bzw. eine Steuer und Recheneinheit 6 zum Nachweisen und Durchführen von Berechnungen aufgrund der Ladung der aufgeladenen Ladungssammelelektrode 2, ein Aufladungsmittel 7 zum positiven oder negativen Aufladen der Rückstoßelektroden 4 und ein Entladungsmittel 8 vorgesehen, wobei das Entladungsmittel 8 einen Relaisumschalter einschließt, um es zu erden, damit eine Entladung der aufgeladenen Ladungssammelelektrode 2 herbeigeführt wird.
Fig. 2 illustriert die Funktion der Ladungssammelelektrode 2 und der Rückstoßelektroden 4 in der Ionenmessvorrichtung 1. Die Ionenmessvorrichtung 1 in dargestelltem Zustand dient zur Messung von negativen Ionen in Luft. Die Rückstoßelektroden 4 werden durch das Aufladungsmittel 7 bzw. die Spannungsquelle 7 negativ aufgeladen gehalten, und negative Ionen enthaltende Luft wird durch Rotation des Luftdurchleitungsmittels 5 mit festgelegter Geschwindigkeit in den Luftdurchgang 3 eingesogen. Da die Rückstoßelektroden 4 negativ aufgeladen sind, werden negative Ionen, die sich den Rückstoßelektroden 4 nähern, in Richtung auf die Ladungssammelelektrode 2 zurückgestoßen, treffen auf dieser auf und werden von ihr gesammelt. Positive Ionen in Luft werden andererseits von den Rückstoßelektroden 4 angezogen und neutralisiert.
Wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, wird die Ladung an der Ladungssammelelektrode 2, die durch Auftreffen von negativen Ionen aufgeladen worden ist, in einen Ionenspannungsdetektorverstärker 9 eingespeist und auch durch einen hohen Widerstand zu einem Rauschdetektorverstärker 10 geleitet. Um periodische und stationäre Rauschkomponenten (wie Brummgeräusche, usw.) abzuziehen, werden die beiden Verstärkerausgangssignale in einen Differentialverstärker 11 eingespeist. Die Ausgabe des Verstärkers 11 wird in einen Analog-zu-Digital-Konvertierungsschaltkreis 12 eingespeist, um in digitale Daten umgewandelt zu werden.
Luftionen werden infolge ihrer elektrischen Natur unter Einfluss des elektrischen Felds bewegt, und die Geschwindigkeit der Bewegung ist proportional zur Stärke des elektrischen Feldes. Die auf die elektrische Feldstärke (1 V/m) bezogene Bewegungsgeschwindigkeit wird als Mobilität bezeichnet. Die Mobilität von Luftionen wird durch das Verhältnis zwischen der Elektrizitätsmenge und der Masse der Ionen bestimmt. Ionen mit hoher Mobilität werden als kleine Ionen bezeichnet, und jene mit niedriger Mobilität werden als große Ionen bezeichnet. Die kleinen Ionen haben vermutlich einen positiven Einfluss auf den lebenden Körper, und sie resultieren aus der Aufladung von Gasmolekülen (wie Sauerstoffmolekülen). Positive Ionen haben üblicherweise eine Mobilität von 1,36 cm/s, während negative Ionen üblicherweise eine Mobilität von etwa 2,1 cm/s haben. Die großen Ionen resultieren aus dem Anhaften von Staubpartikeln oder anderen feinen Partikeln an kleinen Ionen oder Elektronen, und ihre Mobilität ist niedrig mit in etwa 0,005 bis 0,01 cm/s.
Die vorliegende Ausführungsform der Ionenmessvorrichtung 1 ist zur Messung kleiner Ionen vorgesehen. In Fig. 3 wird die Mobilität von kleinen Ionen so wie in der folgenden Gleichung (1) festgelegt. Gleichung (1)

wobei V die Luftdurchleitungsgeschwindigkeit ist, T der Abstand zwischen der Ladungssammelelektrode 2 und jeder Rückstoßelektrode 4 ist, L die Länge der Ladungssammelelektrode 2 ist und E das Potential an den Rückstoßelektroden 4 ist. Mit anderen Worten werden (mit Hilfe des Messrechenmittels 6 unter Berücksichtigung der Beziehung (1)) nur Ionen ausgewertet, deren Mobilität derjenigen von kleinen Ionen entspricht.
Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm zur Messung negativer und positiver Ionen in der Ionenmessvorrichtung 1 durch Umschalten der beiden Messungen von einer zu der anderen. Speziell werden die Messungen der Daten der negativen Ionen und positiven Ionen alternierend im Bereich von in etwa einer Sekunde umgeschaltet. In dem speziellen Verfahren wird die aufgeladene Ladungssammelelektrode 2 durch Erdung derselben (an die Vorrichtung Erde oder dergleichen) entladen, indem das Entladungsmittel 8 eingeschaltet wird, während die Rückstoßelektroden 4 auf negatives Potential aufgeladen werden, indem ein Umschaltmittel 13, d. h. ein (Relais) Umschalter, in dem Aufladungsmittel 7 auf die Spannungsversorgungsseite umgeschaltet wird. D. h. die Rückstoßelektroden 4 erhalten die gleiche (negative) Polarität wie die Polaritität der Ionen, die gemessen werden sollen.
Dann wird das Entladungsmittel 8 abgeschaltet, um mit der Ladungssammlung an der Ladungssammelelektrode 2 zu beginnen, während das Rauschpotential in Bezug auf das Erdungspotential der Vorrichtung ermittelt wird, indem die Ausgabe der Ladungssammelelektrode 2 durch den hohen Widerstand in den Rauschdetektorverstärker 10 eingespeist wird. Der Ionenspannungsdetektorverstärker 9 wandelt die Ladungsmenge an der Ladungssammelelektrode 2 in ein Spannungssignal um. Der Differentialverstärker 11 entfernt die Rauschkomponente als Ausgabe des Rauschdetektorverstärkers 10 von der Ausgabe des Verstärkers 9, und seine Ausgabe (die des Differentialverstärkers 11) wird in den Analog-zu- Digital-Konvertierungsschaltkreis 12 eingespeist, um dort als digitales Signal verarbeitet zu werden. Der Schaltkreis 12 gibt Daten aus, die die Anzahl der negativen Ionen pro Zeiteinheit und Volumeneinheit wiedergeben, wobei die Ausgabedaten in eine Anzeigeeinrichtung oder dergleichen eingespeist werden.
Wenn diese Messung für einen festgesetzten Zeitraum, beispielsweise eine Sekunde, abgelaufen ist, wird nachfolgend die Messung der Daten der positiven Ionen durchgeführt. Dazu wird die aufgeladene Ladungssammelelektrode 2 entladen, indem sie durch Einschalten des Entladungsmittels 8 geerdet wird, während die Rückstoßelektroden 4 auf positives Potential aufgeladen werden, indem das Umschaltmittel 13 des Aufladungsmittels 7 auf die positive Spannungsversorgungsseite umgeschaltet wird. Nachfolgend wird das Entladungsmittel 8 abgeschaltet, um mit der Ladungssammlung an der Ladungssammelelektrode 2 zu beginnen, während das Rauschpotential in Bezug auf das Erdungspotential der Vorrichtung ermittelt wird, indem die Ausgabe der Ladungssammelelektrode 2 durch den hohen Widerstand in den Rauschdetektorverstärker 10 eingespeist wird. Der Ionenspannungsdetektorverstärker 9 wandelt die Ladungsmenge an der Ladungssammelelektrode 2 in ein Spannungssignal um. Der Differentialverstärker 11 entfernt Rauschkomponenten als Ausgabe des Rauschdetektorverstärkers 10 von der Ausgabe des Verstärkers 9. Der Analog-zu-Digital- Konvertierungsschaltkreis 12 wandelt die Ausgabe aus dem Differentialverstärker 11 in digitale Signale um, die als Daten eingespeist werden, die die Anzahl der positiven Ionen pro Zeiteinheit und Volumeneinheit in der Anzeigeeinrichtung oder dergleichen wiedergeben. Wie gezeigt worden ist, können die Messungen der Daten der negativen Ionen und positiven Ionen automatisch alternierend in dem gleichen Messsystem umgeschaltet werden.
Wie zuvor beschrieben worden ist, werden bei der erfindungsgemäßen Ionenmessvorrichtung 1 die Messungen von sowohl den Daten der negativen Ionen als auch den Daten der positiven Ionen in demselben Messsystem vorgenommen. Es ist daher möglich, Datenmesswerte zu erhalten, die in ausreichendem Maße korrelierend, genau und zuverlässig sind. Da das Umschalten der Messungen der Daten der positiven Ionen und der negativen Ionen sowie das Entladen der Ladungssammelelektrode 2 zudem automatisch erfolgen, kann die Ionenmessung leicht ohne Beteiligung irgendwelcher mühseligen Verfahrensschritte erfolgen.
Da das Messrechenmittel 6 das Rechenverfahren zudem ausführt, indem Rauschdaten von den Ladungsmessdaten der Ladungssammelelektrode 2 entfernt werden, können genaue Ionenmessungen erhalten werden, die frei von Fehlererzeugung durch die Rauschkomponente sind.

Claims

1. Ionenmessvorrichtung (1), mit einem Ionennachweismittel, mit
einer Ladungssammelelektrode (2),
Rückstoßelektroden (4),
einem Messrechenmittel (6) und
einem Entladungsmittel (8), wobei die Rückstoßelektroden (4) jeweils auf die gleiche Polarität wie die der Messung unterzogenen Ionen aufgeladen werden, und wobei mit Hilfe des Entladungsmittels (8) die Ladungssammelelektrode (2) in Zeitintervallen entladen wird, welche Umschaltzeiten mit Hilfe des Umschaltmittels (13) entspricht.

2. Ionenmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungssammelelektrode (2) in einem Luftdurchgang (3) angeordnet ist und in der Luft befindliche Ionen in dem Luftdurchgang (3) sammelt.

3. Ionenmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstoßelektroden (4) gegenüberliegend im Vergleich zur Ladungssammelelektrode (2) angeordnet sind.

4. Ionenmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrechenmittel (6) zur Durchführung von Rechenverarbeitungsprozessen eingerichtet ist, um Daten zu erhalten, welche die Zahlen der gemessenen positiven und negativen Ionen wiedergeben.

5. Ionenmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladungsmittel (7) das Umschaltmittel (13) zum Umschalten der positiven und negativen Polaritäten zur Aufladung der Rückstoßelektroden (4) aufweist.

6. Ionenmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zahlendaten für die Anzahl an positiven und negativen Ionen automatisch aus alternativen Messungen von positiven und negativen Ladungsmengen an der Ladungssammelelektrode (2) berechnet werden.

7. Ionenmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrechenmittel (6) im Zuge der Rechenverarbeitung Rauschen- bzw. Untergrundsignale aus den Ladungsmessdaten seitens der Ladungssammelelektrode (2) mit Hilfe eines Differenzialverstärkers (11) entfernt.