FI89413C - Foerfarande och anordning foer att upptaecka smao gas- eller aongmaengder i gasblandningar - Google Patents

Description

1 89413

Menetelmä ja laite vähäisten kaasu- tai höyrymäärien havaitsemiseksi kaasuseoksissa. - Förfarande och anordninq för att upptäcka smä gas- eller ängmängder i gasblandningar.

Keksintö koskee vähäisten kaasu- tai höyrymäärien havaitsemista ilmassa tai muissa kaasuseoksissa käyttämällä ionisaatiomittaus-valokennoa, mikä on periaatteeltaan tunnettua julkaisusta US-A-4,119,851. Kyseisessä julkaisussa kuvattu mittausvalokenno sisältää kaasuvirtauksen suunnassa peräkkäin järjestetyn käynti- tai virtausvyöhykkeen tai rekombinaatiovyöhykkeen, jolloin kulkuvyö-hykkeestä myötävirtaan tai vastavirtaan järjestetyllä virtaus-alueella on vaatimuksen 1 johdanto-osassa kuvattu rakenne ja virtausvyöhykkeestä myötävirtaan järjestetty kaasuvirtauksen muodostava laite pumpun muodossa huolehtii jatkuvasta kaasuvirtauk-sesta mittausvalokennon läpi.

Tällaisten valokennojen avulla tapahtuvien mittausten fysikaalisia ja kemiallisia perusteita on kuvattu lähemmin painatteessa Scientific Honeyweller 3-1985 (lokakuu -85) artikkelissa "Ion-Mobility Spectroscopy" sivuilla 9-17. Tässä ionien liikkeiden spektroskopian tuntemassa menetelmässä ionit liikkuvat sähköstaattisen kentän vaikutuksesta kulkeuma-alueen läpi. Kentän tuottamiseksi säteilylähteen ja kollektorielektrodin välillä on kooltaan n. 2 kV jännite. Koska kevyet ionit vaeltavat nopeammin kuin raskaat, tietyllä hetkellä matkaan lähetetyt ionit saavuttavat molekyylipainostaan riippuen eri aikaan kollektorielektrodin. Aina kun ioni saavuttaa sen, syntyy lyhyt virran sykäys, jonka ajankohta riippuu siis kyseisen ionin massasta. Ionit voidaan näin ollen lajitella niiden massojen perusteella. Kulloisenkin purkausvirran voimakkuus vastaa tietyn massaisten ionien osuutta tiettynä ajankohtana matkaan lähetetystä ionipaketista. Tiettyjen ionien tunnistamiseksi tarvitaan siis ionivirran kulkuajan analyysi. Lisäksi kulkeuma-alueen pitää olla tarpeeksi pitkä, jotta eri massaiset ionit saapuvat kollektorielektrodille eri aikaan, ja niiden aiheuttamat virtapulssit voidaan erottaa toisistaan ja yksittäiset ioniryhmät tunnistaa.

2 89413

Keksinnön tehtävä on vähentää kaasu- tai höyrymäärien tunnistamisessa käytettävien laitteiden teknistä monimutkaisuutta luomalla mahdollisimman yksinkertainen ja tiivis, tarkoitukseen sopiva kaasun ilmaisin, jota voidaan siirtää, joka on nopeasti käyttövalmis ja joka on tukeva ja luotettava.

Tehtävä on ratkaistu vaatimuksessa 1 esitetyn ja muilla vaatimuksilla täsmennetyn ja kehitellyn menetelmän avulla. Kollekto-rielektrodin ja ionilähteen välillä ei tarvita suurjännitettä. Myöskään ei tarvita monimutkaista ja suhteellisen pitkää siirty-mäaluetta vaativaa kulkuajan analyysiä. Ilmaisin on sen vuoksi lyhyempi ja tiiviimpi. Analyysin sijasta käytetään hilan taajuudesta riippuvaa kollektorivirran mittausta. Keksinnön mukainen menetelmä perustuu tiedolle, että hilalangoilla olevan vaihtojännitteen taajuus määrää, mitkä ionit pääsevät hilan läpi kol-lektorielektrodille. Kun taajuutta muutetaan tietyn rajan yli, vaiheittain tai jatkuvasti, pääsee taajuudesta riippuen eri ionit hilan läpi. siitä riippuen, minkä kaasun ioneja seoksessa on, syntyy tai ei synny kulloiseenkin taajuuteen liittyvä tietyn kaasulajin aiheuttama kollektorivirta. Kun taajuutta viritettäessä saatua kollektorivirran käyrää verrataan muistissa olevaan kollektorivirran käyrään, voidaan todeta, mitä kaasulajeja tutkittu seos sisältää. Vertailu tehdään mikroprosessorilla automaattisesti ja digitaalisesti, joten tutkimusmenetelmän luotettavuus on korkea.

Uudella mittausmenetelmällä saavutettuja etuja tukevat ionisoi-tumisen mittausvalokennon ja siihen liittyvän tietojenkäsittely-piirin toteutukset, joita on kuvattu menetelmän toteuttavia laitteita kuvaavissa vaatimuksissa.

Keksintöä valaistaan seuraavassa piirroksissa esitetyn toteutus-esimerkin avulla, joissa kuvio l esittää uuden menetelmän vaikutuksen valaisemiseksi kahdenlaisten ionien normitetun kollektorivirran i = ίο suhteen hilataajuuteen f, -3- 39413 kuvio 2 esittää hilataajuudesta f riippuvan suodatetun ilman ja kahden ilma/kaasuseoksen kollektorivirran I sekä niistä saadut seosten tiheydestä riippuvat erotuskäyrät, kuvio 3 esittää kaavamaisesti raittausvalokennon rakenteen, ja kuvio 4 esittää valokennoon liittyvän tiedonkäsittelypiirin lohkokaavion.

Mittausvalokenno koostuu osapuilleen putken muotoisesta metal-likotelosta 1, jonka poistopuolta tiivistää laippa 2. Se kantaa puhaltimen 3, jonka avulla tunnistettavilla kaasuilla lisätyn ilman virtaus imaistaan sisään sisääntulosivun 4 aukoista 5. Kaasuvirta kulkee ensin mekaanisen suodattimen 6 läpi ja joutuu sitten seulamaiseen virtauksen jakajaan 7, joka tasoittaa virtauksen ja synnyttää pääasiassa laminaarisen kaasuvirran. Virran jakaja koostuu kahdesta peräkkäin kytketystä seulasta 7a ja 7b, jotka on sähköisesti liitetty toisiinsa. Ne on yhdessä liitetty galvaanisesti metallikoteloon 1 ja ne vievät sähköliitäntään 8, joka toimii lähde- tai emitteriliitäntänä. Kotelon 1 aluetta 9 ympäröi renkaan muotoinen kalvo 10, joka on päällystetty americium 21f1:llä. Se toimii säteilylähteenä kaasuvirran ionisoimises-sa. Kalvo 10 on metallivastakkeella 11, joka liittyy sähköä johtaen liitäntään 8, virtauksen jakajaan 7 ja koteloon 1. Näin toivotun eturaerkkiset ionit kaasuvirrasta voidaan keskittää ja saadaan suoja ulkoisia vaikutuksia vastaan. Välikappale 12 erottaa hoikista 11 sähköisesti hilan 13. Välikappale 12 on muovinen. Keraaminen holkki 14 pitää hilaa 13, joka koostuu rinnakkaisista langoista, jotka liittyvät toisiinsa sähköisesti vaihdellen.

Näin syntyy kaksi lankaryhmää, niin että vierekkäisiä hilalanko-ja voidaan aina varustaa eri sähköpotentiaalilla, joten ryhmien välille muodostuu sähköisen vaihtovirran kenttä.

Holkki 14 tai muovinen välikappale, esim. PTFErstä, erottaa sähköisesti hilasta 13 sitä seuraavan seulamaisen kollektorielekt-rodin 16. Se sijaitsee virtausalueen päässä ja liittyy kollekto-riliitäntään 17. Hilalankaryhmät on viety puolestaan hilan - 4 - B 9 413 liitäntöihin 18 ja 19. Kollektorielektrodi 16 on PTFE-holkilla 15, jonka vastapäisellä päätysivulla on toinen virtauksen jakaja 21, jonka avulla kaasuvirtaus pidetään laminaarina myös ulos-virtaussivulla, puhaltiraen 3 edessä. Puhallin 3 tuottaa kierros-luvun säätökytkennän avulla tasamuotoisen kaasuvirtauksen kotelon 1 läpi. Holkkeja 1 k ja 15, eristävää rengasta 12 sekä metal-livastaketta 11 ympäröi ainakin osittain muovikerros 23, joka samalla muodostaa välikappaleen 12 ja eristää mainitut osat sähköisesti metallikotelosta 1. Kollektorielektrodi 16 pidetään sitä seuraavalla vahvistinasteella viitejännite-energiassa. Ulosvirtaussivun 22 puoleinen virtauksen jakaja 21 liittyy kollek-torielektrodin 16 suojaamiseksi sähköisesti metallikoteloon 1.

Vaikutustavan valaisemiseksi oletettakoon ensiksi, että imupuo-lelta k mittausvalokennoon saapuva kaasuvirta on ilmaa, johon on sekoitettu ainoastaan yhtä kaasua. Tämä kaasuseos kulkee virtauksen rauhoituttua virtauksen jakajassa 7 säteilevän kalvon 10 ympäröimään tilaan 9, jossa ilma- ja tunnistettavan kaasun molekyylit ionisoidaan osittain suoraan, osittain epäsuorasti. Tämä tapahtuma .kuvataan alussa mainitussa artikkelissa yksityiskohtaisesti. Ilmamolekyylien massa on huomattavasti pienempi kuin tunnistettavan kaasun molekyylien. Kaasuvirta joutuu sitten hilalle 13, jonka langoilla on vaihdellen kaksi eri potentiaalia. Kummallekin hilalankaryhmälle johdetaan johtimien 18, 19 kautta saman taajuista, mutta vaiheeltaan 180° siirrettyä suorakulmaista jännitettä. Hilan 13 potentiaalin keskiarvo vastaa hilan kohdalla vallitsevaa, kollektorielektrodin 16 ja säteilylähteen 9, 11 välillä olevan tasavirtakentän potentiaalia. Yksittäisten hila-lankojen välillä vaikuttaa siis vaihtovirtakenttä, jonka suunta on poikittain kaasuvirran virtaussuuntaan nähden. Tämä poikit-taiskenttä pyrkii kääntämään ionit suunnastaan. Se onnistuu sitä helpommin, mitä pienempi ionien massa ja mitä matalampi vaihto-virtakentän taajuus. Raskaita ioneja on niiden massan takia vai-. keampi saada pois radaltaan kuin kevyitä ioneja. Kun hilapareilla vallitsee staattinen kenttä, osa radoiltaan suistetuista ioneista osuu hilalankoihin ja niiden varaus siirtyy Villalankoihin.

Jos taas vaihtovirtakentän taajuus on hyvin suuri, eivät edes -5- 8941 3 kevyet ionit, saati sitten raskaammat ionit pysty seuraamaan tämän nopeasti vaihtuvan kentän voimia, joten ne kulkevat kaikki radaltaan poikkeamatta hilan läpi. Mitä kevyempiä ovat ionisoitavat molekyylit .ja mitä matalampi taajuus, sitä useammat ionisoidut molekyylit luovuttavat varauksensa hilalle 13 ja jatkavat liikettään kaasuvirtauksen mukana sähköisesti neutraaleina koi- i lektorielektrodin 16 suuntaan, Kollektorille 16 ionisoituna tulevien molekyylien lukumäärä riippuu siis toisaalta näiden molekyylien massasta ja toisaalta hilalla 13 vallitsevan vaihtojännitteen taajuudesta. Tiettyjen ionien tunnistamisessa ja lajit-telemisessa tarvittavat molemmat kriteerit oyatkin siinä. Mitta-usvalokenno käyttää hyväkseen ilma- ja kaasuionien erilaista liikkuvuutta erotellessaan niitä.

Ns. kaasuvirtauksen liikkeelle saavan puhaltimen 3 ohella myös ionilähteen 9, 10 ja kollektorin 16 välillä oleva tasavirta-kenttä vaikuttaa periaatteessa ionien liikkumisnopeuteen. Tämän kentän voimakkuus on kuitenkin lähteen ja kollektorin välisen pienen, esim. 5 V jännitteen huomioon ottaen vähäinen, niin että sen vaikutus ionien kiihdyttäjänä voidaan jättää huomioimatta.

Se vaikuttaa kuitenkin metallikotelon 1 ja hilan 13 tai kotelon 1 ja kollektorin 16 välisen fokusoivan komponentin ansiosta vääränmerkkisten ionien leviämiseen. Koska tässä ei alussa kuvatun mittausvalokennon tapaan kulkuaikaa valikoida, eivät tällaiset heikon tasavirtakentän aiheuttamat kulkuajan muutokset ja heilahtelut vaikuta mittaustulokseen. Suurjännitteen tuottamisen poisjääminen sen sijaan on erityisesti kannettaville laitteille ja niiden käyttövarmuudelle erittäin edullista.

Kuten jo mainittiin, kulkevat käytännöllisesti katsoen kaikki ionit hilan 13 läpi siirtymättä radaltaan ja jatkavat kollektorille 16, kun hilavaihtojännitteen taajuus on hyvin suuri. Tällaisen korkean taajuuden vallitessa mitattu kollektorivirta on kaikkien kaasuvirrassa olevien ionien mitta ja samalla kaasu-virtauksen ja sen virtausnopeuden mitta. Tämä hyvin korkean taajuuden vallitessa mitattu kollektorivirta I voidaan näin ollen johtaa kierrosluvun säätimelle arvoksi, jonka se pitää puhaltimella kaasuvirran virtausnopeuden vakiona pitämiseksi.

- 6 - 8941 3

Toinen menetelmä kaasuvirtauksen nopeuden määrittämiseksi on mitata ionien kulkuaika hilan 13 ja kollektorielektrödin 16 välillä, joiden etäisyys tunnetaan. Etäisyydestä ja kulkuajasta voidaan laskea fiopeus. Tällöin edellytetään, että ottaen huomioon kollektorin ja hilan välisen heikon kentän kaasuvirtauksen nopeus eroaa vain epäoleellisen vähän ionien vaellusnopeudesta. Hilalla 13 suoritetaan hyppäyksenomainen taajuuden muutos, ja sen jälkeen mitataan aika, joka kuluu kunnes taajuuden muutos johtaa samanlaiseen hyppäyksenomaiseen muutokseen kollektorivirrassa. Koska jatkuvassa kaasuanalyysissä hilajännitteen taajuus muuttuu jak-sollisesti, voidaan tällaisella muutoksella mitata ionien kulkuaika ja samalla myös virtauksen nopeus joka jaksossa. Tämä arvo johdetaan sitten puhaltimen 3 kierrosluvun säätimelle.

Kuvio 1 esittää normitetun kollektorivirran i riippuvuuden taajuudesta f kaasuilla, joiden ionit liikkuvat eri tavoin. Normitettuna kollektorivirtana i on taajuudesta riippuen todella mitatun kollektorivirran suhde suurimpaan mahdolliseen kollekto-rivirtaan, joka esiintyy, kuten mainittiin, hyvin korkealla hilajännitteen taajuudella. Käyrä i2 saadaan kaasusta, jonka ionnen liikkuvuus on n.neljä kertaa niin suuri kuin käyrän i1 tuottavalla kaasulla. Ionien liikkuvuus voidaan esittää taajuutena, nimittäin taajuutena f0, jolloin ionivirta on puolet suurimmasta mahdollisesta arvostaan. Mittausvalokennon läpi virtaavan kaasu-määrän pysyessä vakiona fQ riippuu ionien nopeudesta ja hila-lankojen etäisyydestä. Koska jälkimmäinen pysyy samana, on f suorassa suhteessa ionien liikkuvuuteen. Esillä olevassa tapauksessa työskenneltiin hilalla, jonka rinnakkaiset langat olivat 0,08 mm paksuja ja olivat 0,4 mm etäisyydellä toisistaan. Nopeampien tai liikkuvampien ionien (f0 = 2 kHz) kollektorivirta i2 kohoaa taajuuden f kohotessa hitaammin kuin vähemmän liikkuvien ionien (fQ = 0,5 kHz) kollektorivirta ij. Liikkuvammat ionit voivat nimittäin hilalla 13 seurata vaihtovirtakenttää korkeampiin taajuuksiin. Suurin osa hitaamraista/vähemmän liikkuvista ioneista sen sijaan ei tällä taajuudella saavuta vaihtojännitteen puolijakson aikana viereistä hilalankaa, vaan joutuu kol-lektorille 16, jossa se tuottaa virtaa ja neutralisoitua Mo- - 7 - 8941 3 lemmat käyrät i^ ja i^ kulkevat siis tyypillisen normitetun kollektorivirran i tapaan taajuudesta ja ionien liikkuvuudesta riippuen. Näiden ominaisuuksien takia kuvattu mittausvalokenno on sopiva erottamaan erilaisia kaasuja taajuudesta riippuvan kollektorivirran perusteella. Jos nimittäin laitetaan muistiin tällaisia normitettuja, taajuudesta riippuvia kollektorivirran käyriä i^, jne., jotka kuvaavat tiettyjä kaasuja, ja tutkitaan sitten tuntematonta kaasuseosta vaihtelemalla hilalangoille johdetun vaihtojännitteen taajuutta joko portaattomasti tai vaiheittain ja mitataan samalla kollektorivirtaa aina taajuuden vaihtuessa sekä muutetaan se numeeriseen muotoon ja annetaan kulloisenkin taajuuden funktiona toiselle muistille, voidaan käyriä muistiin talletettuihin kaasujen tyypillisiin käyriin vertaamalla saada selville, mitä kaasua tutkittava kaasuvirta sisältää. Tällaisten numeerisesti talletettujen tietojen vertaaminen tapahtuu mikroprosessorilla, joka mitatun virta/taajuus-käyrän täsmätessä muistiin taulukon muodosssa talletetun tietylle kaasulle tyypillisen käyrän kanssa antaa tätä kaasua tai höyryä ilmaisevan merkin.

Usein ei ole tarpeen virittää koko taajuusaluetta, vaan voidaan työskennellä tietyillä valituilla tukitaajuuksilla. Ensin määritetään kollektorivirran kyllääntymisarvo IQ erittäin korkealla, esim. 15 kHz taajuudella. Tästä arvosta IQ voidaan, mahdollisesti joillakin tietyillä taajuuksilla tehtyjen mittauksien tukemana laskea tarvittava määrä taajuudesta riippuvia virran arvoja ilman virta/taajuuskäyrältä. Nämä arvot talletetaan viitearvoiksi muistiin. Tutkittaessa tuntematonta kaasua mainitut tukitaajuudet tuotetaan peräjälkeen ja kollektorivirta mitataan ja saatetaan digitaaliseen muotoon A/D -muuntimella. Taajuuksia vastaavat arvot joko talletetaan tai niitä verrataan online-käytössä suoraan ilman talletettuihin arvoihin. Tällä tavalla voidaan tunnistaa tietyille kaasuille tyypillisiä käyrän käyttäytymisiä ja ennalta määrättyjen keskittymisarvojen ylittyessä antaa hälytysmerkki.

’’ Kuvion 4 lohkokaaviossa mittausvalokenno 30 ja sen kaasun - 8 - 3941 3 sisääntulo 4, suodatin 6, puhallin 3 ja ilman poisto 31 on esitetty vain lohkona, koska tarkoituksena on tarkastella vain mittausvalokennon 30 ohjausta ja saatujen signaalien työstöä, Suorakulmaimpulssigeneraattori 32 tuottaa johtimille 18 ja 19 (vrt. kuvio 3) vastakkaisvaiheiset vaihtojännitesignaalit hilan 13 lankaryhmille. Näiden suorakulmaisten signaalien taajuutta voidaan muuttaa ohjauskytkennällä 33 portaattomasti tai vaiheittain mikroprosessorin 35 oh jaus johtimen J>L\ lähtösi gnaalia vastaten. Johtimen 17 kollektorivirta joutuu vahvistimeen 36 ja sieltä A/D -muuntimeen. Numeeriseksi muutettu signaali annetaan mikrotietokoneen 35 muistiin 38 ja sitä verrataan vertaa-jassa 39 toiseen muistiin 40 taulukon muodossa talletettuihin tietyille kaasuille tyypillisiin virta/taajuuskäyriin. Jos tällöin tunnistetaan esim. vaarallinen kaasu tai kaasukeskitty-mä, hälytyskytkentä 41 vapauttaa akustisen tai optisen hälytyslaitteen 42 ja/tai tunnistettu kaasu ja mahdollisesti havaittu -keskittymä ilmoitetaan optisesti näyttölaitteella 43. Lisäksi joko hälytyskytkentään 41 tai suoraan mikrotietokoneeseen 35 voidaan liittää rekisteröintilaite.

Mittausvalokennon 30 suurilla virtausnopeuksilla kollektorille 16 tulee aikayksikköä kohti enemmän ioneja kuin hitailla virtausnopeuksilla. Virtausnopeuden vaikutuksen poistamiseksi voidaan joko korjata kollektorivirtasignaalia virtausnopeuden mukaan tai pitää virtausnopeus samana. Virtausnopeuden mittaamiseen käy tavallinen mittauselin. Virtausnopeuteen vaikuttaminen tapahtuu puhaltimen 3 kierrosluvun avulla. Virtausnopeuden mittarin sijasta voidaan, kuten mainittu, myös turvautua itse kollektorivirtaan, nimittäin erittäin korkealla taajuudella esiintyvään kollektorivirtaan IQ. Hilataajuuden olleessa hyvin korkea, esim. 15 kHz, yksikään ioni ei osu hilaan, vaan ne vir-taavat kaikki kollektorille ja muodostavat sen kyllääntymis-virran IQ. Tämä on samalla myös virtausnopeuden mitta, jota voidaan käyttää kierrosluvun säätökytkennän 44 avulla puhaltimen 3 kierrosluvun ohjaamiseen. Yksinkertaisimmalla tavalla tämä tehdään niin, että muutetaan johtimella 45 puhaltimelle 3 johdettua jännitettä, sykäysvirta- tai vaihtovirtamoottorissa - 9 - 8941 3 herätejännitteen taajuutta. Kutakin virtausnopeuden pitoarvoa tai kollektorin kyllääntymisvirran pitoarvoa vastaavan signaalin säätökytkentä kk saa johtimella i+6 mikrotietokoneelta 35. Siellä se saadaan hyvin korkealla taajuudella tulevasta muuntimen 37 lähtösignaalista tai mittaamalla ionien kulkuaika hilan 13 ja kollektorin 16 välillä.

Edellä jo mainittiin, että kaasujen erottaminen ilmamolekyyleistä tapahtuu ionisoitujen molekyyliryhmien huomattavasti suuremman massan perusteella. Lähde- ja kollektorielektrodin välillä oleva kenttä määrää mitattavan ionien merkkisyyden. Kun mittausvalo-kennoon johdetaan pelkkää ilmaa, voidaan näin saaduilla mittaus-arvoilla testata siihen liittyvä tiedonkäsittelypiiri. Kollekto-rivirran riippuvuus ilman kosteudesta, jota syntyy kaasuseoksi-en ionisoituessa ja jolla on negatiivinen vaikutus kokonaisuuteen, voidaan ottaa huomioon joko kosteuden tuntoelimellä, jonka lähtösignaali joutuu mikrotietokoneeseen 35 ja tuottaa siellä absoluuttista ilman kosteutta vastaavan korjatun arvon, tai ilman kosteus pidetään sopivin keinoin vakiona mittausvalokennon sisääntulossa. Tämä voisi tapahtua esim. kosteuden poisto- tai kuumennuslaitteella. Samalla tavalla voidaan ottaa huomioon lämpötilan vaihtelun vaikutus mittaustulokseen. Vaikutus syntyy ionien liikkuvuuden kohotessa lämpötilan kohoamisen mukana. Lämpötilan tuntoelimen 25 lähtösignaali johdetaan mikrotietokoneelle 35, joka tuottaa siitä kollektorivirtasignaalille vastaavan korjausarvon, ts, nostaa muistissa olevaa viitekäyrää. Kuvatulla menetelmällä ja laitteella ei ainoastaan voida tunnistaa tiettyjä kaasuja, vaan myös niiden keskittymät voidaan todeta. Tätä selvitetään seuraavassa kuvion 2 avulla. Kuviosta 1 näkyi, että virta/taajuuskäyrän jyrkkyys muuttuu ionien liikkuvuuden mukaan lineaarisen kohoamisen alueella. Mittaamalla kollektorivirta kahdella ennalta annetulla tukitaajuudella saadaan selville käyrän kaltevuus. Kuvion 2 käyrä a esittää 11% suhteellista, kosteuttaa suodatetun ilman virta/taajuuskäyrän. Käyrä b lisättynä 0,050 ng/1 sariinia ja käyrä c lisättynä 0,106 Mg/1. Kun käytetään 312,5 Hz ja 1.250 Hz tukitaajuita, saadaan suodatetulle ilmalle jyrkkyys 3,28 pA/kHz, käyrälle b -ίο- 89413 k, 07 pA/kHz ja käyrälle c 5>18 pA/kHz, Selvittämällä käyrän jyrkkyys kahden tukitaajuuden välillä lineaarisella alueella voidaan siis myös saada selville kaasun määrä. Tämä voi tapahtua mikrotietokoneessa 35. Sen sijasta voidaan, kuten kuviossa 2 esitetään, myös laskea suodatetun ilman yhteen kaasuun sekoitetun - eri määriin tätä kaasua sekoitetun - ja pelkän ilman virta-arvojen ero, ts. arvot c-a ja b-a. Jos ennalta määrätty eron raja arvo jollakin taajuudella ylittyy, annetaan hälytys. Esitetyssä esimerkissä erokäyrä b-a on taajuudella f » 0,7 kHz arvon l, 0 pA alla, käyrä c-a taas on yli 2,0 pA. Laittamalla vastaavat tarkistuskäyrät muistiin ei voida ainoastaan määrittää ennalta annetun raja-arvon ylitystä, vaan myös määrän arvo itse.

Claims (10)

11 8941 3

1. Menetelmä vähäisten kaasu- tai höyrymäärien havaitsemiseksi ilmassa tai muissa kaasuseoksissa, missä kaasuseos a) virtaa jatkuvasti läpi kammion, jossa on virtausalue järjestettynä kammion sisääntulon (5) ja ulostulon (22) väliin; b) ionisoidaan virtausalueen sisääntulossa säteilylähteen (10) avulla; c) altistetaan virtausalueessa rinnakkaisista langoista koostuvan hilan (13) vaihtovirtakentälle, jolloin vierekkäisiin hilalankoihin johdetaan erilainen sähköpotentiaali ja jolloin taajuudeltaan asetettavissa oleva vaihtojännite johdetaan hilalankojen kahteen ryhmään; d) mitataan virtausalueen päähän järjestetyssä kollektorielektrodissa (16) muodostettu kollektorivirta; tunnettu siitä, että e) hilalankojen ryhmiin johdetun vaihtojännitteen taajuutta muutetaan jaksoittain joko portaattomasti tai vaiheittain ja samalla mitataan kollektorivirta (i) riippuvaisena hilajännit-teen taajuudesta (f), virta saatetaan digitaaliseen muotoon ja talletetaan muistiin (38) taajuuden funktiona; f) lisämuistiin (39) on talletettu taulukko, joka kuvaa eri kaasujen tai höyryjen kollektorivirran riippuvuutta taajuudesta; g) digitaalinen vertaaja (39), edullisesti mikrotietokone (35), vertaa mitattuja virta/taajuuskäyriä mainittuun taulukkoon talletettuihin käyriin ja mikäli mitattu käyrä on identtinen jonkin tallennetun käyrän kanssa vertaaja antaa tätä tiettyä talletettua käyrää vastaavalle kaasulle tai höyrylle tunnusomaisen indikaatiomerkin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ionien virtausnopeus mittauskennon läpi pidetään vakiona kaasuvirran synnyttävänä laitteena käytetyn puhaltimen (3) kierrosluvun säädön (44) avulla. 12 8941 3

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan huomattavasti käyttöalueen hilavaihtojännitteen taajuutta (f) korkeammalla mitattua, vain virtausnopeudesta riippuvaa kollektorivirta (I*,)-arvoa ja verrataan muistiin talletettuun pitoarvoon ja tästä vertailusta johdetaan kaasuvirran synnyttävän laitteen säätimen (44) säätöarvo (45).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus jakson aikana hilalla (13) suoritetaan hyppäyksenomainen taajuuden muutos, joka merkitsee ionien hilalta kollektorielektrodille (16) kulkemiseen tarvitseman ajan kuluttua kollektorivirran hyppäyksenomaista muutosta, jolloin ionien kulkuajasta ja hilan ja kollektorielektrodin tunnetusta etäisyydestä saadaan selville kaasuvirran virtausnopeus .

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molemmille hilalankaryhmille johdetaan samentaajuista, mutta vaiheeltaan 180* siirrettyä suorakulmaista jännitettä, ja että molempien hilalankaryhraien potentiaalin keskiarvo vastaa hilan (13) kohdalla vallitsevaa kollektorielektrodin (16) tuottaman sähkökentän potentiaalia.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että selvitettäessä todetun kaasun määrää hilavaihtojännitteen suuremmalla taajuudella mitattu kollektorivirran arvo vähennetään pienemmällä taajuudella mitatusta arvosta ja saatua virta/taajuuskäyrän jyrkkyyttä verrataan kyseisen kaasun taulukossa olevaan käyrän jyrkkyydestä riippuvaan arvoon.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että selvitettäessä todetun kaasun määrää tätä kaasua sisältämättömän kaasun, esim. ilman 13 8941 3 kollektorivirran arvo (a) vähennetään tätä kaasua sisältävän seoksen kollektorivirran arvosta (b) ja erotusta (b-a) verrataan tämän taajuuden (f) raja-arvoon.

8. Laite vähäisten kaasu- tai höyrymäärien havaitsemiseksi ilmassa tai muissa kaasuseoksissa vaatimuksen 1 tai jonkun sitä seuraavan vaatimuksen mukaisen menetelmän mukaisesti, joka laite sisältää: a) kammion, minkä läpi kaasuvirta virtaa; b) virtausalueen järjestettynä mainitun kammion sisääntulon (5) ja ulostulon (22) välille; c) ionisoivan säteilylähteen (10) sijoitettuna virtausalueen sisääntuloon; d) kollektorielektrodin (16) mainitun virtausalueen päässä; e) elimet (3) kehittämään jatkuva kaasuvirtaus mainitun virtausalueen läpi mainitulle kollektorielektrodille (16); f) hilan (13) järjestettynä mainittuun virtausalueeseen ja koostuen rinnakkaisista langoista, jolloin viereisiin hilalankoihin syötetään erilaiset sähköpotentiaalit ja vaihtojännite, jolla on säädettävissä oleva taajuus, johdetaan hilalankojen kahteen ryhmään; ja g) laitteen (35, 36, 37) mittaamaan kollektorivirtaa; tunnettu siitä, että h) kyseisen kahden hilalankaryhmän liitäntäosat (18,19) on liitetty suorakulmaimpulssigeneraattorin (32) lähtöihin, jonka generaattorin taajuutta voidaan ohjata digitaalisesti; i) kollektorielektrodi (16) on liitetty ensimmäiseen muistiin (38) A/D muuntimen (37) välityksellä; j) taulukko, joka kuvaa eri kaasujen tai höyryjen kollektorivirran riippuvuutta taajuudesta on talletettu lisämuistiin (39) ; k) digitaalisena vertaajana (39) oleva mikrotietokone (35) on kytkettävissä sisääntuloistaan kahteen muistiin (38,39) ja se vertaa ensimmäiseen muistiin (38) talletettuja mitattuja käyriä toiseen muistiin (39) talletettuihin vertailukäyriin ja 14 8 9 41 3 samanaikaisesti syöttää signaalin, joka ohjaa suorakulma-aaltogeneraattorin (32) taajuutta; 1. osoitin tai hälytyslaite (41-43) on liitetty mikrotietokoneen lähtöön ja se syöttää merkinantosignaalin, mikä karakterisoi tietyn kaasun tai höyryn mikäli mitattu käyrä vastaa mainittuun tiettyyn kaasuun tai höyryyn liittyvää käyrää mainitussa taulukossa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpötilasensori (25) on järjestetty kaasuvirtaan edullisesti virtausalueen ulostuloon, ja sensorin uloslähtö on liitetty mikrotietokoneeseen (35).

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauskennon sisääntulossa (5) on järjestettynä mekaaninen suodatin (6) ja virtausta tasaava virtauksenjakaja (7), mikä koostuu edullisesti kahdesta välin päässä toisistaan olevasta seulasta (7a,7b) ja/tai seulamainen virtauksenjakaja (21) on järjestetty virtausalueen ja kaasuvirtauksen synnyttävän laitteen (3) väliin. ,e B 9 41 3 lb