DE1648902C3

DE1648902C3 - ion chamber detector

Info

Publication number: DE1648902C3
Application number: DE19671648902
Authority: DE
Inventors: George Frank Scotia N.Y. Skala (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-08-31
Publication date: 1977-07-21

Description

1515th

Die Erfindung bezieht sich auf einen lonenkammerdetektor /um Nachweis kleinster, u>n einem Gasstrom mitgerissener Schwebeteilchen, der einen langgestreckten Behälter mit einem Misch- und lonisierungsabichnitt. in den der Gasstrom mi· den Schwebeteilchen cinleitbar ist und der eine Strahlungsquelle aufweist, und einem in axialer Richtung folgenden Detektorteil mit zwei Elektroden aufweist, an die /um Sammeln der Ionen in dem Gasstrom eine Spannung anlegbar ist. Ein derartiger lonenk.immerdetektor ist aus der DT-AS 10 89 NJ bekannt.The invention relates to an ion chamber detector / um detection of the smallest, u> n a gas flow entrained suspended particles, the one elongated Container with a mixing and ionizing section. into which the gas flow with the suspended particles can be directed and which has a radiation source, and has a detector part following in the axial direction with two electrodes to which / to collect the Ions in the gas stream a voltage can be applied. A such a lonenk.immerdetektor is from the DT-AS 10 89 NJ known.

Die Möglichkeit, in einem Gasstrom Schwebeteilchen nachweisen /u können, ist für viele industrielle und private Anwendungen wichtig, da man aufgrund dieser Möglichkeit Sieherheiis- und Warnvorrichtungen herstellen kann. Insbesondere sind Gerate /um Nachweis einer Luftverschmutzung sowohl im Haushalt als auch in der Industrie von beträchtlicher Bedeutung, da solche Gerate als Rauchmelder und Warnanlagen verwendet werden können. Leider sind nun viele der heute erhältlichen Nachweisgerate dieser Art teuer und schwierig zu betreiben und außerdem ist ihre Anzeige häufig falsch b/w. ungenau.The possibility of / u being able to detect suspended particles in a gas flow is for many industrial and private applications are important because of this Possibility to manufacture safety and warning devices can. In particular, devices are evidence of air pollution both in the household and of considerable importance in industry as such devices are used as smoke detectors and warning systems can be. Unfortunately, many of the detection devices of this type available today are now expensive and difficult to operate and also their display is often incorrect b / w. inaccurate.

Mit der Ionisationskammer gemäß der oben genannten DT-AS 10 84 mi soll erreicht werden, daß die Stärke des lonisationsstromes weitgehend konstant gehalten wird. Demzufolge ist im Inneren tier Kammer in Richtung der Gasströmung hinter der Anode ein Sperrguter angeordnet, dessen Potential niedriger als das Potential der Am.de mit Bezug auf die Spannung an der Kathode gewählt ist. Dabei kann der Abstand /wischen der Anode und dem Sperrgitter von außen eingestellt werden. Hierdurch wird jedoch nicht erreicht, daß eine vollständige Mischung des Gases und der Schwebeteilchen durchgeführt wird, und praktisch alle 'leuchen Ionen aufnehmen und mit diesen aus dem Gas und lonensirom austreten.With the ionization chamber according to the above DT-AS 10 84 mi should be achieved that the Strength of the ionization current is kept largely constant. As a result, there is an animal chamber inside in the direction of the gas flow behind the anode a bulky item is arranged, the potential of which is lower than the potential of Am.de with reference to the voltage the cathode is selected. The distance / wipe between the anode and the barrier can be seen from the outside can be set. However, this does not achieve a complete mixing of the gas and of suspended particles is carried out, and practically all of the 'glowing ions take up and with them out of the Gas and ion syrup escape.

Aus der US-PS Jl 78 ¹H(I ist es zwar bereits bekann·, schon vor dem eigentlichen Detektorteil eine Ionisierung durchzuführen. Hierdurch soll jedoch lediglich eine i>5 Gesehwindigkeitsfilterung i.k'r geladenen Teilchen vorgenommen werden. Deshalb werden die Teilchen im Di'iekiorteil erneut ionisiert.From US-PS Jl 78 ¹ H (I it is already known to carry out an ionization before the actual detector part. However, this is only intended to perform a speed filtering of charged particles ionized again in the Di'iekiorteil.

Weiterhin ist in der DT-PS 11 26 651 eine Ionisationskammer beschrieben, bei der eine radioaktive Strahlungsquelle an den Wandungen eines Hohlraumes angeordnet ist. Der gleiche Hohlraum dient jedoch der Mischung, Ionisation und Messung.Furthermore, in DT-PS 11 26 651 an ionization chamber described in which a radioactive radiation source on the walls of a cavity is arranged. However, the same cavity is used for mixing, ionization and measurement.

Schließlich ist aus der USPS 31 34 898 ein Gaschromatograph bekannt, der auch zur Messung von Luftverschmutzungen verwendet werden kann. Dieser Chromatograph weist in einem großen Gehäuse mit einer metallischen Oberfläche eine Elektronen erzeugende Zone, in der eine ultraviolette Lampe Photoelektronen durch Bestrahlung der metallischen Oberfläche erzeugt, und eine Ionisationskammer auf, die durch einen Abschnitt des Metallgehäuses und eine darin angeordnete langgestreckte Mittelelektrode gebildet ist.Finally, from USPS 31 34 898 a gas chromatograph is known which is also used to measure Air pollution can be used. This chromatograph has a large housing with a metallic surface an electron generating zone in which an ultraviolet lamp photoelectrons generated by irradiation of the metallic surface, and an ionization chamber on which through a portion of the metal shell and an elongated center electrode disposed therein is.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen einfach aufgebauten lonenkammerdetektor zu schaffen, bei dem eine räumliche Trennung zwischen dem Misch- und lonisierungsabschnitt einerseits und dem Detektorteil andererse ts besteht und der eine genaue, zur Menge der mitgerissenen Schwebeteilchen proportionale Anzeige liefert.The object on which the invention is based is therefore to provide a simply constructed To create ion chamber detector in which a spatial separation between the mixing and ionization section on the one hand and the detector part on the other hand and the exact one to the amount of entrained suspended particles provides a proportional display.

Diese Aufgabe wird bei einem lonenkammerdetektor der eingangs genannten λπ erfindungsgeniäll dadurch gelöst, daß der Misch- und lonisierungsabschnitt ein langgestrecktes Volumen besitzt, auf seiner Innenwand die Strahlungsquelle gleichförmig verteilt ist und an seinem Auslaßende durch einen Stopfen mit öffnungen vom Detektorteil abgetrennt ist. und daß in dem Detektorteil eine axial langgcsu eckte Mittelelektrode und eine diese umgebende >\ußcnclektrodc angeordnet sind.This task is performed with an ion chamber detector the λπ mentioned at the beginning of the invention solved that the mixing and ionization section one has elongated volume, on its inner wall the radiation source is uniformly distributed and on its outlet end is separated from the detector part by a plug with openings. and that in that Detector part has an axially elongated center electrode and a surrounding> \ ußcnclektrodc arranged are.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in dem langgestreckten Volumen des Misch- und loinsierungsabschniltes gemäß der Erfindung das Gas und die Schwebeteilchen gründlich gemischt werden, wobei praktisch alle Schwebeteilchen Ionen aufnehmen Da gleichzeitig für ein großes Verzögerungsvolumen und eine räumliche Abtrennung zwischen lonisierungs- und Deiekiorteil gesorgt ist. können sich diese Teilchen absetzen und vermindern dadurch den Ausgangsstrom des Detektors proportional zur Menge der anfangs vorhandenen Schwebeteilchen. Aufgrund der besonderen Gestaltung der Elektroden ist sichergestellt, daß alle nicht von Schwebeteilchen gebundenen Ionen von den Elektroden erfaßt werden, so daß ein eindeutiger Bezugsstrom festgelegt ist. Mit den beiden Elektroden kann ein Verstürkei und ein Schreiher oder eine andere Signaleinrichtung verbunden werden, um ein genau arbeitendes Nachweisgerat für Schwebeteilchen in Gasen zu erhalten.The advantages achieved by the invention are in particular that in the elongated Volume of the mixing and loosing section according to According to the invention, the gas and the suspended particles are thoroughly mixed, practically all of them Suspended particles absorb ions As at the same time for a large deceleration volume and a spatial one Separation between the ionization part and the deicer part is taken care of. these particles can settle and thereby reduce the output current of the detector proportional to the amount of suspended particles initially present. Due to the special design The electrodes ensure that all ions that are not bound by suspended particles are released from the electrodes can be detected so that a clear reference current is established. With the two electrodes a Amplitude and a Schreiher or other signaling device are connected to an exactly working detection device for suspended particles in To obtain gases.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels tier Erfindung naher erläutert.In the following the invention is based on the Description and drawing of an embodiment of the invention explained in more detail.

K 1 y. 1 ist ein Längsschnitt durch einen lonenkammer■ detektor.K 1 y. 1 is a longitudinal section through an ion chamber detector.

l^:ig. 2 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Nachweischarakteristik ties lonenkiimmeidetektors als l-'unktion des lonenkammerstroms und des Probenstroms in Abhängigkeil von tier Zeit.l ^: ig. 2 is a graph showing the detection characteristic of the ion chamber detector as a function of the ion chamber flow and the sample flow as a function of the time.

Der in E ig. 1 als Ausführiingsbeispiel gezeigte lonenkammerdetektor weist einen langgestreckten zylindrischen Körper 10 auf. der an seinen beiden Enden durch ILmsche Il und 12 verschlossen ist. Der Körper 10 kiitm auch andere .ils zvhndrische Ouerschniiislnr-The one in E ig. 1 shown as an exemplary embodiment Ion chamber detector has an elongated cylindrical body 10. the one at both ends is closed by ILmsche II and 12. The body 10 kiitm also other .ils interdental Ouerschniiislnr-

men haben. Der Flansch 11 ist mit einem Einlaßstut/en 13 versehen. Der Flansch 12 enthält dagegen eine Auslaßöffnung 14. Innerhalb des Volur-ens. das vom Körper 10 abgegrenzt ist, befindet sich ein langgestreckter Behälter 15, der ein Verzögerungsvolumen 18 bildet. Das Gas mit den Schwebeteilchen gelangt in dieses Verzögerungsvolumen 18. In dem Teil des lonenkammenietektors, der vom Behälter 15 gebildet ist, wird das einströmende Gas mit den Schwebeteilchenmen have. The flange 11 is provided with an inlet port / s 13 provided. The flange 12, on the other hand, contains an outlet opening 14. Within the volume. that from Body 10 is delimited, there is an elongated one Container 15 which forms a delay volume 18. The gas with the suspended particles gets into this delay volume 18. In that part of the ion chamber detector which is formed by the container 15 is the inflowing gas with the suspended particles

der so entstehenden geladenen Partikelchen niedriger ist, werden nur einige wenige dieser geladenen Schwebeteilchen in der lonenkammer gesammelt. Dadurch nimmt der Ausgangsstrom der lonenkammer ab. Diese Abnahme des lonenkammerstromes ist eine Funktion der Teilchenkonzentration und der Teilchengröße. Der lonenkammerdetektor nach F i g. I ist besonders in Verbindung mit einem wasserstoffgekühllen Generator anwendbar. Wenn man beispielsweisethe resulting charged particles are lower only a few of these charged suspended particles are collected in the ion chamber. As a result, the output current of the ion chamber decreases. This decrease in the ion chamber current is a Function of the particle concentration and the particle size. The ion chamber detector according to FIG. I is especially applicable in connection with a hydrogen-cooled generator. For example, if you

gründlich durchmischt, während das Gas von einer io solche Teile des Generators, die besonders heiß werden Strahlungsquelle 25 ionisiert wird, die innerhalb des können, mit einem verdampfbaren Material überzieht, Behälters 15 angeordnet ist. Das Ende des Behälters 15 kann man einen Teil des zur Kühlung verwendeten ist in der Nähe des Einlaßstutzens 13 durch einen Wasserstoffs durch den lonenkammerdetektor hin-Stopfen 16 verschlossen, der mit einem becherförmigen durchführen und dabei bestimmen, ob von diesem DiffuEionsprallblech 17 versehen ist. Das Prallblech 17 15 Überzug etwas verdampft ist oder nicht. Eine derartige dient dazu, die einströmende Luft mit den Schwebeteil- Anwendung des lonenkammerdetektors ist deswegen chert gründlich zu verwirbeln, wenn die Luft und die
Schwebeteilchen durch die öffnung 19 hindurch in das
Verzögerungsvolumen 18 eintreten. Thoroughly mixed while the gas is ionized by one of those parts of the generator that are particularly hot, radiation source 25, which can be covered with a vaporizable material, container 15. The end of the container 15 can be a part of the one used for cooling is closed in the vicinity of the inlet connection 13 by a hydrogen through the ion chamber detector 16, which is carried out with a cup-shaped and thereby determine whether this diffusion baffle 17 is provided. The baffle 17 15 coating has evaporated somewhat or not. Such serves the inflowing air with the application of the Schwebeteil- lonenkammerdetektors is therefore chert thoroughly fluidize when the air and the
Suspended particles through the opening 19 into the
Delay volume 18 occur.

Die innere Oberfläche des Behälters 15 in dem lonenkammerdetektor nach F1 g 1 ist mit der Strahlungsquelle 25 überzogen. Ks ist /war möglich, die Strahlungsquelle an einer Stelle /u konzentrieren. Ks ist jedoch günstiger, die Strahlungsquelle am gesamtenThe inner surface of the container 15 in the Ion chamber detector according to F1 g 1 is with the radiation source 25 plated. Ks is / was possible that Concentrate the radiation source in one place / u. Ks is but cheaper, the radiation source on the whole

Verzögerungsvolumen 18 entlang /u verteilen, so daß 25 Als Strahlungsquelle wurde ein x-Sirahler an den das ganze Gas vollständiger und gleichförmiger Wanden des Behälters 15 entlang \erteilt. Im vorliegen· bestrahl! werden kann. Versuche haben ergeben, il.ili den Heispiel war der χ Strahler Thorium 2 !2. das eine konzentrierte Strahlungsquelle /war auch auf vTeilchen mn einer Lnergie von 5.¹WMeV anstrahlt Ergebnisse fuhrt. Diese Ergebnisse sind jedoch weniger Die gesamte Aktivität des Ihoriums 2i2 betrug genau als diejenigen Ergebnisse, die man bei einer lungs 30 0. Jb Mierocane. Ls können jedoch auch andere der Achse des Behälters 15 gleichmäßig verteilten Strahlungsquelle!! verwendet werden.Distribute the delay volume 18 along / u, so that 25 As a radiation source, an x-ray beam was applied to which all the gas was distributed more completely and uniformly along the walls of the container 15 . In the present · irradiate! can be. Tests have shown that the example was the χ radiator Thorium 2! 2. the concentrated radiation source / was also on vTeilchen mn a Lnergie of 5. ¹ WMeV spotlighting results leads. These results, however, are less. The total activity of ihorium 2i2 was exactly than the results obtained with a lungs 30 0. Jb Mierocane. However, other radiation sources evenly distributed along the axis of the container 15 can also be used! be used.

besonders günstig, weil der Wasserstoff unter Ausnut zung des kleinen Druckunterschiedes innerhalb des Generators durch den Detektor hindurch und zurück /um Generator geführt werden kann, ohne dall zusätzliche Pumpen oder Gebläse notwendig sind. particularly favorable because the hydrogen can be conducted through the detector and back / to the generator using the small pressure difference within the generator without the need for additional pumps or fans.

Um die Arbeitsweise des lonenkammerdetektors darzustellen, wurde ein Detektor nach I 1 g 1 hergestellt, dessen Verzögerungsvolumen 18 1120 ecm betrugTo illustrate the mode of operation of the ion chamber detector, a detector according to I 1 g 1 was produced, whose delay volume was 18 1120 ecm

Strahlungsquelle erhält. Ein möglicher Grund hierfür liegt darin, daß die lonendichtc im (ias bei einer konzentrierten Stiahlungsquelle zu hoch wird.Radiation source receives. One possible reason for this lies in the fact that the ion density im (ias in a concentrated radiation source becomes too high.

Das Auslaßende des Vcr/ogerungsvolumens 18 isi durch einen Stopfen 26 mn Öffnungen 27 verschlossen, durch die das Gas in den eigenilk'.en Detcktorieil JO einströmt Der Detektorteil 30 weist eine Außenelcktro de Jl mit Öffnungen 27 auf. durch die der Gasstrom mitThe outlet end of the dispensing volume 18 is closed by a plug 26 mn openings 27 through which the gas in the Eigenilk'.en Detcktorieil JO flows in The detector part 30 has an outer lid de Jl with openings 27. through which the gas flow with

Um den Wirkungsgrad des lonenkammerdetektoi s zu untersuchen, wurden Versuche zur Bestimmung J··;· thermischen /erset/ungs und Dissoziationseigcnseh.i' ten verschiedener Kunststoffe in einer Wasserst«»:!.·! mosphare unternommen, eieren Druck bis / ; 4 Atmosphären betrug Die besondere Art di ■■ niei verwendeten Kunststoffes ist ohne Bedeutung, da die richtige Auswahl des Kunsisiolfes davon abhängt.To the efficiency of the Ionenkammerdetektoi s to investigate, attempts were made to determine J ··; · thermal replacement and dissociation properties different plastics in one water «»:!. ·! mosphare undertaken, eggs pressure up /; 4th Atmospheres The special kind di ■■ niei The plastic used is irrelevant because the correct selection of artificial golf depends on it.

den Schwebeteilchen in den Detektorteil 30 einströmen 40 welche Temperaturenipfindlichkeu angestrebt wird kann. Weiterhin sind eine Auslaßöffnung 32 und eine oder erforderlich ist. Die Kunststoffe wurden als Mittelelektrode 3.3 vorgesehen, die mit einer Span- Überzug auf einen Metallstreifen aufgebracht, der dann nungsquelle 34 verbunden sind. Wenn das Ga^-. zw ischcn
der Außenelektrode 31 und der Mittelelektrode JJthe suspended particles flow 40 into the detector part 30, which temperature sensitivity can be aimed for. Furthermore, an outlet port 32 and an or are required. The plastics were provided as a center electrode 3.3, which is applied with a chip coating to a metal strip, which is then connected to the voltage source 34. If the Ga ^- . between
of the outer electrode 31 and the center electrode JJ

hindurchgestromt ist. tritt es durch die Öffnung 35 und 45 stoff wurde über den gehei/ten Streifen geleitet, so daß durch die Auslaßöffnung 14 im Endflansch 12 wieder er das gesamte verdampfte oder lluchiigc Materialhas flowed through. it enters through the opening 35 and 45 fabric was passed over the strip so that through the outlet opening 14 in the end flange 12 he recovers all of the vaporized or lluchiigc material

in diein the

von einem Snom beheizt wurde, der durch den Metallstreifen hindurcligeschickt wurde Der Wasserwas heated by a Snom, which was through the Metal strips were sent through the water

undand

5050

nach außen aus.outward.

Die Außenelektrode 31 ist durch die Kabel 36 nut einem Verstärker oder einem Nachweisgerai verbunden, das ein nicht dargestelltes Elektrometer sein kannThe outer electrode 31 is groove through the cable 36 connected to an amplifier or a detection device, which can be an electrometer, not shown

Der lonenkammerdektor gemäß dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel macht von der Erscheinung Gebrauch, daß kleinste Teilchen, wie beispielsweise Schwebeteilchen, durch ihren Einfluß auf den AusgangsThe ion chamber detector according to the embodiment described makes use of the phenomenon that the smallest particles, such as Suspended particles, due to their influence on the output

strom einer lonenkammer nachgewiesen werden 55 f unktion der Materuilmenge können, in der die Kleinionen gesammelt werden, die bei
der Bestrahlung des die Schwebeteilchen enthaltenden
Gasstroms durch eine schwache Strahlungsquelle
entstehen. Wenn keine Schwebeteilchen vorhanden
sind, werden praktisch alle Ionen gesammelt, so daß der 60
lonenkaiiimersirom einen Maximalwert erreicht. Dieser
Maximalwert des lonenkammerstroms ist durch die
Starke der Strahlungsquelle und durch die lomsiei iiiis."«
eigenschaften des Ciasstronis bestimmt. Wenn iedoi h
Schweheieiichen vorhanden \nid. absorbieren sie einige hs
diese" Ionen D,- nur die schwebeteilchen wesentlich
großer als die Ionen sind '..iuuia daher die Beweglichkeitflow of an ion chamber can be detected 55 f unction of the amount of material in which the small ions are collected, which at
the irradiation of the particles containing the suspended particles
Gas flow through a weak source of radiation
develop. If there are no suspended particles
practically all ions are collected, so that the 60th
ionenkaiiimersirom reached a maximum value. This
The maximum value of the ion chamber current is through the
Strength of the radiation source and by the lomsiei iiiis. "«
characteristics of the Ciasstronis. If iedoi h
Secrets available \ nid. absorb some hs
these "ions D, - only the suspended particles are essential
bigger than the ions are '..iuuia hence the mobility

lonenkammer transportierentransport ion chamber

mitreißen
konntecarry away
could

I ig 2 zeigt den \ erlauf des lonenkanimersiroiiis in Abhängigkeit vondei /eil Die Kurve 40 in I 1 g 2 zeigt, wie der Strom durch den Metallteilen wahrend emu· /end.liier von Ib Minuten .iilm.itι!κh erhöht wurde Die Kurve 41 zeigt dagegen die \bnahni·.· des Ionen kcimmerstroms. die mit fortsein eilender /en und alsI ig 2 shows the course of the lonenkanimersiroiiis in The curve 40 in I 1 g 2 shows like the current through the metal parts during emu /end.liier was increased by Ib minutes .iilm.itι! κh The Curve 41, on the other hand, shows the \ bnahni ·. · Of the ion kcimmer current. those hurrying with continuation and as

.niitiii die von dem.niitiii those of the

überzogenen Metallstreifen wegdiliuiuln.it ist Man sieht, daß wahrend der ersten ν ler oder l'iint Minuten der loi.jnkammersirom etwa Minen Mavinulw er. hat. ».n anzeigt, daß tue während diesel /en in der l'robe herrschenden Temper.uuren so u
wenig oder gar kein Material v
verdampfte. Anschließend u.ihu
stron· iedoch merklich und laut
meh. thermisch erzeugte Sl Ii w
Wasserstoff mitgenommen uu
l'rohesireilen limwct/strointccoated metal strips wegdiliuiuln.it is one can see that during the first ν ler or l'iint minutes of the loi.jnkammersirom about mines Mavinulw er. has. ».N indicates that while they are in the robe, the temperature is so u
little or no material v
evaporated. Then u.ihu
but noticeable and loud
meh. thermally generated Sl Ii w
Hydrogen taken along
l'rohesireilen limwct / strointc

dall nuidall nui

ndnd

l· l'K'llk.l · l'K'llk. IHlIIIHlII K'!K '! abaway ■ir'■ ir ' . i. i eil,hurry, in ..in .. te'te '

Hierzu 2 Bia» /.cichnungenFor this purpose 2 drawings

Claims

Claim:

Ion chamber detector for detecting the smallest suspended particles entrained by a gas flow, which has an elongated container with a mixing and ionization section into which the gas flow with the suspended particles can be introduced and which has a radiation source, and a detector part with two electrodes following in the axial direction which a voltage can be applied to collect the ions in the gas stream, characterized in that the mixing and ionizing section (18) has an elongated volume, the radiation source (25) is uniformly distributed on its inner wall and at its outlet end by a plug (26 ) is separated from the detector part (30) with openings (27), and that an axially elongated central electrode (33) and an outer electrode (31) surrounding it are arranged in the detector part (30).