FI80804B - Anordning foer detektering av jonisationsnivaon i ett gasmedium. - Google Patents

Description

1 80804

Kaasuympäristön ionisaatiotason ilmaisin

Keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen kaasuympäristön ionisaatiotason ilmaisimeen.

Palon ioni-ilmaisimien käyttö on jo varsin yleistä näiden laitteiden erittäin hyvän vastenopeuden vuoksi ja siksi, että ne ovat varsin vähän herkkiä kaasujen haitalliselle vaikutukselle.

Koska jo tunnetut ioni-ilmaisimet muodostuvat kuitenkin pääasiassa kahdesta kammiosta, joista toinen on avoin ollakseen kosketuksessa valvottavaan ympäristöön ja toinen käytännöllisesti katsoen umpinainen ja siinä on vain hyvin pieni aukko, ja jotka molemmat vastaanottavat radioaktiivisen kappaleen säteilyn, on selvää, että niiden käyttö ei eräissä tapauksissa ole kovin suositeltavaa.

Kun kappale ionisoi molemmissa kammioissa olevan ilman tai väliaineen, todetaan tavallisesti, että johtavuus mittaus-elektrodien välissä on sama molemmissa kammioissa. Kuitenkin heti kun ympäröivässä ilmassa, jossa ilmaisin sijaitsee ja joka tunkeutuu avoimeen kammioon, tapahtuu ionisaatio- tai johtavuusmuutoksia kuten esimerkiksi tulipalon ilmetessä, tässä kammiossa olevien hiukkasten ja ionien välillä tapahtuu törmäyksiä, jotka aikaansaavat näin johtavuuden voimakkaan alenemisen, kun taas johtavuus umpinaisessa kammiossa pysyy käytännöllisesti katsoen muuttumattomana varsin pitkän ajan. Tämä johtavuuseron erittäin nopea ilmaisu antaa mahdollisuuden paljastaa muiden epäpuhtauslähteiden ilmenemisen.

Tällaisten laitteiden haitallisuus on eräillä teollisuudenaloilla kuten maataloudessa selvä, koska niiden käyttö mahdollistaisi sen, että radioaktiiviset hiukkaset saastuttaisivat elintarvikkeita, mikä aiheuttaisi vakavia vaaroja kuluttajille.

2 80804

Lisäksi riippumatta siitä, millä aloilla näitä laitteita käytetään, on välttämätöntä, että ne saadaan palon jälkeen talteen, mikä ei aina ole mahdollista, jolloin radioaktiivinen aine saattaa saastuttaa talousveden jakelujärjestelmän valuvien pintavesien kautta, jotka ovat olleet kosketuksessa laitteisiin joita ei ole saatu talteen.

Keksinnön tarkoituksena on eliminoida edellä mainitut ongelmat ja tämän saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

Tällä tavoin vältytään radioaktiivisten aineiden käyttämiseltä, kun kaksi erillistä kammiota, joiden tehtävänä on vertailla kahden hetkellisesti erillisen väliaineen johtavuutta, on korvattu yhdellä yksinkertaisella kammiolla.

Keksinnön eräs ominaispiirre on siinä, että se kompensoi ionien nopean häviämisen, joka aiheutuu niiden törmäämisestä johtavuudenmittauskammioon tunkeutuvan väliaineen hiukkasiin, takaisinkytkentäpiirin avulla, joka ohjaa hyvin lyhytaikaisen sähkövalokaaren kytkeytymistä.

Tämän ratkaisun etuna ei ole ainoastaan se, että mittaukset toistuvat ionien muodostumisen kautta, vaan myös se, että tuloksia verrataan valokaaren kahden uudelleenkytkeytymisen välillä, jotta saadaan poissuljetuksi mahdolliset ionityy-pit, joita muodostuu niiden liikkuvuuden pohjalta. Näin voidaan seurata jonkin tietyn ilmiön kehittymistä, esimerkiksi raskaiden tai kevyiden hiukkasten emissiofaasia, tulipalon aikana. Lisäksi kaaren ajoittaisen syttymisen, joka aiheuttaa ionisaation, seurauksena on, että laitteen toiminnan vaatiman energian kulutus supistuu huomattavasti.

3 80804

Ilmaisimen eräänä toisena tunnusmerkkinä on se, että siinä on johtavuuden kahden peräkkäisen mittauksen tulosten vertailu-piiri. Kun tämä piiri voi käsittää yksinkertaisia analogisia osia ja kaaren ohjauslaite voi tuottaa hyvin lyhytaikaisia, noin 100-500 nanosekunnin mittaisia, noin 6-12 000 V jännitteitä, virran ollessa noin 1 mikroampeeria, päästään tällä tavoin käyttämään erittäin heikkoja, noin 16 picowatin voimakkuuksia mittauskammion ionisaation aikaansaamiseksi, muiden piirien komponenttien kokonaiskulutuksen rajoittuessa esimerkiksi 20 mikro-wattiin.

Keksinnön muita tunnusmerkkejä ja etuja selvinnee seuraavasta selityksestä, jossa viitataan piirustuksiin, joissa esitetään keksintöä rajoittamattomina esimerkkeinä tämän keksinnön erästä suoritusmuotoa ja mittausten signaalinohjauksen muunnelmia.

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti laitetta ja sen piirejä.

Kuvio 2 on diagrammi, joka kuvaa sähkövalokaaren kytkeytymistä ohjaavan transistorin ohjausjännitteitä.

Kuvio 3 on esimerkki kaaren ohjausjännitteiden sarjasta ja johtavuuden vaihtelusta mittauselektrodien välillä.

Kuvio 4 on kaavakuva johtavuuden erään alenemisen ilmaisun merkin-antopiiristä.

Kuvio 5 on eräs muunnelma kuvion 4 mukaisesta laitteesta.

Kuvio 6 on kaavakuva sähkövalokaaren kytkennän ohjauslaitteen jännitteistä.

Kuvio 7 on eräs muunnelma kuvion 5 mukaisesta laitteesta ja kuvio 8 on esimerkki kuviossa 7 esitetyn merkinantolaitteen oh-j ausjännitteistä.

Kuviossa 1 kaavamaisesti esitetty ilmaisin käsittää olennaisesti yhden ainoan kammion 4, jonka aukon peittää ohut maadoitettu suojahila 5. Hilan avulla voidaan sulkea pois radiosähkölois-emissiot. Elektrodeihin ja joiden tehtävänä on aikaan saada sysäyksittäiset valokaaret, samoin kuin ilman johtavuuden mittauselektrodeihin E^ ja E^ tulee jännite muuntajan käämityksestä 7, jonka muuntajan ensiökäämitystä 8 ohjaa transistorin 4 80804 hila 9. Tämä portti on kytketty piirin 10 kautta elektrodien ja välissä olevan tilan johtavuuden mittauspiiriin.

Ensiökäämityksen 8 syöttö tapahtuu terminaalien 1 ja 2 avulla, jotka terminaalit on liitetty minkä tahansa syöttölaitteen napoihin, joka laite syöttää vastaavasti positiivisen, esimerkiksi +6V jännitteen terminaaliin 1 ja negatiivisen -6V jännitteen terminaaliin 2. Vertailujännite terminaalissa 3 voi olla +6V.

Kun transistorista ei tule virtaa, maadoitettu ja terminaaliin 1 vastuksen R^ kautta kytketty kondensaattori C-^ varautuu. Kun anodin 11 jännite kasvaa ja ylittää hilan 9 jännitteen, kondensaattori C·^ purkautuu transistorin Z^ kautta muuntajan ensiökäämityksen 8 läpi. Kun purkaus tapahtuu äärimmäisen lyhyessä ajassa, syntyy huomattava potentiaaliero toisiokäämityksen 7 navoissa, jotka on liitetty elektrodeihin ja E^, synnyttäen näin sähkövalokaaren näiden elektrodien väliin. Kammiossa 4 olevan : : kaasun ionisoitumisen kasvu lisää jännitteen nousua elektrodien ja E^ välissä aiheuttaen hilan 9 jännitteen nousun. Kun kondensaattori on juuri purkautunut, havaitaan, että hilan 9 jännite ylittää anodin 11 jännitteen erittäin lyhyessä ajassa, kondensaattorin purkautumisen aiheuttaessa sen, että Z^ katkaisee j välittömästi käämityksen 8 syötön.

Havaitaan, että heti kun kammio 4 on ionisoitunut, kondensaattori C2 varautuu tiettyyn arvoon ja että hetki, jolloin hilan 9 jännite ylittää anodin jännitteen, riippuu elektrodien E^ ja E^ välissä olevan tilan johtavuudesta sekä vastusten R2 ja arr voista. Seurauksena on, että jos ajan mittaan johtavuus vaihte-lee E^:n ja E^:n välillä ionien nopean häviämisen vuoksi, joka johtuu siitä, että kammioon 4 on tullut esimerkiksi tulipalon aikana emittoituneita hiukkasia, kaaren syttymistaajuus E^:n ja E2:n välissä kasvaa. Tällä tavoin saadaan kätevä laite kammiota 4 ympäröivän ilman saastumisen havaitsemiseksi.

Kuviossa 2 kuvataan viitemerkillä Vg hilan 9 jännitteen alenemisen käyrää, joka aleneminen aikaansaa Z^:n silmänräpäyksellisen konduktion, kun käyrän kuvaama anodin jännite ylittää hilan 5 80804 9 jänniteen Vn arvon V_ . Katodin 12 jännite V.^ kasvaa tällöin y ii xz äkkiä hetkessä t^ ja alenee sitten hetkeen t^ saakka. Kondensaattori varautuu uudelleen ja jakso alkaa alusta.

Kuviossa 3 on esitetty sähkövalokaaren ohjausimpulssien sarja, joka aikaansaa kammion 4 ionisoitumisen, samoin kuin johtavuus-käyrä 13 aikafunktiona määrätyn saastumisen ilmaisun aikana, joka saastuminen havaitaan myös elektrodien ja E2 välissä olevan valokaaren ohjausimpulssien taajuudesta. Kuvion 4 esittämä laite 30 voi laukaista minkälaisen tahansa hälytyssignaalin.

Se voi käsittää esimerkiksi tunnettua tyyppiä olevan, esimerkiksi merkillä Philips 555 kaupan olevan puuttuvan impulssin ilmaisupiirin, joka tarvitsee vain kytkeä kuviossa 1 kaavamaisesti esitettyihin osiin liittämällä ilmaisupiirin otto 25 kuvion 1 mukaisen piirin terminaaliin 3. Ilmaisulaitteen 30 antonapa 24 on kytketty mihin tahansa valittuun hälyttimeen 31, jolloin kun impulssien välit ovat kuviossa 3 esitetyn kaltaiset, ennen johtavuuden kasvua, piiri 30 antaa normaalin vasteen A:n ja B:n välillä.

Sitä vastoin kohtien B ja C välillä impulssien taajuuden kas-vu aiheuttaa lähtösignaalin ilmaisulaitteen 30 annossa 24. Liitäntä 32 hälytyslaitteeseen 31 kytkee siis minkä tahansa laitteen. Kytkentäsignaali kohdassa 24 katoaa vasta kun alkuperäinen taajuus palautuu kohtaan C.

Kuviossa 5 on esitetty merkinanto-ohjauspiirin eräs muunnelma.

. . Tässä muunnelmassa vastusten R£ ja liitoskohta on liitetty yhtäältä suoraan operaatiovahvistimen 15 negatiiviseen ottona-paan, toisaalta operaatiovahvistimen 15 positiiviseen ottonapaan piirin välityksellä, joka muodostuu diodista ja vastuksen R^ ... ja kondensaattorin muodostamasta viivelinjasta. Kuviossa 6 on esitetty johtavuuden alenemiskäyrä 16 normaalissa ympäristössä, jota ioni-ilmaisin valvoo, ja viitenumerolla 17 jännitteen alenemiskäyrä piirin R^, ottonavassa aikafunktiona, tämän piirin ollessa etukäteen säädetty niin, että käyrän 17 kuvaaman jännitteen arvo on joka hetki alempi kuin käyrän 16 kuvaamajänni-te. Käyrän 17 kuvaamajännite toimii vertailukynnyksenä ja tekee mahdolliseksi heti, kun hiukkaset tunkeutuvat kammioon 4 ja 6 80804 aikaansaavat ionien lukumäärän vähenemisen tilassa E^, E^, ohjata operaatiovahvistinta 15, liitoskohdan 14 jännitteen Vio käyrän aletessa nopeammin kuin piirin R^-C^· Vahvistimen 15 antojännitettä Vq voidaan käyttää minkä tahansa hälytyspii-rin, kuten esimerkiksi viitenumerolla 31 merkityn piirin ohjaamiseen .

Tämän erittäin yksinkertaisen merkinanto-ohjauspiirin etuna on se, että se on erittäin herkkä ja sopii erityisen hyvin sellaisten ympäristöjen valvontaan, joissa kosteus ja lämpötila pysyvät suhteellisen vakioina.

Mikäli valvottavassa tilassa voi tapahtua kosteus- ja lämpötilanvaihteluja, jotka vaikuttavat ionien liikkuvuuteen samoin kuin niiden häviämisnopeuteen, merkinanto-ohjauslaite voidaan korvata kuviossa 7 esitetyllä laitteella, jolla voidaan verrata liitoskohdassa 14 otettua jännitettä ennaltamäärätyn jakson T-^ jälkeen ionisoitumisen aikaansaavan valokaaren ohjauksen mukaan, tämän jännitteen aikaisemmin rekisteröityyn edelliseen arvoon.

Tätä tarkoitusta varten elektrodien ja välistä johtavuutta edustava jännite ohjataan impedanssimuuntajana toimivaan operaatiovahvistimeen 18, jolloin samaa jännitelähdettä käytetään MOS-tyyppisen transistorin 26 napaan 27, jonka transistorin anto on liitetty kohdassa 28 vahvistimen 20 negatiiviseen ottonapaan ja vastukseen R,..

Hila 29, joka ohjaa katkaisimena toimivan MOS-transistorin 26 johtumista on liitetty hidastuspiirin 23 johdon 32 kautta.

Tämä piiri aikaansaa kuviossa 8 esitetyn differentiaalipiirin R7 siirtämän signaalin siirtoviiveen T£. Tämä signaali lähtee vahvistimesta 19 piirin Cc, R, ja hidastuspiirin 22, joka bo antaa kuviossa 8 esitetyn viiveen T^, kautta.

Heti kun jännite V^q on suurempi kuin vahvistimen 19 ottoon 21 käytetty vertailuarvo, vahvistin siirtää negatiivisen impulssin 7 80804 piiriin 22 differentiaalipiirin CgRg kautta. Tämä impulssi puolestaan viivästyy ajalla .

Seurauksena on, että kun katkaisija MOS 26 syöttää jännitteen napaan 28 ja piiriin R^, C,., jos kondensaattorin jännite, joka edustaa entistä arvoa V^Q, kuvion 8 arvojen B ja C tapausta, on pienempi kuin uusi arvo V^Q, vahvistimen 20 antonapa 33 pysyy arvossa O.

Sitä vastoin kun C,-:n edustama jännitteen entinen arvo on suurempi kuin uusi, kuvion 8 arvojen B ja A tapaus, C,. rekisteröi uuden arvon ja vahvistimen 20 anto 33 antaa signaalin, joka siirtyy mihin tahansa hälytyslaitteeseen kuten esimerkiksi viitenumerolla 31 merkittyyn.

Näin on mahdollista analysoida tarkasti sekä ympäristön johtavuuden globaalit alenemisvaihtelut että ionien erilaisten liikkuvuuksien aiheuttamat vaihtelut.

Claims (7)

1. Kaaeuympäristön ionisaatiotason ilmaisin, jossa kahden elektrodin (Ej ja E25 välillä oleva sähkövalokaari saa aikaan valvotun kaaeuympäristön <4) ionisaation, tunnettu siitä, että toisen elektrodiparin (Eg, E4> välisen ympäristön johtavuuden arvo ohjaa ainakin yhtä takaisinkytkentäpiiriä (10), joka ilmaisee ionien vähenemismäärän ympäröivän ilman hiukkasten lukumäärän ja niiden liikkuvuuden vaihtelun funktiona, että ilmaisimessa on sähkövalokaaren ohjauspiiri (Cj, 10, 7, 8), joka antaa hyvin lyhytaikaisia noin 100-500 nano-sekunnin mittaisia 6-12 000 V:n jännitesykäyksiä, ja että mainittu takaisinkytkentäpiiri (10) on sijoitettu ympäristön johtavuuden mittauselektrodien (Eg, E^) ohjaukseen, joihin mainittuihin elektrodeihin syöttää jännitettä muuntajan toi-eiokäämitys (7), jonka muuntajan ensiökäämitys <8) on sijoitettu kondensaattorin (Cj) varausjännitteen ja takaisinkyt-kentäpiirin (10) antaman jännitteen ohjaukseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että sähkövalokaaren ohjauselektrodit (E^ ja Eg) on kytketty mainittuun muuntajan toisiokäämitykseen (7), jonka muuntajan eneiökäämityksen (8) herättää mittauselektrodien (Eg, E^) ohjaukseen asetetun kondensaattorin (Cj) purkaus.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi johtavuuden alenemisen merkin-antolaitteen (31), jota valvoo mainitun kondensaattorin (Cj) varaustaajuuden vaihtelun ilmaisin (30).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että sähkövalokaaren ohjauksen valvontapiiri (Z^) on liitetty puuttuvan impulssin ilmaisulaitteen (30) ottonapaan (25) . 9 80804

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että johtavuuden mittauselektrodien (Eg, E^) antama jännite on liitetty piiriin (R^, Cg), joka aikaansaa alenevan vaihtelevan jännitteen <17>, joka on pienempi kuin johtavuuden teoreettinen aleneva vaihtelujännite (16), joka vastaa ionisaation normaalia alenemista mainittujen elektrodien välissä, ionisaatiokammioon tunkeutuvien hiukkasten aikaansaaman ionisaation laskun ilmaisupiirin käsittäessä operaatio-vahvistimen (15), jonka ottonavat on liitetty yhtäältä mainittuun alenevan jännitteen kehittämiepiiriin (R4, Cg) ja toisaalta sähkövalokaaren takaisinkytkentäpiiriin (Zj).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että mittauselektrodien (Eg, E4) ohjaama takaisinkyt-kentäpiiri on sekin kytketty yhtäältä mittauselektrodien välissä esiintyvää johtavuutta edustavan arvon (Vjg) muistilaitteeseen (C5), toisaalta ohjauslaitteeseen (19), jonka anto on varustettu kahdella hidastuslaitteella (22 ja 23), jotka ohjaavat mainitun arvon (Vjg) pääsyä samalla kertaa sekä mainittuun muistiin (C^) että operaatiovahvistimeen (20), joka ohjaa mitä tahansa merkinantolaitetta (31).

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen ilmaisin, tunnettu siitä, että mittauselektrodien (Eg, E4) välistä johtavuutta edustavan arvon (V^g) mainittu pääsy käsittää MOS-transistorin (26), jota käytetään katkaisijana ja jota ohjaa operaatiovahvistin (19), joka saa yhtäältä vertailujännitteen (21) ja toisaalta sähkövalokaaren ohjaukseen (Zj) kytketyn takai-sinkytkentäpiirin mainitun jännitteen (V^g). Pftteptkrgv