JP2001343360A - Measuring device for ion quantity in gas - Google Patents

Measuring device for ion quantity in gas

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JP2001343360A
JP2001343360A JP2000167413A JP2000167413A JP2001343360A JP 2001343360 A JP2001343360 A JP 2001343360A JP 2000167413 A JP2000167413 A JP 2000167413A JP 2000167413 A JP2000167413 A JP 2000167413A JP 2001343360 A JP2001343360 A JP 2001343360A
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泰宏 谷村
Yoshio Hanasato
善夫 花里
Noriaki Akoin
憲彰 安居院
Junichi Uno
淳一 宇野
Mikio Mori
美喜男 森
Shigeru Takasugi
茂 高杉
Yuji Kakegawa
勇二 掛川
Akihiko Taniya
明彦 谷屋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring device for ion quantity which can measure correctly the ion concentration in a gas to be measured containing some kinds of ions of different mobility without being affected by a surrounding noise or humidity and also can measure only the ion concentration of an ion having targeted polarity correctly excluding an ion having unwanted polarity. SOLUTION: This measuring device for ion quantity is provided with an ion converting electrode which removes the charge from ions existing in a gas, a supplying means for the gas to be measured which supplys a gas containing ions to the ion converting electrode, an electricity quantity processing part which process the quantity of electricity generated in the ion converting electrode, an electricity quantity measuring part which measures the quantity of the processed electricity, and an ion guiding means which returns the ions unable to be converted in the ion converting electrode back to the ion converting electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、空気などの雰囲
気中に存在しているイオンの濃度を計測するガス中イオ
ン量測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas ion amount measuring apparatus for measuring the concentration of ions existing in an atmosphere such as air.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガス中イオン濃度を測定する装置は、公
知であり、例えば、特開平6−194340号に示され
ている。この装置は、図19に示すように、被測定雰囲
気中に球形電極1を配置し、この球形電極1に衝突する
単位時間当たりのイオンの数をイオン電流として検出
し、演算増幅器でイオン電流を電圧に変換増幅して、電
圧としてイオン濃度を測定する方式が採用される。
2. Description of the Related Art An apparatus for measuring the ion concentration in a gas is well known, and is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-194340. In this apparatus, as shown in FIG. 19, a spherical electrode 1 is arranged in an atmosphere to be measured, the number of ions colliding with the spherical electrode 1 per unit time is detected as an ion current, and the ion current is detected by an operational amplifier. A method of converting and amplifying the voltage and measuring the ion concentration as the voltage is adopted.

【0003】イオンは、球形電極1に対しては、イオン
の方向にほとんど依存することなく、イオンの拡散によ
り、電荷を電極1に運び、それにより、イオン電流が流
れる。電極1が球形であるとき、この球形電極に吸収さ
れる正のイオンによる電流I+は、次式 I+=4πR・e・n+・κ+・C・U- により決定される。ここで、Rは球形電極の半径、eは
基本電荷、n+は正イオンの数、κ+は正イオンの移動
度、Cは環境に対する球形のキャパシタンス、U-はア
ース電位に対する球形の電圧(この場合は、負の電圧)
である。負のイオンによって生じる電流I-について
は、符号が逆になり、球形電極の電圧U+となる。
[0003] With respect to the spherical electrode 1, the ions carry charges to the electrode 1 by diffusion of the ions almost independently of the direction of the ions, whereby an ion current flows. When the electrode 1 is spherical, current I + is due to the positive ions are absorbed by the spherical electrodes, the following formula I + = 4πR · e · n + · κ + · C · U - is determined by. Where R is the radius of the spherical electrode, e is the basic charge, n + is the number of positive ions, κ + is the mobility of the positive ions, C is the spherical capacitance to the environment, and U - is the spherical voltage to earth potential ( In this case, a negative voltage)
It is. For the current I caused by the negative ions, the sign is reversed, resulting in a voltage U + at the spherical electrode.

【0004】この例では、電極1は、演算増幅器3の反
転入力に接続され、演算増幅器3の出力は、抵抗4を介
して該演算増幅器3の反転入力に負帰還されており、電
流/電圧変換器として働き、演算増幅器3の出力の交流
分は、抵抗4と並列接続されたコンデンサ5を介して、
負帰還されている。演算増幅器3の出力は、評価回路1
0に接続され、この評価回路10の出力は、ディスプレ
イ11と比較回路12と警報部13とに接続されてい
る。
In this example, the electrode 1 is connected to the inverting input of the operational amplifier 3, and the output of the operational amplifier 3 is negatively fed back to the inverting input of the operational amplifier 3 via the resistor 4. Acting as a converter, the AC component of the output of the operational amplifier 3 is passed through a capacitor 5 connected in parallel with the resistor 4 to
Negative feedback has been received. The output of the operational amplifier 3 is
The output of the evaluation circuit 10 is connected to a display 11, a comparison circuit 12, and an alarm unit 13.

【0005】演算増幅器3の非反転入力は、制御部9に
よって制御されるスイッチ8を介して、基準電位14
(接地電位)、正電圧源6又は負電圧源7に接続され、
電極は、それに応じて、接地電位、正電位、又は負電位
にバイアス設定され、電極1を通過して流れる空気など
の雰囲気中のイオンのうち、正負イオンの濃度、負のイ
オンのみの濃度、又は正のイオンのみの濃度を測定する
ことができる。これは、制御部9は、正または負の電圧
源6、7に選択的に接続するよう制御すると、正または
負の電圧が演算増幅器3の非反転入力に印加され、演算
増幅器の性質により電極1の電圧はこの正または負の電
圧に設定される。球形電極に設定された電位にイオンの
中で、それぞれ、負のイオン又は正のイオンのみが電極
1に衝突して、電荷を電極に渡すから、正負のイオンを
分別して濃度測定をすることができる。
The non-inverting input of the operational amplifier 3 is connected to a reference potential 14 via a switch 8 controlled by a control unit 9.
(Ground potential), connected to the positive voltage source 6 or the negative voltage source 7,
The electrodes are biased to a ground potential, a positive potential, or a negative potential accordingly, and the concentration of positive and negative ions, the concentration of only negative ions, Alternatively, the concentration of only positive ions can be measured. This is because, when the control unit 9 controls to selectively connect to the positive or negative voltage sources 6, 7, a positive or negative voltage is applied to the non-inverting input of the operational amplifier 3, and the electrode is changed depending on the characteristics of the operational amplifier. 1 is set to this positive or negative voltage. Of the ions at the potential set for the spherical electrode, only negative ions or positive ions respectively collide with the electrode 1 and pass the charge to the electrode, so that it is possible to separate the positive and negative ions and measure the concentration. it can.

【0006】上記した式から分かるように、電流は、気
体の速度に依存しない。センサを構成する電極1からス
イッチ2を介して流れる電流は、電流/電圧変換器とし
て機能する演算増幅器3及び抵抗4によって補償され、
該演算増幅器の出力電圧は、抵抗4と電極1からの入力
電流との積となる。電極1における電圧は、入力電流に
は依存せずに、常に演算増幅器3の非反転入力の印加電
位となる。
As can be seen from the above equation, the current does not depend on the velocity of the gas. The current flowing from the electrode 1 forming the sensor via the switch 2 is compensated by the operational amplifier 3 and the resistor 4 functioning as a current / voltage converter,
The output voltage of the operational amplifier is the product of the resistance 4 and the input current from the electrode 1. The voltage at the electrode 1 always becomes the applied potential of the non-inverting input of the operational amplifier 3 without depending on the input current.

【0007】この電流/電圧変換器は、コンデンサ5を
介しての負帰還により、低域通過特性を有し、電極1上
にたとえばイオン発生器によって生じる干渉は抑制され
る。このような電気的スプリアス信号は、低いセンサ・
キャパシタンスを介して、干渉電流として干渉源に結合
される。スプリアス交流電圧は、負帰還キャパシタンス
5に対する干渉源へのセンサ・キャパシタンスの比によ
って減衰され、演算増幅器3の出力に現れる。評価回路
10において、演算増幅器3によって供給される電圧が
一時的に記憶され、Rieckの式によって評価されて
存在するイオンの数が決定され、この決定されたイオン
の数がディスプレイ11上に表示される。
The current / voltage converter has a low-pass characteristic due to negative feedback via the capacitor 5, and interference caused on the electrode 1 by, for example, an ion generator is suppressed. Such electrical spurious signals are
Through the capacitance, it is coupled to the interference source as an interference current. The spurious AC voltage is attenuated by the ratio of the sensor capacitance to the interference source to the negative feedback capacitance 5 and appears at the output of the operational amplifier 3. In the evaluation circuit 10, the voltage supplied by the operational amplifier 3 is temporarily stored, evaluated by Rieck's equation to determine the number of existing ions, and the determined number of ions is displayed on the display 11. You.

【0008】他の先行技術の例として、特開平8−45
453号にガス中イオン量測定装置が開示されている。
図20は、この装置の概要を示すが、一定の間隔をもっ
て対向させた1対の電極板21a、21bには、正電圧お
よび負電圧が印加されており、電極板21a、1bとの間
には一定の電界を形成しておき、電極板の間にイオンを
含む被測定ガス24が供給される。電界により加速され
た正負のイオンが各電極に吸引されて衝突して、イオン
電流が流れ、この電流をそれぞれ測定することにより、
正イオンと負イオンのイオン量が測定できる。
Another example of the prior art is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45.
No. 453 discloses an apparatus for measuring the amount of ions in gas.
FIG. 20 shows the outline of this device. A positive voltage and a negative voltage are applied to a pair of electrode plates 21a and 21b opposed at a constant interval, and the pair of electrode plates 21a and 21b are applied between the electrode plates 21a and 1b. A predetermined electric field is formed, and a gas to be measured 24 containing ions is supplied between the electrode plates. Positive and negative ions accelerated by the electric field are attracted to each electrode and collide, and ion current flows, and by measuring this current respectively,
The amount of positive and negative ions can be measured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の球形電極を利用
する従来のガス中イオン量測定装置は、ガス中に、移動
度が異なるイオンが数種類含まれているときには、ガス
中のイオン濃度に誤差を生じ、移動度が小さいイオンほ
ど、捕集効率が低くなる。
The conventional ion measuring apparatus in gas using the above-mentioned spherical electrode has an error in the ion concentration in the gas when the gas contains several kinds of ions having different mobilities. And the lower the mobility, the lower the collection efficiency.

【0010】また、一対の対向電極を利用する上記の測
定装置は、高い効率でイオンを電極に衝突させるには、
できるだけ電極間の電界強度を強くする必要があるが、
電極間距離を短くすると電極間を流れるガスの圧力損失
が大きくなり、イオンを含有したガスを、電極間に効率
よく供給できなかった。他方、電極間距離を大きくする
と、電極に印加する電圧を高くしなければならない。さ
らにまた、従来のガス中イオン量測定装置では、イオン
が変換した微小電流を測定する場合に、周囲のノイズや
湿度の影響を受けて、微小電流を正確に測定できないと
いった問題があった。
In addition, the above-described measuring apparatus using a pair of opposed electrodes requires the ion to collide with the electrodes with high efficiency.
It is necessary to increase the electric field strength between the electrodes as much as possible,
If the distance between the electrodes is shortened, the pressure loss of the gas flowing between the electrodes increases, and the gas containing ions cannot be efficiently supplied between the electrodes. On the other hand, when the distance between the electrodes is increased, the voltage applied to the electrodes must be increased. Furthermore, in the conventional apparatus for measuring the amount of ions in gas, when measuring a minute current converted by ions, there is a problem that the minute current cannot be accurately measured due to the influence of ambient noise and humidity.

【0011】この発明は、上記のような問題に鑑み、被
測定ガス中のイオンを効率よく捕集することができ、イ
オンが変換してできた電流の量を正確に測定することが
できるガス中イオン量測定装置およびガス中イオン量測
定方法を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a gas capable of efficiently collecting ions in a gas to be measured and accurately measuring the amount of current generated by converting the ions. It is an object of the present invention to obtain a medium ion amount measuring device and a gas ion amount measuring method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるガス中イ
オン量測定装置は、ガス中に存在するイオンから電荷を
取り除くイオン変換電極と、このイオン変換電極にイオ
ンを含んだガスを供給する被測定ガス供給手段と、この
イオン変換電極において発生した電気量を処理する電気
量処理部と、処理した電気量の大きさを測定する電気量
測定部とから構成されるようにしたものである。
According to the present invention, there is provided an apparatus for measuring the amount of ions in a gas, comprising: an ion conversion electrode for removing charges from ions present in the gas; It comprises a measuring gas supply means, an electric quantity processing section for processing the electric quantity generated in the ion conversion electrode, and an electric quantity measuring section for measuring the magnitude of the processed electric quantity.

【0013】即ち、本発明の装置は、雰囲気ガス流を形
成する風胴内に、被測定ガス中に存在するイオンの電荷
を受けるイオン変換電極と、イオン変換電極に該ガスを
供給するガス供給手段とが、配置されて、ガス供給手段
により風胴内に採りこんだガスをイオン変換電極に接触
させて、イオンの電荷を電流として電気量処理部に入力
し、イオン電荷量の比例する電気信号として出力するも
のである。
That is, the apparatus of the present invention comprises an ion conversion electrode for receiving charges of ions present in a gas to be measured in a wind tunnel forming an atmosphere gas flow, and a gas supply for supplying the gas to the ion conversion electrode. Means are arranged, the gas taken into the wind tunnel by the gas supply means is brought into contact with the ion conversion electrode, and the electric charge of the ions is input as a current to the electric quantity processing unit, and the electric charge proportional to the ion electric charge amount is provided. It is output as a signal.

【0014】本発明においては、イオン変換電極に、風
胴中に配置されてガスの流通可能な金属性多孔体が利用
でき、さらに、好ましくは、金属性多孔体に金属網体が
使用される。
In the present invention, a metal porous body disposed in a wind tunnel and through which gas can flow can be used for the ion conversion electrode, and more preferably, a metal net is used for the metal porous body. .

【0015】本発明の電気量処理部には、電気量を電圧
信号に変換する電流−電圧変換回路と、電圧信号のノイ
ズ除去フィルタ回路とを含むものが好ましく、これによ
り、不要な雑音信号を除去して、電圧信号が得られる。
The electric quantity processing section of the present invention preferably includes a current-voltage conversion circuit for converting an electric quantity into a voltage signal, and a noise removal filter circuit for the voltage signal. After removal, a voltage signal is obtained.

【0016】風胴には、少なくとも内面が電気絶縁体で
構成され、これにより、風胴気流中のイオンの消耗を防
ぎ、測定精度の低下を防止することができる。風胴は、
さらに、導電体で構成されてもよく、この場合には、風
胴が接地に対して電気的に絶縁されているものが採用で
きる。
[0016] At least the inner surface of the wind tunnel is formed of an electrical insulator, thereby preventing consumption of ions in the wind tunnel air flow and preventing a decrease in measurement accuracy. The wind tunnel
Further, it may be made of a conductor, and in this case, a wind tunnel in which the wind tunnel is electrically insulated from the ground can be employed.

【0017】本発明の測定装置において、イオン変換電
極は、風胴に対して絶縁支持体を介して、絶縁的に支持
されているのが好ましい。さらに、イオン変換電極の基
準電位を任意に変更できる電位調節手段を設けるのが好
ましい。この基準電位を接地電位(或いは、空間電位)
より正又は負の電位に設定することにより、イオン変換
電極には、それぞれ、負のイオン又は正のイオンのみが
選択的に電荷を渡し、その電気量からその極性のイオン
濃度を測定することができる。
In the measuring device of the present invention, it is preferable that the ion conversion electrode is insulated from the wind tunnel via an insulating support. Further, it is preferable to provide a potential adjusting means capable of arbitrarily changing the reference potential of the ion conversion electrode. This reference potential is ground potential (or space potential)
By setting to a more positive or negative potential, only negative ions or positive ions can selectively pass charges to the ion conversion electrode, respectively, and the ion concentration of that polarity can be measured from the amount of electricity. it can.

【0018】この場合に、イオン変換電極が、電流−電
圧変換回路の差動演算器の反転入力に接続され、上記の
電位調整手段には、電流−電圧変換回路の差動演算器の
非反転入力に接続した正電位と負電位とに切り替え可能
な直流電源回路が利用できる。
In this case, the ion conversion electrode is connected to the inverting input of the differential operation unit of the current-voltage conversion circuit, and the potential adjusting means is connected to the non-inversion of the differential operation unit of the current-voltage conversion circuit. A DC power supply circuit that can be switched between a positive potential and a negative potential connected to the input can be used.

【0019】本発明は、風胴内の気流中のイオンをイオ
ン変換電極に誘導するイオン誘導手段を風胴内に配置し
たものが採用できる。イオン誘導手段は、イオン変換電
極で電荷を渡さずに通過して、測定誤差が生じるのを防
止するものであり、イオン誘導手段は、気流中に配置さ
れた金属導体であり、金属導体には直流電圧を印加する
直流電源を含んでいる。イオン誘導手段には、イオン変
換電極の下流側に配置したイオン反発電極と、上流側に
配置したイオン誘導電極とが利用でき、何れも、被測定
イオンの電荷とは同じ極性の電位が付与される。
According to the present invention, an ion guiding means for guiding ions in the airflow in the wind tunnel to the ion conversion electrode can be employed in the wind tunnel. The ion inducing means is a means for preventing a measurement error from passing through the ion conversion electrode without passing an electric charge, and the ion inducing means is a metal conductor arranged in an air flow. A DC power supply for applying a DC voltage is included. As the ion inducing means, an ion repelling electrode arranged on the downstream side of the ion conversion electrode and an ion inducing electrode arranged on the upstream side can be used, and both have a potential of the same polarity as the charge of the ion to be measured. You.

【0020】イオン反発電極には、金属網体が好まし
く、後方に配置され、イオン変換電極を通過した被測定
イオンを、上流側に反発させて、イオン変換電極での捕
獲の効率を高める。他方のイオン誘導電極は、開口面積
比80%以上を有する金属導体が利用でき、通過中の被
測定イオンをイオン変換電極に収束させ、捕獲効率を高
める。
The ion repelling electrode is preferably a metal mesh, and is disposed at the rear. The ions to be measured that have passed through the ion conversion electrode are repelled to the upstream side to increase the efficiency of capture at the ion conversion electrode. As the other ion induction electrode, a metal conductor having an opening area ratio of 80% or more can be used, and the ions to be measured passing through are converged on the ion conversion electrode to increase the capture efficiency.

【0021】イオン変換電極が、ガス吸引可能な開口部
を有する風胴中に気流方向に配置された1つ又は2つ以
上の導線が利用でき、このとき、各導線周りには両端開
口の金属導管をガス流通可能に配置して被測定イオン電
荷と反対の極性の電位を印加する測定装置も利用可能で
ある。直流電位が印加された金属導管は、イオン反発電
極ないし誘導電極として作用し、目的イオンを導線、即
ち、金属線に捕獲させて、イオン電流を検出するもので
ある。
One or two or more conductors can be used in which the ion conversion electrode is arranged in the airflow direction in a wind tunnel having an opening through which gas can be sucked. A measuring device in which a conduit is arranged so as to allow gas flow and a potential having a polarity opposite to the ionic charge to be measured is applied can also be used. The metal conduit to which the DC potential is applied acts as an ion repulsion electrode or an induction electrode, and captures a target ion in a conducting wire, that is, a metal wire, and detects an ion current.

【0022】本発明においては、ガス供給手段が、イオ
ン変換電極に対して下流側に配置された吸引ファンであ
るのが好ましい。特に、ファンを駆動するモータに直流
モータを採用して、回転速度の安定化を図り、被測定ガ
スの吸引速度を一定にして、測定精度を高める。
In the present invention, the gas supply means is preferably a suction fan disposed downstream of the ion conversion electrode. In particular, a DC motor is employed as a motor for driving the fan, thereby stabilizing the rotational speed, making the suction speed of the gas to be measured constant, and improving the measurement accuracy.

【0023】風胴の開口部が、イオン変換電極の配置位
置の風胴径よりも拡径されて、層流での入力量を高める
ことが好ましい。逆に、風胴の開口部が、イオン変換部
位置の風胴径よりも縮径されて、イオン変換電極付近で
の流速を下げ、これにより、イオンの捕獲効率を高め
て、測定感度を高めることができる。
It is preferable that the diameter of the opening of the wind tunnel is larger than the diameter of the wind tunnel at the position where the ion conversion electrode is disposed, so that the input amount in the laminar flow is increased. Conversely, the opening of the wind tunnel is smaller than the diameter of the wind tunnel at the position of the ion converter, reducing the flow velocity near the ion conversion electrode, thereby increasing the ion capture efficiency and increasing the measurement sensitivity. be able to.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態1.図1において、この実施形態では、イオ
ン変換電極に、金網を使用したイオン交換電極31を利
用する例であるが、イオン交換電極31は、これにイオ
ンを含有する被測定ガス24を導くための風胴32内に
配置され、風胴32内には、イオン交換電極31に被測
定ガス24を供給するための被測定ガス供給手段33、
即ち、送風機が配置されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. In FIG. 1, this embodiment is an example in which an ion exchange electrode 31 using a wire mesh is used as an ion conversion electrode. The ion exchange electrode 31 is used to guide a gas to be measured 24 containing ions therein. A measured gas supply unit 33 for supplying the measured gas 24 to the ion exchange electrode 31 is disposed in the wind tunnel 32,
That is, a blower is arranged.

【0025】イオン交換電極31は、適当な流通孔を有
する金属網体が利用される。金属網体は、適当な網目を
形成して金属線又は帯が織成又は編成された網体や、打
ち抜き多孔の金属板も含む。ここでは、金属線を平織り
にした金網が利用されている。イオン交換電極31の外
縁が、風胴内に支持台34を介して絶縁的に取り付けら
れ、網面が、風胴の軸心方向にほぼ垂直に配されて、網
目をガス流通に使用し、金属線を電極にする。
As the ion exchange electrode 31, a metal net having appropriate flow holes is used. The metal mesh also includes a mesh formed by forming a suitable mesh with woven or knitted metal wires or bands, or a perforated metal plate. Here, a wire mesh in which a metal wire is plain woven is used. The outer edge of the ion-exchange electrode 31 is insulated in the wind tunnel through a support base 34, and the mesh surface is arranged substantially perpendicular to the axial direction of the wind tunnel, and the mesh is used for gas flow, Use metal wires as electrodes.

【0026】イオン交換電極31は、電気量処理部35
に接続されて、電極に発生したイオン電流を容易に測定
可能なレベルの電気量信号に変換され、電気量処理部3
5は、電気量測定部36に接続されて、電気量処理部3
5から出力された電気量信号から、イオン交換電極31
に衝突したイオンの電気量を算出するものである。
The ion exchange electrode 31 is provided with an electric quantity processing unit 35.
And converts the ion current generated in the electrode into an electric quantity signal of a level that can be easily measured.
5 is connected to the electric quantity measuring unit 36 and the electric quantity processing unit 3
From the electric quantity signal output from the ion exchange electrode 31
To calculate the quantity of electricity of the ions that collided with.

【0027】風胴内は、送風機33より被測定雰囲気の
イオンを含有するガス24が一定流量で吸引されて、イ
オン交換電極31に導かれ、ガス24中のイオンがイオ
ン交換電極31と衝突する。このとき、被測定雰囲気か
ら取り込まれたガス24をイオン交換電極31に一様に
供給できるように、風胴32の断面形状に合わせてイオ
ン交換電極31の形状が定められている。
In the wind tunnel, a gas 24 containing ions in the atmosphere to be measured is sucked at a constant flow rate from a blower 33 and guided to the ion exchange electrode 31, and the ions in the gas 24 collide with the ion exchange electrode 31. . At this time, the shape of the ion exchange electrode 31 is determined according to the cross-sectional shape of the wind tunnel 32 so that the gas 24 taken in from the atmosphere to be measured can be uniformly supplied to the ion exchange electrode 31.

【0028】イオン交換電極31にはイオンの衝突によ
って電荷が供給される。イオン交換電極31は上記の支
持板34により風胴からは絶縁されているので、イオン
交換電極31の電荷は電気量処理部35に向かってのみ
電流として流れる。イオン交換電極31から電気量処理
部35に流れる電流のレベルは、多くともnAレベルで
あるため、容易に測定可能な信号レベルに電気量処理部
35で変換される。すなわち、電流に変換する場合には
数mA〜数Aレベルの電流に、電圧に変換する場合には
数mV〜数Vレベルの電圧に変換される。このようにし
て電気量処理部35で変換された信号は電気量測定部3
6で、イオン交換電極31から電気量処理部35に流れ
た電流が求められる。イオン交換電極31から電気量処
理部35に流れた電流をI[A]とすると、被測定ガス
中のイオン濃度n[ions/cm3]は、 n=I/(eQ) で表すことができる。ここで、eはイオンの素電荷
[C]、Qはイオン交換電極31に供給される被測定ガ
ス流量[cm3/s]である。
Charge is supplied to the ion exchange electrode 31 by collision of ions. Since the ion exchange electrode 31 is insulated from the wind tunnel by the support plate 34, the electric charge of the ion exchange electrode 31 flows as a current only toward the electric quantity processing unit 35. Since the level of the current flowing from the ion exchange electrode 31 to the electric quantity processing unit 35 is at most the nA level, it is converted into a signal level that can be easily measured by the electric quantity processing unit 35. That is, when converting to a current, the current is converted to a current of several mA to several A, and when converting to a voltage, it is converted to a voltage of several mV to several V. The signal converted by the electric quantity processing unit 35 in this manner is output to the electric quantity measurement unit 3.
In step 6, the current flowing from the ion exchange electrode 31 to the electric quantity processing unit 35 is determined. Assuming that the current flowing from the ion exchange electrode 31 to the electric quantity processing unit 35 is I [A], the ion concentration n [ions / cm 3 ] in the gas to be measured can be represented by n = I / (eQ). . Here, e is the elementary charge [C] of the ion, and Q is the flow rate of the gas to be measured supplied to the ion exchange electrode 31 [cm 3 / s].

【0029】この実施形態において、図1(B)に示す
ように、電気量処理部35は、電流−電圧変換器351
と、バッファアンプ352と、電圧−電流変換器353
とを備えて構成されている。電流−電圧変換器351
は、高入力インピーダンスの演算増幅器Dと超高抵抗R
とで構成され、非常に大きい利得で電流−電圧変換を行
うと共に、そのフィードバック系にカットオフ周波数を
決定するコンデンサCを備えることによってローパスフ
ィルタとして機能させる。この電流−電圧変換器Dは、
イオン交換電極31から出力されたpA〜nAレベルの
電流を、数mV〜数Vの電圧レベルに増幅し、同時に、
入力電流に重畳している雑音を除去する。これによっ
て、イオン濃度にのみ対応する電流が精度よく電圧変換
される。
In this embodiment, as shown in FIG. 1B, the electric quantity processing unit 35 includes a current-voltage converter 351.
, A buffer amplifier 352, and a voltage-current converter 353.
It is comprised including. Current-voltage converter 351
Is a high input impedance operational amplifier D and a super high resistance R
And performs a current-voltage conversion with a very large gain, and functions as a low-pass filter by providing a capacitor C for determining a cutoff frequency in the feedback system. This current-voltage converter D
The pA to nA level current output from the ion exchange electrode 31 is amplified to a voltage level of several mV to several V, and at the same time,
Removes noise superimposed on the input current. As a result, a current corresponding to only the ion concentration is accurately converted into a voltage.

【0030】バッファアンプ352は、図示しないが、
低出力インピーダンスの演算増幅器で構成され、電流−
電圧変換器の出力電圧を緩衝増幅してセンサー電圧を生
成した後、そのセンサー電圧を電圧−電流変換器353
および電気量測定部36に出力する。電圧−電流変換器
353は、専用アナログ集積回路で構成され、バッファ
アンプによって緩衝増幅されたセンサー電圧を電圧−電
流変換することによって生成した数mA〜数十mAの電
流のセンサー電流を電気量測定部36に出力する。
Although not shown, the buffer amplifier 352
It consists of an operational amplifier with low output impedance,
After the output voltage of the voltage converter is buffer-amplified to generate a sensor voltage, the sensor voltage is converted to a voltage-current converter 353.
And outputs it to the electric quantity measuring unit 36. The voltage-current converter 353 is configured by a dedicated analog integrated circuit, and measures a sensor current of several mA to several tens mA generated by performing voltage-current conversion of a sensor voltage buffer-amplified by a buffer amplifier. Output to the unit 36.

【0031】この図1(B)に示す例では、電気量処理
部35内の電流−電圧変換器31を構成している高入力
インピーダンスの演算増幅器Dの被反転入力端子Pは接
地されており、前述の演算増幅器Dの基準電位はゼロ電
位にされている。これにより、イオン交換電極31は、
ゼロ電位にされている。
In the example shown in FIG. 1B, the inverted input terminal P of the high input impedance operational amplifier D constituting the current-to-voltage converter 31 in the electric quantity processing unit 35 is grounded. The reference potential of the operational amplifier D is set to zero potential. Thereby, the ion exchange electrode 31
It is at zero potential.

【0032】このように、この実施の形態では、ガス中
イオン量測定装置を、風胴内に配置した金網電極から構
成されるイオン交換電極31と、外部環境から風胴32
内に吸引してイオン交換電極31にガスを導く送風機3
3と、イオン交換電極31で発生した電気量を、フィル
タ回路を備えて処理する電気量処理部35と、電気量の
大きさを測定する電気量測定部36とから構成されてお
り、イオンが変換して得られた電気量のみを、周囲のノ
イズなどの影響を受けずに、正確に測定でき、イオン濃
度を正確に測定することができる。また、イオン交換電
極31に効率良く被測定ガス24を強制的に送るので、
移動度が異なるイオンが数種類含まれていても、被測定
ガス中のイオン濃度を明確にできる。
As described above, in this embodiment, the ion amount measuring device in the gas includes the ion exchange electrode 31 composed of the wire mesh electrode disposed in the wind tunnel, and the wind tunnel 32 from the external environment.
Blower 3 which draws gas into ion exchange electrode 31
3, an electric quantity processing unit 35 for processing the electric quantity generated by the ion exchange electrode 31 with a filter circuit, and an electric quantity measuring unit 36 for measuring the magnitude of the electric quantity. Only the amount of electricity obtained by the conversion can be accurately measured without being affected by ambient noise and the like, and the ion concentration can be accurately measured. Also, since the gas to be measured 24 is forcibly sent to the ion exchange electrode 31 efficiently,
Even if several types of ions having different mobilities are included, the ion concentration in the gas to be measured can be clarified.

【0033】風胴32は、被測定雰囲気からイオンを含
有するガス24をイオン交換電極31に導く筒体ないし
導管であり、好ましくは、少なくとも内面側が絶縁性材
料で形成されて、内面絶縁体とされる。
The wind tunnel 32 is a cylinder or a conduit for guiding the gas 24 containing ions from the atmosphere to be measured to the ion exchange electrode 31. Preferably, at least the inner surface is formed of an insulating material, and Is done.

【0034】ガス中のイオンは、物体に衝突すると、そ
の物体との間で電荷の受け渡しを行うので、被測定ガス
24中のイオン濃度を正確に測定する際には、イオン変
換電極であるイオン交換電極31に効率良く被測定ガス
24を供給することが重要になる。風胴32の材質が不
導体(絶縁体)とすることにより、イオンは風胴32内
面に衝突して風胴32内面を帯電させ、内面を構成する
不導体の飽和帯電量に達するけれども、不導体は、表面
部分のみが帯電することになり、飽和帯電量に達する時
間が短く、イオンの測定を開始することができる。ま
た、不導体の場合は風胴32の厚み方向に電流は流れな
いので、風胴32を構成する不導体の厚みを厚くするこ
とにより、風胴32外壁面の接触部からの漏れ電流を無
くすことができる。
When ions in the gas collide with an object, they transfer charges to and from the object. Therefore, when accurately measuring the ion concentration in the gas to be measured 24, the ions in the ion conversion electrode It is important to efficiently supply the gas to be measured 24 to the exchange electrode 31. When the material of the wind tunnel 32 is made of a non-conductor (insulator), the ions collide with the inner surface of the wind tunnel 32 and charge the inner surface of the wind tunnel 32, reaching the saturated charge amount of the non-conductor forming the inner surface. Since only the surface portion of the conductor is charged, the time to reach the saturated charge amount is short, and the measurement of ions can be started. In the case of a non-conductor, no current flows in the thickness direction of the wind tunnel 32. Therefore, by increasing the thickness of the non-conductor forming the wind tunnel 32, leakage current from the contact portion of the outer wall surface of the wind tunnel 32 is eliminated. be able to.

【0035】これに対して、風胴32の材質が金属等の
導体である場合には、ガス中のイオンは、風胴32内面
に衝突して風胴32内面に電荷をわたすが、この場合に
は、風胴32が接地されていると、電荷は留まらずに接
地に流れるため、電極に到達する前にイオンは絶えず風
胴32内で消滅されることになり、大きな測定誤差にな
る。
On the other hand, when the material of the wind tunnel 32 is a conductor such as a metal, ions in the gas collide with the inner surface of the wind tunnel 32 and transfer electric charges to the inner surface of the wind tunnel 32. In the case where the wind tunnel 32 is grounded, the electric charge flows to the ground without staying, so that the ions are constantly eliminated in the wind tunnel 32 before reaching the electrodes, resulting in a large measurement error.

【0036】他方で、風胴32が接地されていない場合
には、電荷は行き先を失って、風胴32は徐々に帯電さ
れ、風胴32の帯電量が飽和帯電量に達すると、イオン
の壁面32での消滅は停止し、イオンがイオン交換電極
31に供給されるようになる。しかしながら、金属の風
胴32は帯電容量が大きいために、イオンを測定するま
でにかなりの時間を要することになる。金属は全体が帯
電するため接触部からの漏れ電流があると、絶えずイオ
ンが消費され続けることになる。
On the other hand, if the wind tunnel 32 is not grounded, the charge loses its destination and the wind tunnel 32 is gradually charged. The extinction on the wall surface 32 stops, and the ions are supplied to the ion exchange electrode 31. However, since the metal wind tunnel 32 has a large charging capacity, it takes a considerable amount of time to measure ions. Since the entire metal is charged, if there is a leakage current from the contact portion, the ions are continuously consumed.

【0037】このように、風胴32の内面を不導体で構
成することにより、被測定ガス24中のイオン量を正確
に測定することができると共に、イオンの測定時間を短
くすることができ、空間中に存在する被測定ガス24中
のイオンをオンラインで計測することができる効果が得
られる。
As described above, by forming the inner surface of the wind tunnel 32 with a non-conductor, the amount of ions in the gas to be measured 24 can be accurately measured, and the ion measurement time can be shortened. The effect is obtained that the ions in the gas to be measured 24 existing in the space can be measured online.

【0038】図2には、風胴32を金属導体から構成す
ることもでき、この場合は、その風胴32を、不導体の
支持台37で支持して接地電位から絶縁し、風胴32に
測定すべきイオンの極性と同じ極性で一定電圧を直流電
源38から供給するのがよい。直流電源38で直流を印
加すれば、外部から一定の電荷を即座に与えることがで
き、風胴32内面を帯電させる時間が不要になり、即時
にガス24中のイオン量を測定することができる効果が
ある。
In FIG. 2, the wind tunnel 32 can be made of a metal conductor. In this case, the wind tunnel 32 is supported by a non-conductive support 37 to insulate it from the ground potential. It is preferable to supply a constant voltage from the DC power supply 38 with the same polarity as the polarity of the ions to be measured. If a direct current is applied by the direct current power supply 38, a constant charge can be immediately applied from the outside, so that the time for charging the inner surface of the wind tunnel 32 is not required, and the amount of ions in the gas 24 can be measured immediately. effective.

【0039】送風機33は、被測定ガス24をイオン交
換電極31に導くものであるが、被測定ガス24中のイ
オン濃度を正確に測定するには、イオン変換電極である
イオン交換電極31に効率良く被測定ガス24を一定の
割合で供給するかは、重要である。従って、被測定ガス
24をイオン交換電極31に導くための送風機33も、
イオン濃度を正確に測定する上で、ガス中イオン量測定
装置を構成する重要部品の一つである。
The blower 33 guides the gas to be measured 24 to the ion exchange electrode 31. In order to accurately measure the ion concentration in the gas to be measured 24, the efficiency of the ion exchange electrode 31, which is an ion conversion electrode, is increased. It is important to supply the measured gas 24 at a constant rate. Therefore, the blower 33 for guiding the gas to be measured 24 to the ion exchange electrode 31 is also
It is one of the important components of a gas ion amount measuring device for accurately measuring ion concentration.

【0040】送風機33は、好ましくは、イオン変換電
極であるイオン交換電極31よりも下流側に配置される
のが好ましい。吸引されたガス24は、先に送風機33
を経由せずに、イオン交換電極31に供給することがで
き、送風機33におけるイオン消滅を避けることができ
る。この場合に、送風機33には、イオン交換電極31
でイオンを除去されたガスを吸引するので、送風機33
の接地の有無にかかわらず、送風機33の帯電による誤
動作を防止でき、イオン交換電極31に一定量の被測定
ガスを供給することができる。
The blower 33 is preferably disposed downstream of the ion exchange electrode 31, which is an ion conversion electrode. The sucked gas 24 is supplied to the blower 33 first.
Can be supplied to the ion-exchange electrode 31 without passing through, so that the annihilation of ions in the blower 33 can be avoided. In this case, the ion exchange electrode 31
Since the gas from which ions have been removed is sucked, the blower 33
Irrespective of the presence or absence of grounding, malfunction due to charging of the blower 33 can be prevented, and a fixed amount of gas to be measured can be supplied to the ion exchange electrode 31.

【0041】他方、送風機33をイオン変換電極である
イオン交換電極31よりも上流側に配置すると、被測定
ガス24中のイオンは送風機33に衝突して送風機33
を帯電させるので、イオンは絶えず送風機33で消滅さ
れ、イオン交換電極31に一定風量でイオンを供給でき
なくなり、イオン量測定時の誤差になる。或いは、送風
機33が接地されていない場合、電荷は送風機33を帯
電させ、送風機33の電気回路を誤動作させる可能性が
ある。
On the other hand, when the blower 33 is disposed upstream of the ion exchange electrode 31 which is an ion conversion electrode, ions in the gas to be measured 24 collide with the blower 33 and
, The ions are constantly extinguished by the blower 33, so that ions cannot be supplied to the ion exchange electrode 31 at a constant air volume, resulting in an error in the ion amount measurement. Alternatively, when the blower 33 is not grounded, the electric charges may charge the blower 33 and cause the electric circuit of the blower 33 to malfunction.

【0042】このように、送風機33をイオン変換電極
であるイオン交換電極31よりも下流側に設置すること
により、被測定ガス24中のイオン量を正確に測定する
ことができる、被測定ガス24を一定風量でイオン交換
電極31に供給でき、一定容積中に存在するイオンの濃
度を測定することができる。
As described above, by installing the blower 33 downstream of the ion exchange electrode 31, which is an ion conversion electrode, the amount of ions in the gas to be measured 24 can be accurately measured. Can be supplied to the ion exchange electrode 31 at a constant air volume, and the concentration of ions present in a constant volume can be measured.

【0043】次に、送風機33は、ガス24中のイオン
濃度が、イオン交換電極31に流れ込んだ電流を素電荷
と風量の積で除して求めるので、イオン濃度を測定する
際には被測定ガス24の送風量を一定にすることが好ま
しい。このためには、送風機33に供給する電力量を一
定に維持すること、ガス中イオン量測定装置内での圧力
損失を一定に維持することがなされる。
Next, the blower 33 determines the ion concentration in the gas 24 by dividing the current flowing into the ion exchange electrode 31 by the product of the elementary charge and the air flow. It is preferable that the blowing amount of the gas 24 be constant. For this purpose, the amount of electric power supplied to the blower 33 is maintained constant, and the pressure loss in the gas ion content measuring device is maintained constant.

【0044】また、送風機33には、連続羽根回転式の
回転ポンプ、即ち、ファンが好ましく利用できる。往復
ポンプを利用することもできるが、被測定ガス24が脈
動してイオン交換電極31に輸送されるので、連続回転
ファンと比較すると、イオン交換電極31に供給される
ガス24の流量の安定性は低くなる。
As the blower 33, a rotary pump of continuous blade rotation type, that is, a fan can be preferably used. Although a reciprocating pump can be used, since the gas to be measured 24 is pulsated and transported to the ion exchange electrode 31, the stability of the flow rate of the gas 24 supplied to the ion exchange electrode 31 is higher than that of the continuously rotating fan. Will be lower.

【0045】ファンタイプの送風機33は主にそのモー
タの違いによって、ACコンデンサランモータ、ACク
マドリモータ、およびDCブラシレスモータに分けられ
るが、DCブラシレスモータ(ホール素子モータ)が、
電気雑音の皆無、回転数の安定制御、不要イオンの発生
の防止の点で優れている。
The fan-type blower 33 is mainly divided into an AC condenser run motor, an AC bear motor, and a DC brushless motor depending on a difference in the motor. The DC brushless motor (Hall element motor) is
It is excellent in that there is no electric noise, stable control of rotation speed, and prevention of generation of unnecessary ions.

【0046】DCブラシレスモータは、図3に示すよう
に、AC商用電源39からAC/DCコンバータ40に
よりDC変換し、送風機33内部に備え付けられている
DCブラシレスモータを駆動するようにするのが好まし
い。これは、入力電源に左右されずに送風機33を動作
することができ、一定風量の被測定ガス24を安定的に
イオン交換電極31に供給することができ、被測定ガス
24中のイオン量を正確に測定できる。
As shown in FIG. 3, the DC brushless motor preferably performs DC conversion from an AC commercial power supply 39 by an AC / DC converter 40 to drive a DC brushless motor provided inside the blower 33. . This is because the blower 33 can be operated without being influenced by the input power source, the measured gas 24 having a constant air volume can be stably supplied to the ion exchange electrode 31, and the ion amount in the measured gas 24 can be reduced. Can be measured accurately.

【0047】このように、送風機33に吸引ファンを使
用して、駆動モータをDCブラシレスモータ(ホール素
子モータ)にすることにより、被測定ガス24を一定風
量でイオン交換電極31に供給でき、一定容積中に存在
するイオンの濃度を正確に測定することができる効果が
得られる。
As described above, by using a suction fan as the blower 33 and using a DC brushless motor (Hall element motor) as the drive motor, the gas to be measured 24 can be supplied to the ion exchange electrode 31 at a constant air flow rate. The effect is obtained that the concentration of ions present in the volume can be accurately measured.

【0048】風胴32の構造について、前述したよう
に、被測定ガス24中のイオン濃度は被測定ガス24中
のイオンをイオン交換電極31に衝突させて測定するの
で、イオン濃度を測定する際には被測定ガス24をイオ
ン交換電極31に対して均一に流すことが重要である。
このためには、風胴32内における被測定ガス24の流
れが層流になることが好ましい。
Regarding the structure of the wind tunnel 32, as described above, the ion concentration in the gas to be measured 24 is measured by causing the ions in the gas to be measured 24 to collide with the ion exchange electrode 31. It is important that the gas to be measured 24 flow uniformly to the ion exchange electrode 31.
For this purpose, the flow of the gas to be measured 24 in the wind tunnel 32 is preferably a laminar flow.

【0049】図4は、風胴直径と、ガス流が層流になる
ためのガス流量との関係を示すが、室温で行った実験か
ら斜線部分の風量に設定すると、層流になることがわか
った。従って、風胴直径をD[cm]とすると、層流状
態を維持できるガス流量Q[cm3/sec]は、被測
定ガスの粘度μ[g/cm/sec]、被測定ガスの密
度ρ[g/cm3]として、 Q=1.9×103×μ/ρ×D で表すことができ、この式で計算されるガス流量の値よ
りも被測定ガス流量を小さく設定することにより、効率
的にイオンを電流に変換できることが明らかになった。
FIG. 4 shows the relationship between the diameter of the wind tunnel and the gas flow rate for the gas flow to become a laminar flow. all right. Therefore, assuming that the diameter of the wind tunnel is D [cm], the gas flow rate Q [cm 3 / sec] that can maintain the laminar flow state is the viscosity μ [g / cm / sec] of the measured gas and the density ρ of the measured gas. As [g / cm 3 ], Q = 1.9 × 10 3 × μ / ρ × D. By setting the flow rate of the gas to be measured smaller than the value of the gas flow rate calculated by this equation, It was found that ions could be efficiently converted to electric current.

【0050】また、図5に示すように、被測定ガスを取
り込む風胴32の流入部分に拡径風胴41を備え付ける
ようにしても、外部のかく乱による乱流の発生を抑える
効果があることがわかった。これにより、風胴に取り込
める被測定ガス流量を多くすることができるので、バッ
ファアンプの増幅率を低減できるなどといった微少電流
測定回路のスペックを低下させることが可能になり、微
少電流測定回路の低コスト化を図れる効果がある。
As shown in FIG. 5, even if the enlarged diameter wind tunnel 41 is provided at the inflow portion of the wind turbine 32 for taking in the gas to be measured, there is an effect of suppressing the generation of turbulence due to external disturbance. I understood. As a result, the flow rate of the gas to be measured that can be taken into the wind tunnel can be increased, so that the specifications of the microcurrent measurement circuit, such as the amplification factor of the buffer amplifier can be reduced, can be reduced. This has the effect of reducing costs.

【0051】図6には、層流化の他の例として、イオン
変換電極であるイオン交換電極31の後方で、送風機3
3の前に、整流板、例えば、多孔板42(多くの貫通孔
が開いている板材)やハニカム板43の通路を設けるこ
ともできる。整流板は、ファンの羽根の回転によって上
流側に乱流が発生するのを抑えるものであり、これによ
り、風胴の拡径部41を取り付ける場合と同様に、層流
状態を維持して風胴32に吸引できるガスの流量を大き
くすることができ、バッファアンプの増幅率を低減でき
るなど、微少電流測定回路のスペックを低下させること
が可能になり、微少電流測定回路の低コスト化を図れる
効果がある。
FIG. 6 shows another example of laminar flow, in which a blower 3 is provided behind an ion exchange electrode 31 which is an ion conversion electrode.
Before 3, a passage for a current plate, for example, a perforated plate 42 (a plate material having many through holes) or a honeycomb plate 43 may be provided. The baffle plate suppresses the generation of turbulence on the upstream side due to the rotation of the blades of the fan. Thus, similarly to the case where the enlarged diameter portion 41 of the wind tunnel is attached, the laminar flow state is maintained. The flow rate of the gas that can be sucked into the body 32 can be increased, the amplification factor of the buffer amplifier can be reduced, and the specification of the microcurrent measurement circuit can be reduced, and the cost of the microcurrent measurement circuit can be reduced. effective.

【0052】このように、被測定ガスを取り込む風胴3
2の開口部、即ち、流入部分に拡径部41を備えたり、
また、イオン変換電極であるイオン交換電極31の後方
に、多孔板ガイド42やハニカム状の整流板43を設け
ることにより、雰囲気から層流状態で、ガス24の取り
込み量を多くすることができ、相対的に、小型で安定な
イオン測定装置を提供することができる。
As described above, the wind tunnel 3 for taking in the gas to be measured
2, the opening, that is, the inflow portion is provided with an enlarged portion 41,
Further, by providing the perforated plate guide 42 and the honeycomb-shaped rectifying plate 43 behind the ion exchange electrode 31 which is an ion conversion electrode, the amount of gas 24 taken in can be increased in a laminar state from the atmosphere. A relatively small and stable ion measurement device can be provided.

【0053】イオン交換電極31の構造は、図7にイオ
ン交換電極31の開口率とイオン交換電極31における
イオン捕集率の関係を示すように、イオン交換電極31
の開口率を10%以下にすると、風胴32内に吸引した
被測定ガス24中のイオンをほぼ100%の捕集率で捕
集できることが判る。イオン濃度を測定する際に、実用
的な風胴32内の風速では、イオン交換電極31の開口
率を少なくとも10%以下にして、イオン交換電極31
を設計することができる。このように、イオン交換電極
31の開口率を10%以下にすることにより、被測定ガ
ス24中のイオン濃度を正確に測定することができる効
果が得られる。
The structure of the ion exchange electrode 31 is such that the relationship between the aperture ratio of the ion exchange electrode 31 and the ion collection rate of the ion exchange electrode 31 is shown in FIG.
It can be understood that when the aperture ratio of the sample gas is set to 10% or less, ions in the gas to be measured 24 sucked into the wind tunnel 32 can be collected at a collection rate of almost 100%. When measuring the ion concentration, the aperture ratio of the ion exchange electrode 31 is set to at least 10% or less at a practical wind speed in the wind tunnel 32,
Can be designed. As described above, by setting the aperture ratio of the ion exchange electrode 31 to 10% or less, an effect of accurately measuring the ion concentration in the gas to be measured 24 can be obtained.

【0054】イオン交換電極31の材質は、電気抵抗の
低い金属から構成され、例えば、金、銀、銅、白金、パ
ラジウム、アルミニウム、コバルト、ニッケル、鉄ない
し鋼、特に、ステンレス鋼が利用される。
The material of the ion exchange electrode 31 is made of a metal having a low electric resistance. For example, gold, silver, copper, platinum, palladium, aluminum, cobalt, nickel, iron or steel, particularly stainless steel is used. .

【0055】被測定ガス24中のイオン濃度は、被測定
ガス24中のイオンをイオン交換電極31に衝突させて
測定するので、衝突したイオンから奪った電荷をイオン
交換電極31から電気量変換部35に、減衰させずに、
かつ、できるだけ早く供給することが重要である。この
ためには、イオン交換電極31には電気抵抗が低い材質
の金属を用いることが必要となる。尤も、金、銀、白
金、パラジウムなどは高価であり、銅、アルミニウム、
鉄などは酸化や腐食されやすく、特に、測定雰囲気ガス
の腐食性に依存して被害を受ける惧れがある。時間経過
とともに抵抗値が変化し、イオン交換電極31として性
能を長期間保証できないこともある。
Since the ion concentration in the gas to be measured 24 is measured by colliding the ions in the gas to be measured 24 with the ion exchange electrode 31, the charge deprived of the colliding ions is transferred from the ion exchange electrode 31 to the electric quantity converter. 35, without attenuation
And it is important to supply as soon as possible. For this purpose, it is necessary to use a metal having a low electric resistance for the ion exchange electrode 31. However, gold, silver, platinum, palladium, etc. are expensive, copper, aluminum,
Iron and the like are easily oxidized and corroded, and may be particularly damaged depending on the corrosiveness of the measurement atmosphere gas. The resistance value may change with the passage of time, and the performance of the ion exchange electrode 31 may not be guaranteed for a long period of time.

【0056】従って、イオン交換電極31には、コスト
が低く、電気抵抗が小さく、且つ耐食性があることを考
慮して、ステンレス鋼を使用するのが最も実用的であ
る。また、銅、アルミニウム、鉄などの基材金属の表面
を金メッキして、イオン交換電極31の表面の金属抵抗
値を下げながら、イオン交換電極31の酸化腐食を抑制
することも可能である。
Therefore, it is most practical to use stainless steel for the ion exchange electrode 31 in consideration of low cost, low electric resistance and corrosion resistance. It is also possible to suppress the oxidative corrosion of the ion exchange electrode 31 while reducing the metal resistance value of the surface of the ion exchange electrode 31 by plating the surface of a base metal such as copper, aluminum, and iron with gold.

【0057】このように、イオン交換電極31をステン
レス鋼、または、金メッキされた銅、アルミニウム、鉄
などの金属材料から構成することにより、ガス24中イ
オン量を長期間にわたり正確に測定することができると
共に、低コストのガス中イオン量測定装置を提供するこ
とができる。
As described above, since the ion exchange electrode 31 is made of a metal material such as stainless steel or gold-plated copper, aluminum, or iron, the amount of ions in the gas 24 can be accurately measured over a long period of time. In addition to this, it is possible to provide a low-cost gas ion amount measuring device.

【0058】電極から電気量処理部35に接続する電線
は、極めて微小な電流が流れるので、周囲からのノイズ
などの影響を受けないように、電線部分が静電遮蔽され
ている電気シールド線を用いることが望ましい。
Since an extremely small current flows through the electric wire connected from the electrode to the electric quantity processing unit 35, the electric shield wire whose electric wire portion is electrostatically shielded so as not to be affected by noise from the surroundings. It is desirable to use.

【0059】また、電気量処理部35は、特に、電磁シ
ールドされるのが好ましい。この例では、各構成部品が
部品搭載用のプリント基板に搭載されており、そのプリ
ント基板は、収納ケースに内蔵されている。具体的に
は、収納ケースは、ステンレス鋼で上面開口の箱状に形
成され、その底部には、複数の支柱が立設されている。
また、プリント基板は、その支柱にネジ止めされること
によって、収納ケースの底部から離間した状態で内蔵さ
れている。この電気量処理部35では、収納ケースによ
ってシールドされるため、外来雑音に起因する誤動作の
発生が確実に防止されている。
It is particularly preferable that the electric quantity processing section 35 is electromagnetically shielded. In this example, each component is mounted on a printed circuit board for mounting components, and the printed circuit board is built in a storage case. Specifically, the storage case is formed of stainless steel in the shape of a box having an upper surface opening, and a plurality of columns are erected at the bottom thereof.
Further, the printed circuit board is built in a state of being separated from the bottom of the storage case by being screwed to the support. Since the electric quantity processing unit 35 is shielded by the storage case, the occurrence of malfunction due to external noise is reliably prevented.

【0060】さらに、電気量処理部35は、防湿材によ
り保護されているのが好ましい。この防湿のために、上
記収納ケースの内部空間には、電気絶縁用のウレタン樹
脂などの充填材(即ち、湿度防止材)が充填されてい
る。また、結露時には充填材が各構成部品への水滴の付
着を阻止するので、電気量処理部35では、結露に起因
する利得変動が防止される結果、電流−電圧変換処理が
正確かつ確実に行われる。
Further, it is preferable that the electric quantity processing unit 35 is protected by a moisture proof material. For the purpose of preventing moisture, the interior space of the storage case is filled with a filler (ie, a moisture barrier) such as urethane resin for electrical insulation. In addition, since the filler prevents water droplets from adhering to each component during the dew condensation, the electric quantity processing unit 35 prevents the gain fluctuation due to the dew condensation, so that the current-voltage conversion process can be performed accurately and reliably. Will be

【0061】また、電気量処理部35および電気量測定
部36間を接続する接続ケーブルは、例えば同軸ケーブ
ルなどの電気シールド線が用いられており、電気量処理
部35から出力されるセンサー電圧やセンサー電流への
雑音の重畳が防止されている。以上の構成により、電気
量測定部36が、外来雑音や環境条件の変動に左右され
ることなく、ガス中のイオン濃度を正確に測定すること
が可能となる。
As a connection cable for connecting the electric quantity processing unit 35 and the electric quantity measuring unit 36, for example, an electric shield wire such as a coaxial cable is used. The superposition of noise on the sensor current is prevented. With the above configuration, the electric quantity measuring unit 36 can accurately measure the ion concentration in the gas without being affected by external noise or fluctuation of environmental conditions.

【0062】実施の形態2.図8はこの発明の実施の形
態2によるガス中イオン量測定装置を示す構成図であ
る。電気量処理部35内の電流−電圧変換器351を構
成している高入力インピーダンスの演算増幅器Dの基準
電位を変更するための直流電圧調節装置51が設けられ
る。
Embodiment 2 FIG. 8 is a configuration diagram showing an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to Embodiment 2 of the present invention. A DC voltage adjusting device 51 is provided for changing the reference potential of the operational amplifier D having a high input impedance, which constitutes the current-voltage converter 351 in the electric quantity processing unit 35.

【0063】直流電圧調節装置51は、図示しないが、
正の電圧と負電圧とを選択スイッチを介して、電流−電
圧変換器351を構成している高入力インピーダンスの
演算増幅器Dの非反転入力端子Pに接続され(図1
(B))、正電圧又は負電圧を賦与する。この演算増幅
器Dの非反転入力端子Pの電位が正電位にされると、イ
オン交換電極31が正極に帯電される。被測定ガス24
中の負イオンは、イオン交換電極31と異極性であるた
め、イオン交換電極31に向かって吸引され移動し、最
終的にはイオン交換電極31に衝突して負電荷をイオン
交換電極31に供給する。この場合、正イオンはイオン
交換電極31と同じ極性であるため、イオン交換電極3
1とは反発して衝突することなく、送風機33を通過し
て風胴32外に放出される。このようにすることによ
り、被測定ガス24中の負イオンだけを捕集して、その
イオン濃度を知ることができる。
The DC voltage regulator 51 is not shown,
A positive voltage and a negative voltage are connected to a non-inverting input terminal P of a high input impedance operational amplifier D constituting a current-voltage converter 351 through a selection switch (FIG. 1).
(B)), applying a positive voltage or a negative voltage. When the potential of the non-inverting input terminal P of the operational amplifier D is set to a positive potential, the ion exchange electrode 31 is charged to a positive polarity. Gas to be measured 24
Since the negative ions therein are of a different polarity from the ion exchange electrode 31, they are attracted and moved toward the ion exchange electrode 31, and finally collide with the ion exchange electrode 31 to supply negative charges to the ion exchange electrode 31. I do. In this case, since the positive ions have the same polarity as the ion exchange electrode 31,
1 and is emitted to the outside of the wind tunnel 32 through the blower 33 without repelling and colliding. By doing so, it is possible to collect only the negative ions in the gas to be measured 24 and to know the ion concentration.

【0064】イオン交換電極31は支持板34により絶
縁設置されているので、イオン交換電極31に供給され
た負電荷は電気量処理部35に向かってのみ電流として
流れる。イオン交換電極31から電気量処理部35に向
かって流れる電流のレベルは、多くともnAレベルであ
るため、容易に測定可能な電気量レベルに電気量処理部
35で変換される。すなわち、電流に変換する場合には
数mA〜数Aレベルの電流に、電圧に変換する場合には
数mV〜数Vレベルの電圧に変換される。このようにし
て電気量処理部35で変換された信号は電気量測定部3
6で電気量に変換され、イオン交換電極31から電気量
処理部35に流れた単位時間当たりの電気量が求めら、
ガス中の負イオン濃度が算出される。
Since the ion-exchange electrode 31 is insulated by the support plate 34, the negative charge supplied to the ion-exchange electrode 31 flows as a current only toward the electric quantity processing unit 35. Since the level of the current flowing from the ion exchange electrode 31 toward the electric quantity processing unit 35 is at most the nA level, it is converted by the electric quantity processing unit 35 into an easily measurable electric quantity level. That is, when converting to a current, the current is converted to a current of several mA to several A, and when converting to a voltage, it is converted to a voltage of several mV to several V. The signal converted by the electric quantity processing unit 35 in this manner is output to the electric quantity measurement unit 3.
6, the amount of electricity per unit time which is converted into the amount of electricity and flows from the ion exchange electrode 31 to the amount of electricity processing unit 35 is obtained.
The negative ion concentration in the gas is calculated.

【0065】また、直流電圧調節装置51により、電気
量処理部35内の電流−電圧変換器を構成している高入
力インピーダンスの演算増幅器の基準電位が負電位にさ
れると、イオン交換電極31が負極性に帯電される。被
測定ガス24中の正イオンは、イオン交換電極31と異
極性であるため、イオン交換電極31に向かって移動
し、最終的にはイオン交換電極31に衝突して正電荷を
イオン交換電極31に供給する。一方、負イオンはイオ
ン交換電極31と同極性であるため、イオン交換電極3
1とは衝突せずに、送風機33を通過して風胴31外に
放出される。このようにすることにより、被測定ガス2
4中の正イオンだけを捕集して、そのイオン電流を測定
することができる。
When the reference potential of the operational amplifier having high input impedance constituting the current-voltage converter in the electric quantity processing unit 35 is set to a negative potential by the DC voltage adjusting device 51, the ion exchange electrode 31 is turned off. Is negatively charged. Since the positive ions in the gas to be measured 24 have a different polarity from the ion exchange electrode 31, the positive ions move toward the ion exchange electrode 31, and finally collide with the ion exchange electrode 31 to generate a positive charge. To supply. On the other hand, since the negative ions have the same polarity as the ion exchange electrode 31,
The air does not collide with 1 and passes through the blower 33 and is discharged outside the wind tunnel 31. By doing so, the measured gas 2
Only the positive ions in 4 can be collected and the ion current can be measured.

【0066】このように、電気量処理部35内の電流−
電圧変換器を構成している高入力インピーダンスの演算
増幅器の基準電位を変更するための直流電圧調節装置を
設けるようにしたので、被測定ガス24中の正極性のイ
オン量と負極性のイオン量を別個に測定することがで
き、測定したい極性のイオンのみを捕集でき、被測定ガ
ス24中の測定したい極性のイオンの濃度を正確に測定
できる効果がある。
As described above, the current-
Since the DC voltage adjusting device for changing the reference potential of the high input impedance operational amplifier constituting the voltage converter is provided, the positive ion amount and the negative ion amount in the gas under measurement 24 are provided. Can be separately measured, only the ions of the polarity to be measured can be collected, and the concentration of the ions of the polarity to be measured in the gas to be measured 24 can be accurately measured.

【0067】実施の形態3.この実施形態は、図9にお
いて示すように、イオン誘導手段として反発電極61を
配置した例を示している。反発電極61は、風胴内にイ
オン変換電極であるイオン交換電極31を通過したイオ
ンを再びイオン交換電極31に導くためのもので、イオ
ン交換電極31の後方に配置している。反発電極も、金
属の網体が利用され、この反発電極61には、測定しよ
うとしているイオン種と同じ極性の電圧が直流電源38
より印加される。反発電極61は、絶縁性の支持台61
を利用して、風胴32に絶縁的に取り付けられている。
Embodiment 3 This embodiment shows an example in which a repulsion electrode 61 is arranged as ion guiding means as shown in FIG. The repulsion electrode 61 is for guiding ions that have passed through the ion exchange electrode 31 serving as an ion conversion electrode into the wind tunnel again to the ion exchange electrode 31, and is disposed behind the ion exchange electrode 31. As the repulsion electrode, a metal mesh is used. A voltage of the same polarity as the ion species to be measured is applied to the repulsion electrode 61 by the DC power supply 38.
More applied. The repulsion electrode 61 is provided on an insulating support base 61.
Is insulated and attached to the wind tunnel 32 by utilizing the above.

【0068】被測定ガス24中の測定しようとするイオ
ンは、ガス流と共にイオン交換電極31を通過する際に
金網極に衝突し、その電荷をイオン交換電極31に与え
るが、一部のイオンはイオン交換電極31の網目を通り
ぬけて、イオン交換電極31と反発電極61の間の空間
に進入する。反発電極61には、測定しようとするイオ
ンと同じ極性の電圧をかけているので、イオン交換電極
31を通りぬけたイオンは、反発電極で反発して、もと
のイオン交換電極に戻され、イオン交換電極31に電荷
を渡すので、イオン捕獲効率が高く、電流が高くなり、
測定精度を高くすることができる。
The ions to be measured in the gas to be measured 24 collide with the wire mesh electrode when passing through the ion exchange electrode 31 together with the gas flow, and give the charge to the ion exchange electrode 31. It passes through the mesh of the ion exchange electrode 31 and enters the space between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61. Since a voltage having the same polarity as the ion to be measured is applied to the repulsion electrode 61, ions passing through the ion exchange electrode 31 are repelled by the repulsion electrode and returned to the original ion exchange electrode. Since the charge is transferred to the ion exchange electrode 31, the ion trapping efficiency is high, the current is high,
Measurement accuracy can be increased.

【0069】正イオン測定時には正極性の電圧が反発電
極61に印加され、負イオン測定時には負極性の電圧が
反発電極61に印加される。これにより、正イオン測定
時には反発電極61からイオン交換電極31に向かう電
界が、また、負イオン測定時にはイオン交換電極31か
ら反発電極61に向かう電界が、イオン交換電極31と
反発電極61の間に発生する。従って、イオン交換電極
31と反発電極61の間に進入したイオンは電界の力を
受けてイオン交換電極31に向かって移動し、最終的に
はイオン交換電極31に衝突して電荷をイオン交換電極
31に供給する。イオン交換電極31は支持板34によ
り絶縁設置されているので、イオン交換電極31に供給
された電荷は電気量処理部35に向かってのみ電流とし
て流れる。
A positive voltage is applied to the repelling electrode 61 when measuring positive ions, and a negative voltage is applied to the repelling electrode 61 when measuring negative ions. As a result, an electric field from the repulsion electrode 61 toward the ion exchange electrode 31 during positive ion measurement and an electric field from the ion exchange electrode 31 toward the repulsion electrode 61 during negative ion measurement are generated between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61. appear. Therefore, the ions that have entered between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61 move toward the ion exchange electrode 31 under the force of the electric field, and eventually collide with the ion exchange electrode 31 to transfer the charge to the ion exchange electrode 31. 31. Since the ion-exchange electrode 31 is insulated and installed by the support plate 34, the electric charge supplied to the ion-exchange electrode 31 flows as a current only toward the electric quantity processing unit 35.

【0070】次に、イオン交換電極31と反発電極61
間に作る電界の強さは、イオンの捕集効率と関係があ
り、どちらも金網電極であるイオン交換電極31と反発
電極61との間に電界強度が生じるが、図10におい
て、風胴33内の被測定ガス24の風速が1.4m/s
の場合、8kV/m以上の電界を掛けることにより、イ
オンを100%捕集できることが判る。同様に、風速が
3.6m/sの場合は18kV/mの電界を掛け、風速
が4.9m/sの場合は25kV/mの電界を掛けるこ
とにより、イオンを100%捕集できることが判る。
Next, the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61
The strength of the electric field created between them is related to the ion collection efficiency. In both cases, an electric field strength is generated between the ion exchange electrode 31 which is a wire mesh electrode and the repulsion electrode 61. In FIG. The wind speed of the gas to be measured 24 is 1.4 m / s
In the case of (1), it is understood that 100% of ions can be collected by applying an electric field of 8 kV / m or more. Similarly, when the wind speed is 3.6 m / s, an electric field of 18 kV / m is applied, and when the wind speed is 4.9 m / s, an electric field of 25 kV / m is applied, whereby 100% of ions can be collected. .

【0071】図11は、イオンを100%捕集する時の
風速と必要最小限の電界強度の関係を示したものであ
り、このように、風速vと電界強度Eとの間には以下に
示す式の関係が成り立つことがわかった。 E[V/m]=5.5×103×v[m/s]
FIG. 11 shows the relationship between the wind speed and the required minimum electric field strength when 100% of the ions are collected. As described above, the relationship between the wind speed v and the electric field strength E is as follows. It was found that the relationship of the formulas shown holds. E [V / m] = 5.5 × 10 3 × v [m / s]

【0072】従って、被測定ガス24中のイオンを測定
する際には、上記の式を満足するように、イオン交換電
極31と反発電極61間の距離および反発電極61に印
加する電圧を設計するのが好ましい。
Therefore, when measuring the ions in the gas to be measured 24, the distance between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61 and the voltage applied to the repulsion electrode 61 are designed so as to satisfy the above equation. Is preferred.

【0073】このように、イオン変換電極であるイオン
交換電極31の下流側に反発電極61を絶縁的に風胴3
2に取り付けることにより、被測定ガス24のイオンを
100%捕集でき、被測定ガス24中のイオン濃度を正
確に測定することができる。
As described above, the repulsion electrode 61 is insulated and provided downstream of the ion exchange electrode 31 which is an ion conversion electrode.
By attaching to 2, the ion of the measured gas 24 can be collected 100%, and the ion concentration in the measured gas 24 can be accurately measured.

【0074】また、本実施の形態では、測定したい極性
のイオンのみをイオン交換電極31と反発電極61との
間の電界の力によって移動させて測定することができる
から、イオン交換電極31には、測定したくない極性の
イオンを衝突させないようにすることにより、測定した
い極性のイオンの濃度測定の精度を高めることができ
る。
In the present embodiment, since only ions of the polarity to be measured can be moved by the force of the electric field between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61 for measurement, the ion exchange electrode 31 By preventing collision of ions of a polarity that is not desired to be measured, it is possible to improve the accuracy of concentration measurement of ions of a polarity that are desired to be measured.

【0075】すなわち、図7に示すように、イオン交換
電極31は、金網開口率を少なくとも80%以上にする
ことにより、風速に依存せずに、風胴32内に取り込ん
だ被測定ガス24中のイオンをほぼ100%通過させる
ことができる。従って、反発電極61が付設されている
イオン量測定装置では、イオン交換電極31の金網の開
口率を少なくとも80%以上にして、イオン交換電極3
1を設計するのが好ましい。
That is, as shown in FIG. 7, by setting the opening ratio of the wire mesh to at least 80% or more, the ion exchange electrode 31 is provided in the gas to be measured 24 taken into the wind tunnel 32 without depending on the wind speed. Nearly 100% of the ions can be passed. Therefore, in the ion amount measuring device provided with the repulsion electrode 61, the opening ratio of the wire mesh of the ion exchange electrode 31 is set to at least 80% or more, and the ion exchange electrode 3
Preferably, one is designed.

【0076】このように、イオン交換電極31の金網の
開口率を大きくすることにより、被測定ガス24中の意
図しないイオン通過させ、測定しようとするイオンを反
発電極により反発させてイオン交換電極31に捕獲する
ことができので、イオンを選択的にかつ効率良く捕集で
き、被測定ガス24中のイオン濃度をより精度良く測定
できる。
As described above, by increasing the opening ratio of the wire mesh of the ion exchange electrode 31, unintended ions in the gas to be measured 24 are passed, and the ions to be measured are repelled by the repulsion electrode, so that the ion exchange electrode 31 Therefore, ions can be selectively and efficiently collected, and the ion concentration in the gas to be measured 24 can be measured more accurately.

【0077】なお、上記実施の形態では、イオン交換電
極31の電位はゼロとし、反発電極61に所定量の正ま
たは負極性電荷が印加されるようにして、イオン交換電
極31と反発電極61間に電界を作る場合について示し
たが、図12に示すように、直流電圧調節装置51を、
電気量処理部35内の電流−電圧変換器を構成している
高入力インピーダンスの演算増幅器Dの被反転流力端子
Pに接続して(図1(B))、正または負の電圧を切り
替えて印加し、演算増幅器Dの基準電位を正または負電
位に設定して、イオン交換電極31を正または負極性に
帯電されるようにしてもよい。これにより、測定したい
イオンの電荷とは異なる極性のイオンがイオン交換電極
31に衝突することを防ぐことができ、被測定ガス24
中のイオン濃度をより正確に測定することができる効果
がある。また、反発電極61に印加する電圧値を小さく
することができ、直流電源38の容量を小さくできるた
め、イオン量測定装置の性能を落とさずに低コスト化で
きる効果がある。
In the above embodiment, the potential of the ion exchange electrode 31 is set to zero, and a predetermined amount of positive or negative charge is applied to the repulsion electrode 61 so that the potential between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61 is reduced. Although the case where an electric field is generated has been described, as shown in FIG.
A positive or negative voltage is switched by connecting to the inverted fluid force terminal P of the high input impedance operational amplifier D constituting the current-voltage converter in the electric quantity processing unit 35 (FIG. 1B). And the reference potential of the operational amplifier D is set to a positive or negative potential so that the ion exchange electrode 31 is charged to a positive or negative polarity. Thus, it is possible to prevent ions having a polarity different from the charge of the ions to be measured from colliding with the ion exchange electrode 31, and the gas to be measured 24
There is an effect that the ion concentration in the inside can be measured more accurately. Further, since the voltage value applied to the repulsion electrode 61 can be reduced and the capacity of the DC power supply 38 can be reduced, there is an effect that the cost can be reduced without deteriorating the performance of the ion amount measuring device.

【0078】実施の形態4.この実施の形態は、図13
〜14に示すように、反発電極を、風胴内で、気流の方
向に両端開口の1つ以上の金属導管72をガス流通可能
に配置して、イオン交換電極を、金属導管72内に同軸
状に張設した金属導線61とし、導管には被測定イオン
電荷と反対極性の電位が印加され、導線には、電気量処
理部35が接続される。
Embodiment 4 This embodiment is shown in FIG.
As shown in FIGS. 14 to 14, one or more metal conduits 72 having both ends open in the direction of the air flow are arranged in the wind tunnel so as to allow gas flow, and the ion exchange electrode is coaxially arranged in the metal conduit 72. A metal conductor 61 stretched in a shape, a potential having the opposite polarity to the ion charge to be measured is applied to the conduit, and the electric quantity processing unit 35 is connected to the conductor.

【0079】この実施形態は、反発電極を円筒形状金属
導管72から構成するようにし、金属導管72は絶縁さ
れた風胴32に絶縁的に取り付けられて、金属導管72
内の被測定ガス24が流れる各流路内の中心部分に、絶
縁支持板を介して導線、即ち、線電極71を支持するよ
うにし、金属導管72に測定するイオンと同じ極性の電
圧を直流電源38より印加するものである。
This embodiment allows the repelling electrode to consist of a cylindrical metal conduit 72 which is insulated from the insulated wind tunnel 32 and
In the central portion of each flow path through which the gas to be measured 24 flows, a conductive wire, that is, a wire electrode 71 is supported via an insulating support plate, and a voltage having the same polarity as the ions to be measured is applied to the metal conduit 72 by DC. This is applied from the power supply 38.

【0080】このような測定装置で、被測定雰囲気から
吸引ファン33によって取り込まれた被測定ガス24
は、金属導管72内の各流路に一定の割合で分割されて
流路内に浸入する。反発電極としての金属導管72には
測定しているイオンと同じ極性の電圧が直流電源38よ
り印加されている。すなわち、正イオン測定時には正極
性の電圧が金属導管72に印加され、負イオン測定時に
は負極性の電圧が金属導管72に印加される。これによ
り、正イオン測定時には金属導管72から線電極71に
向かう電界が、また、負イオン測定時には金属導管72
から線電極71に向かう電界が、金属導管72の風胴内
面と線電極71の間に発生する。従って、金属導管72
と導線、即ち、線電極71の間に浸入したイオンは電界
の力を受けて線電極71に向かって移動し、最終的には
線電極71に衝突して電荷を線電極71に供給する。線
電極71は絶縁支持板73により絶縁設置されているの
で、線電極71に供給された電荷は電気量処理部35に
向かってのみ電流として流れ出す。
With such a measuring device, the gas to be measured 24 taken in by the suction fan 33 from the atmosphere to be measured is
Is divided at a fixed rate into each flow path in the metal conduit 72 and penetrates into the flow path. A voltage having the same polarity as the ions being measured is applied to the metal conduit 72 as the repelling electrode from the DC power supply 38. That is, a positive voltage is applied to the metal conduit 72 during positive ion measurement, and a negative voltage is applied to the metal conduit 72 during negative ion measurement. Thus, the electric field from the metal conduit 72 toward the line electrode 71 is measured when measuring positive ions, and the electric field is measured when measuring negative ions.
An electric field is generated between the wire electrode 71 and the inner surface of the wind tunnel of the metal conduit 72 and the wire electrode 71. Therefore, the metal conduit 72
And the conducting wire, that is, the ions that have entered between the line electrodes 71 move toward the line electrode 71 under the force of the electric field, and eventually collide with the line electrode 71 to supply electric charges to the line electrode 71. Since the wire electrode 71 is insulated by the insulating support plate 73, the electric charge supplied to the wire electrode 71 flows out as a current only toward the electric quantity processing unit 35.

【0081】線電極71から電気量処理部35に向かっ
て流れる電流のレベルは、多くともnAレベルであるた
め、容易に測定可能な電気量レベルに電気量処理部35
で変換される。すなわち、電流に変換する場合には数m
A〜数Aレベルの電流に、電圧に変換する場合には数m
V〜数Vレベルの電圧に変換される。このようにして電
気量処理部35で変換された電気量は電気量測定部36
で測定され、線電極71から電気量処理部35に流れた
電流が求められる。
Since the level of the current flowing from the line electrode 71 toward the electric quantity processing section 35 is at most the nA level, the electric quantity processing section 35 is set to an easily measurable electric level.
Is converted by That is, when converting to current, several meters
When converting to a current of A to several A levels into a voltage, several m
It is converted into a voltage of V to several V level. The electric quantity converted by the electric quantity processing unit 35 in this way is converted into an electric quantity measurement unit 36
And the current flowing from the wire electrode 71 to the electric quantity processing unit 35 is obtained.

【0082】次に、線電極71と金属導管72間に作る
電界の強さとイオンの捕集効率の関係について述べる。
前述したように、線電極71と金属導管72間の電界場
に進入したイオンは、線電極71と金属導管72間に作
られた電界によって線電極71の方に向かって移動す
る。従って、イオンを効率良く線電極71に捕集するた
めには、イオンが線電極71と金属導管72間の電界場
に存在する間にイオンを線電極71に衝突させることが
必要である。イオンが電界場に存在する時間t[s]
は、 t=L/U で表すことができ、この時間内にイオンが線電極71に
衝突する必要がある。ここで、Lは線電極71の長さ
[cm]、Uは線電極71と平行方向に向かって流れる
被測定ガス24の速度[cm/s]である。
Next, the relationship between the strength of the electric field created between the line electrode 71 and the metal conduit 72 and the ion collection efficiency will be described.
As described above, the ions that have entered the electric field between the line electrode 71 and the metal conduit 72 move toward the line electrode 71 due to the electric field created between the line electrode 71 and the metal conduit 72. Therefore, in order to efficiently collect ions on the line electrode 71, it is necessary to cause the ions to collide with the line electrode 71 while the ions are present in the electric field between the line electrode 71 and the metal conduit 72. Time t [s] during which ions are present in the electric field
Can be expressed as t = L / U, during which time the ions must collide with the line electrode 71. Here, L is the length [cm] of the line electrode 71, and U is the velocity [cm / s] of the measured gas 24 flowing in a direction parallel to the line electrode 71.

【0083】また、線電極71と金属導管72間の電界
場に進入してきたイオンが線電極71に衝突するために
移動しなければならない最大距離は、金属導管72の円
筒穴の内面と線電極71の外面との距離、すなわち、金
属導管72の円筒穴の半径Rから線電極71の半径rの
差で表すことができる。
The maximum distance that ions that have entered the electric field between the wire electrode 71 and the metal conduit 72 must travel to collide with the wire electrode 71 is determined by the inner surface of the cylindrical hole of the metal conduit 72 and the wire electrode. The distance from the outer surface of the wire 71 to the outer surface of the wire 71 can be expressed by the difference between the radius R of the cylindrical hole of the metal conduit 72 and the radius r of the wire electrode 71.

【0084】一方、線電極71と金属導管72間の電界
強度E[V/cm]は、 E=V/{(R+r)/2×ln(R/r)} で表すことができる。ここで、Vは直流電源38から金
属導管72に印加する電圧[V]である。また、イオン
がこの電界によって線電極71に向かって移動する際の
速度D[cm/s]は、 D=μ×E で表すことができる。ここで、μはイオンの移動度[c
2/V/s]である。
On the other hand, the electric field intensity E [V / cm] between the line electrode 71 and the metal conduit 72 can be expressed by E = V / {(R + r) / 2 × ln (R / r)}. Here, V is a voltage [V] applied from the DC power supply 38 to the metal conduit 72. The speed D [cm / s] at which the ions move toward the line electrode 71 by this electric field can be expressed by D = μ × E. Here, μ is the ion mobility [c
m 2 / V / s].

【0085】よって、線電極71と金属導管72間の電
界場に侵入してきたイオンが線電極71に衝突するため
に必要とする最大時間τ[s]は、 τ=(R−r)/D で表すことができる。
Therefore, the maximum time τ [s] required for ions entering the electric field between the line electrode 71 and the metal conduit 72 to collide with the line electrode 71 is: τ = (R−r) / D Can be represented by

【0086】イオンを効率良く線電極71に捕集するた
めには、イオンが電界場に存在する時間tよりもイオン
が線電極71に衝突するまでにかかる時間τが短くなる
ことが必要となる。すなわち、以下の関係式が成り立つ
ように、金属導管72に直流電源38から印加する電圧
を決定する必要がある。 V≧{(R2−r2)×U×ln(R/r)}/(2×L×
μ)
In order to efficiently collect ions on the line electrode 71, the time τ required for the ions to collide with the line electrode 71 must be shorter than the time t during which the ions exist in the electric field. . That is, it is necessary to determine the voltage applied from the DC power supply 38 to the metal conduit 72 so that the following relational expression holds. V ≧ {(R 2 −r 2 ) × U × ln (R / r)} / (2 × L ×
μ)

【0087】このように、円筒形状の貫通孔が平行にい
くつかあいている金属導管72から構成し、金属導管7
2内の被測定ガス24が流れる各流路内の中心部分に絶
縁支持板で線電極71を支持すると共に、金属導管72
に測定するイオンと同じ極性の電圧を直流電源38より
印加するようにしたので、被測定ガス24のイオンを極
性別に分離しながら、測定したい極性のイオンのみを1
00%捕集でき、被測定ガス24中のイオン濃度を正確
に測定することができる効果がある。
As described above, the metal conduit 72 is constituted by the metal conduit 72 having a plurality of cylindrical through holes formed in parallel.
The line electrode 71 is supported by an insulating support plate at a central portion in each flow path through which the gas to be measured 24 flows, and a metal conduit 72 is provided.
Since the voltage of the same polarity as that of the ions to be measured is applied from the DC power supply 38, only the ions of the polarity to be measured are separated by one while separating the ions of the gas to be measured 24 by polarity.
Thus, there is an effect that the ion concentration in the gas to be measured 24 can be accurately measured.

【0088】なお、上記実施の形態では、線電極71の
電位はゼロとし、金属導管72に所定量の正または負極
性電荷が印加されるようにして、線電極71と金属導管
72間に電界を作る場合について示したが、図14に示
すように、直流電圧調節装置51により、電気量処理部
35内の電流−電圧変換器を構成している高入力インピ
ーダンスの演算増幅器の基準電位を正または負電位にし
て、線電極71を正または負極性に帯電されるようにし
ても良い。これにより、測定したい極性とは異なる極性
のイオンを線電極71に衝突することを防ぐことがで
き、被測定ガス24中のイオン濃度をより正確に測定す
ることができる効果がある。また、金属導管72に印加
する電圧値を小さくすることができ、直流電源38の容
量を小さくできるため、イオン量測定装置の性能を落と
さずに低コスト化できる。
In the above embodiment, the potential of the line electrode 71 is set to zero, and a predetermined amount of positive or negative charge is applied to the metal conduit 72 so that an electric field is applied between the line electrode 71 and the metal conduit 72. However, as shown in FIG. 14, the DC voltage regulator 51 corrects the reference potential of the high input impedance operational amplifier constituting the current-to-voltage converter in the electric quantity processing unit 35, as shown in FIG. Alternatively, the line electrode 71 may be charged to a positive or negative polarity by setting a negative potential. Accordingly, it is possible to prevent ions having a polarity different from the polarity desired to be measured from colliding with the line electrode 71, and it is possible to more accurately measure the ion concentration in the measured gas 24. Further, since the voltage value applied to the metal conduit 72 can be reduced and the capacity of the DC power supply 38 can be reduced, the cost can be reduced without deteriorating the performance of the ion amount measuring device.

【0089】実施の形態5.図15は、この発明の実施
の形態5によるガス中イオン量測定装置を示すが、風胴
の開口部が、イオン交換電極31設置部の直径よりも縮
径された例を示している。
Embodiment 5 FIG. 15 shows an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to Embodiment 5 of the present invention, but shows an example in which the opening of the wind tunnel is smaller than the diameter of the installation part of the ion exchange electrode 31.

【0090】異径風胴32は、開口部側の異径風胴81
からイオン交換電極31に近づくにつれて断面が大きく
なっているので、取り込まれた被測定ガス24中の流速
はイオン交換電極31に近づくほど遅くなる。このよう
に流速が遅くなると、イオンの移動速度も遅くなるた
め、イオンがイオン交換電極31と衝突する確率が高く
なり、イオンの捕集効率がよく、イオン交換電極31に
電荷を供給することができるようになる。なお、空間か
ら取り込んだ被測定ガス24をイオン交換電極31に一
様に供給できるように、異径風胴81の断面形状および
イオン交換電極31の形状は円形とし、異径風胴81と
イオン交換電極31は同軸直線状に存在するようにする
ことが望ましい。
The different diameter wind tunnel 32 is provided with a different diameter wind tunnel 81 on the opening side.
Since the cross section becomes larger as approaching the ion exchange electrode 31 from above, the flow velocity of the gas to be measured 24 taken in becomes slower as approaching the ion exchange electrode 31. When the flow velocity is slow as described above, the moving speed of the ions is also slow, so that the probability that the ions collide with the ion exchange electrode 31 increases, the ion collection efficiency is high, and the charge can be supplied to the ion exchange electrode 31. become able to. In order to uniformly supply the gas 24 to be measured taken in from the space to the ion exchange electrode 31, the cross-sectional shape of the different diameter wind tunnel 81 and the shape of the ion exchange electrode 31 are circular. It is desirable that the exchange electrode 31 exist in a coaxial straight line.

【0091】このように、被測定ガス24入口部の断面
よりもイオン交換電極31設置部の断面が大きくなって
いる異径風胴を備えるようにしたもので、被測定ガス中
のイオンを捕集する効率をさらに高めることができ、被
測定ガス24中のイオン濃度をさらに正確に測定するこ
とができる効果がある。
As described above, the apparatus is provided with a different diameter wind tunnel in which the section of the ion exchange electrode 31 is larger than the section of the inlet of the gas to be measured 24, and traps ions in the gas to be measured. The efficiency of collection can be further increased, and the ion concentration in the gas to be measured 24 can be measured more accurately.

【0092】実施の形態6.この実施形態は、風胴中
に、誘導電極をイオン交換の前に配置した例を示す。誘
導電極91は、測定しようとする極性のイオンのみを後
方のイオン変換電極に供給するためのものであって、イ
オン誘導電極91は、絶縁的に風胴32に取り付けるた
めの絶縁支持台92に固定されており、直流電源38に
接続されて、所望の極性の電圧を誘導電極92に印加す
ることができる。
Embodiment 6 FIG. This embodiment shows an example in which an induction electrode is arranged in a wind tunnel before ion exchange. The induction electrode 91 is for supplying only ions of the polarity to be measured to the rear ion conversion electrode, and the ion induction electrode 91 is provided on an insulating support base 92 for insulatingly attaching to the wind tunnel 32. It is fixed and connected to the DC power supply 38 so that a voltage of a desired polarity can be applied to the induction electrode 92.

【0093】イオン誘導電極91は開口率を高め、でき
るだけ被測定ガス24中のイオンと衝突しない構造、す
なわち、線径の小さい金属線で編んだ目が粗い金網のよ
うな形になっているため、イオンはイオン誘導電極に衝
突せずに、イオン誘導電極91とイオン交換電極31の
間の空間に進入する。なお、空間から取り込んだ被測定
ガス24をイオン交換電極31に一様に供給できるよう
に、風胴32の断面および金網電極の形状は円形とし、
風胴32とイオン交換電極31は同軸直線状に存在する
ことが望ましい。支持台92により絶縁的に風胴32に
取り付けられたイオン誘導電極91には測定したいイオ
ンと同じ極性の電圧が直流電源38より印加される。す
なわち、正イオン測定時には正極性の電圧がイオン誘導
電極91に印加され、負イオン測定時には負極性の電圧
がイオン誘導電極91に印加される。これにより、正イ
オン測定時にはイオン誘導電極91からイオン交換電極
31に向かう電界が、また、負イオン測定時にはイオン
交換電極31からイオン誘導電極91に向かう電界が、
イオン交換電極31とイオン誘導電極91の間に発生す
る。
The ion induction electrode 91 has a structure in which the aperture ratio is increased and does not collide with the ions in the gas to be measured 24 as much as possible, that is, because the mesh woven with a metal wire having a small diameter has a shape like a coarse metal net. The ions enter the space between the ion induction electrode 91 and the ion exchange electrode 31 without colliding with the ion induction electrode. The cross section of the wind tunnel 32 and the shape of the wire mesh electrode are circular so that the gas to be measured 24 taken in from the space can be uniformly supplied to the ion exchange electrode 31.
It is desirable that the wind tunnel 32 and the ion exchange electrode 31 exist coaxially and linearly. A voltage having the same polarity as that of ions to be measured is applied from a DC power supply 38 to an ion induction electrode 91 attached to the wind tunnel 32 insulated by a support base 92. That is, a positive voltage is applied to the ion induction electrode 91 during positive ion measurement, and a negative voltage is applied to the ion induction electrode 91 during negative ion measurement. Thereby, the electric field from the ion induction electrode 91 toward the ion exchange electrode 31 during the positive ion measurement, and the electric field from the ion exchange electrode 31 toward the ion induction electrode 91 during the negative ion measurement,
It occurs between the ion exchange electrode 31 and the ion induction electrode 91.

【0094】従って、被測定雰囲気からの被測定ガス2
4は、一定風量で風胴32を通って誘導電極91を通過
し、イオン誘導電極91を通過したイオンは、イオン誘
導電極91とイオン交換電極31の間に進入し、ここ
で、電界の力を受けて極性の違いによって、正イオンと
負イオンとが分離され、測定する極性のイオンのみがイ
オン交換電極31に向かって移動し、最終的にはイオン
交換電極31に衝突して電荷をイオン交換電極31に渡
す。
Therefore, the gas to be measured 2 from the atmosphere to be measured is
Reference numeral 4 denotes an ion passing through the induction electrode 91 through the wind tunnel 32 at a constant airflow, and the ions passing through the ion induction electrode 91 enter between the ion induction electrode 91 and the ion exchange electrode 31, where the force of the electric field is applied. As a result, positive ions and negative ions are separated by the difference in polarity, and only ions of the polarity to be measured move toward the ion-exchange electrode 31, and eventually collide with the ion-exchange electrode 31 to charge the ions. Transfer to the exchange electrode 31.

【0095】イオン交換電極31は支持板34により絶
縁設置されているので、イオン交換電極31に供給され
た電荷は電気量処理部35に向かってのみ電流として流
れ、電気量処理部35により、測定可能な電圧レベルで
変換される。
Since the ion-exchange electrode 31 is insulated by the support plate 34, the electric charge supplied to the ion-exchange electrode 31 flows as a current only toward the electric quantity processing section 35, and is measured by the electric quantity processing section 35. Converted at possible voltage levels.

【0096】このように、測定したい極性のイオンのみ
をイオン交換電極31に供給するための誘導電極を備え
るようにしたので、被測定ガス24中の正極性のイオン
量と負極性のイオン量を別個に測定することができ、測
定したい極性のイオンのみを捕集できるため、被測定ガ
ス24中の測定したい極性のイオンの濃度を正確に測定
できる効果がある。
As described above, since the induction electrode for supplying only the ion of the polarity to be measured to the ion exchange electrode 31 is provided, the amount of the positive ion and the amount of the negative ion in the gas 24 to be measured can be reduced. Since measurement can be performed separately and only ions of the polarity to be measured can be collected, there is an effect that the concentration of ions of the polarity to be measured in the gas to be measured 24 can be accurately measured.

【0097】イオン誘導電極91の構造については、図
7に示すように、金網の開口率が80%以上にすれば、
風胴32内に取り込んだ被測定ガス24中のイオンをほ
ぼ100%通過させることができる。そこで、イオン濃
度を測定する際に実用的な風胴32内の風速では、イオ
ン誘導電極91の開口率を少なくとも80%以上にし
て、イオン誘導電極31を設計するのが好ましい。この
ように、イオン誘導電極91の開口率を高くすることに
より、被測定ガス24のイオンを選択的に、かつ、効率
良く捕集でき、被測定ガス24中のイオン濃度をより精
度よく測定できる効果が得られる。
As shown in FIG. 7, the structure of the ion induction electrode 91 is such that if the opening ratio of the wire mesh is 80% or more,
Almost 100% of ions in the gas to be measured 24 taken into the wind tunnel 32 can be passed. Therefore, it is preferable to design the ion induction electrode 31 by setting the opening ratio of the ion induction electrode 91 to at least 80% or more at a practical wind speed in the wind tunnel 32 when measuring the ion concentration. As described above, by increasing the aperture ratio of the ion induction electrode 91, ions of the gas to be measured 24 can be selectively and efficiently collected, and the ion concentration in the gas to be measured 24 can be measured more accurately. The effect is obtained.

【0098】なお、上記実施の形態では、イオン交換電
極31の電位はゼロとし、イオン誘導電極91に所定量
の正または負極性電荷が印加されるようにして、イオン
交換電極31とイオン誘導電極91間に電界を作る場合
について示したが、図17に示すように、直流電圧調節
装置51を電気量処理部35内の電流−電圧変換器を構
成している高入力インピーダンスの演算増幅器Dの被反
転入力端子Pに接続して、演算増幅器Dの基準電位を正
または負電位に設定して、イオン交換電極31を正また
は負極性に帯電されるようにしてもよい。これにより、
反発電極61に印加する電圧値を小さくすることがで
き、直流電源38の容量を小さくできるため、イオン量
測定装置の性能を落とさずに低コスト化できる効果があ
る。
In the above embodiment, the potential of the ion-exchange electrode 31 is set to zero, and a predetermined amount of positive or negative charge is applied to the ion-induction electrode 91. Although the case where an electric field is generated between 91 is shown, as shown in FIG. 17, the DC voltage adjusting device 51 is connected to the operational amplifier D having a high input impedance constituting the current-voltage converter in the electric quantity processing unit 35. The ion exchange electrode 31 may be positively or negatively charged by connecting to the inverted input terminal P and setting the reference potential of the operational amplifier D to a positive or negative potential. This allows
Since the voltage value applied to the repulsion electrode 61 can be reduced and the capacity of the DC power supply 38 can be reduced, there is an effect that the cost can be reduced without deteriorating the performance of the ion amount measurement device.

【0099】さらに、また、上記実施の形態では、測定
する極性のイオンのみをイオン変換電極であるイオン交
換電極31に供給するためのイオン誘導電極91が金網
構造である場合について示したが、図18に示すよう
に、イオンを分離するための電極を点状電極93とし、
その点状電極93を絶縁的に風胴32に取り付ける絶縁
支持板94で支えるようにしても良い。これにより、測
定したい極性とは異なる極性のイオンがイオン誘導電極
に衝突することを防ぐことができ、被測定ガス24中の
イオン濃度をより正確に測定することができる効果があ
る。
Further, in the above embodiment, the case where the ion induction electrode 91 for supplying only ions of the polarity to be measured to the ion exchange electrode 31 as an ion conversion electrode has a wire mesh structure has been described. As shown in FIG. 18, the electrode for separating ions is a point-like electrode 93,
The point-like electrode 93 may be supported by an insulating support plate 94 attached to the wind tunnel 32 in an insulating manner. Thus, it is possible to prevent ions having a polarity different from the polarity to be measured from colliding with the ion induction electrode, and it is possible to more accurately measure the ion concentration in the gas to be measured 24.

【0100】[0100]

【発明の効果】本発明のイオン量測定装置は、ガス中に
存在するイオンから電荷を取り除くイオン変換電極と、
このイオン変換電極にイオンを含んだガスを供給する被
測定ガス供給手段と、このイオン変換電極において発生
した電気量を処理する電気量処理部と、処理した電気量
の大きさを測定する電気量測定部とから成るので、イオ
ンが変換して得られた電気量のみを周囲のノイズなどの
影響を受けずに正確に測定でき、イオン濃度を正確に計
測できると共に、移動度が異なるイオンが数種類含まれ
ていても、被測定ガス中のイオン濃度を明確にできる。
According to the present invention, there is provided an ion amount measuring apparatus for removing an electric charge from ions present in a gas;
A measured gas supply unit for supplying a gas containing ions to the ion conversion electrode, an electric quantity processing unit for processing an amount of electricity generated in the ion conversion electrode, and an electricity quantity for measuring the magnitude of the processed amount of electricity Since it consists of a measuring unit, it is possible to accurately measure only the amount of electricity obtained by conversion of ions without being affected by ambient noise, etc., to accurately measure ion concentration and to use several types of ions with different mobilities. Even if it is included, the ion concentration in the gas to be measured can be clarified.

【0101】イオン変換電極が風胴中に配置されてガス
の流通可能な金属性多孔体であるので、電極の空間への
ガスの流通と流通過程でのイオンの電荷の受け渡しが良
好であり、イオン濃度の連続測定に適している。
Since the ion conversion electrode is disposed in the wind tunnel and is a metallic porous body through which gas can flow, the flow of gas into the space of the electrode and the transfer of ion charges during the flow process are good. Suitable for continuous measurement of ion concentration.

【0102】本発明は、金属性多孔体を金属網体とすれ
ば、風胴への固定が容易で、且つ、ガスの流通抵抗が少
なく、流通過程でイオン濃度の連続測定が容易になる。
In the present invention, if the metal porous body is a metal mesh, it can be easily fixed to the wind tunnel, the flow resistance of the gas is small, and the continuous measurement of the ion concentration in the flow process becomes easy.

【0103】また、電気量処理部内に少なくとも電流−
電圧変換回路、およびノイズ除去フィルタ回路を設ける
ようにしたので、イオン変換して得られた電気量のみを
周囲のノイズなどの影響を受けずに正確に測定でき、イ
オン濃度を正確に計測できる。
In addition, at least the current-
Since the voltage conversion circuit and the noise removal filter circuit are provided, only the amount of electricity obtained by ion conversion can be accurately measured without being affected by ambient noise and the like, and the ion concentration can be accurately measured.

【0104】風胴の少なくとも内面を電気絶縁体とすれ
ば、ガス中イオンの壁面での消耗を少なくでき、イオン
量測定精度を向上することができる。
If at least the inner surface of the wind tunnel is made of an electric insulator, the consumption of ions in the gas on the wall surface can be reduced, and the measurement accuracy of the ion amount can be improved.

【0105】風胴を導電体で構成することもでき、風胴
が接地に対して電気的に絶縁されておれば、ガス中イオ
ンの壁面での消耗を少なくでき、イオン量測定精度を向
上することができる。
The wind tunnel can be made of a conductor. If the wind tunnel is electrically insulated from the ground, the consumption of ions in the gas on the wall surface can be reduced, and the measurement accuracy of the ion amount can be improved. be able to.

【0106】イオン変換電極が、風胴に対して絶縁的に
支持されておれば、イオン変換電極に所望の極性の電位
を付加することができる。また、イオン変換電極で生成
した電荷を電気量処理部以外に逃がさずに電気量処理部
で計測することができ、イオン濃度を正確に計測できる
効果がある。
If the ion conversion electrode is insulated from the wind tunnel, a potential of a desired polarity can be applied to the ion conversion electrode. Further, the electric charge generated by the ion conversion electrode can be measured by the electric quantity processing unit without escaping to the parts other than the electric quantity processing unit, and there is an effect that the ion concentration can be accurately measured.

【0107】本発明が、特に、電位調節手段を設けて、
イオン変換電極の基準電位を任意に変更できるようにす
れば、イオン変換電極に所望の極性の電位を付加するこ
とができ、正負のイオンを分別してイオン量を測定でき
る。また、測定しない極性のイオンを排除して、測定し
たい極性のイオンだけの濃度を正確に測定できる効果が
ある。
According to the present invention, in particular, by providing a potential adjusting means,
If the reference potential of the ion conversion electrode can be arbitrarily changed, a potential of a desired polarity can be added to the ion conversion electrode, and the amount of ions can be measured by separating positive and negative ions. Also, there is an effect that the concentration of only the ion of the polarity desired to be measured can be accurately measured by eliminating ions of the polarity that is not measured.

【0108】上記の電位調整手段が、イオン変換電極に
接続する電流−電圧変換回路の作動増幅器の非反転入力
に接続した正電位と負電位とに切り替え可能な直流電源
回路とすれば、簡単に、イオン変換電極に所望の極性の
電位を付加することができ、正負のイオンを分別してイ
オン量を容易に測定できる。
If the above-mentioned potential adjusting means is a DC power supply circuit which can be switched between a positive potential and a negative potential connected to the non-inverting input of the operational amplifier of the current-voltage conversion circuit connected to the ion conversion electrode, it is simple. A potential of a desired polarity can be applied to the ion conversion electrode, and the amount of ions can be easily measured by separating positive and negative ions.

【0109】風胴内の気流中でイオンをイオン変換電極
に誘導するイオン誘導手段を風胴内に配置すれば、イオ
ン変換電極をすりぬけるイオンの捕獲とそれに伴う精度
向上に有効である。
If an ion guiding means for guiding ions to the ion conversion electrode in the air flow in the wind tunnel is disposed in the wind tunnel, it is effective to capture ions passing through the ion conversion electrode and to improve the accuracy associated therewith.

【0110】イオン誘導手段を、気流中に配置された金
属導体で、さらに直流電圧を印加する直流電源を含むも
のとすれば、イオン変換電極をすりぬけるイオンの捕獲
とそれに伴う精度向上に有効である。
If the ion inducing means is a metal conductor arranged in an air current and further includes a DC power supply for applying a DC voltage, it is effective for capturing ions passing through the ion conversion electrode and improving the accuracy associated therewith. .

【0111】イオン誘導手段が、イオン変換電極の下流
側に備えたイオン反発電極を含み、該イオン反発電極に
は、被測定イオン電荷と反対極性の電位を印加するもの
とすれば、イオン変換電極をすりぬけるイオンを反発さ
せてイオン変換電極での捕獲の確率がたかまり、それに
伴う精度向上に有効である。
If the ion inducing means includes an ion repelling electrode provided on the downstream side of the ion converting electrode, and a potential having a polarity opposite to the ion charge to be measured is applied to the ion repelling electrode, The probability of capture at the ion conversion electrode is increased by repelling the ions that pass through, and this is effective for the accompanying improvement in accuracy.

【0112】イオン反発電極が金属網体とすれば、構成
が簡単であり、イオン変換電極での捕獲の確率がたかま
り、それに伴う精度向上を簡便に実現することができ
る。
If the ion repulsion electrode is a metal net, the structure is simple, the probability of trapping by the ion conversion electrode increases, and the accompanying improvement in accuracy can be easily realized.

【0113】イオン誘導手段が、イオン変換電極の上流
側に配置したイオン誘導電極を含み、イオン誘導電極に
は、被測定イオン電荷と同極性の電位を印加するように
すれば、イオン変換電極でのイオン捕獲の効率を高め、
測定精度の向上に有効である。
If the ion inducing means includes an ion inducing electrode arranged on the upstream side of the ion converting electrode, and a potential having the same polarity as the ion charge to be measured is applied to the ion inducing electrode, To increase the efficiency of ion capture
This is effective for improving measurement accuracy.

【0114】イオン誘導電極を、開口面積比80%以上
を有するものとすれば、イオン誘導電極での被測定イオ
ンの通過を確実にし得て、捕獲効率を高めることができ
る。
When the ion induction electrode has an opening area ratio of 80% or more, the passage of ions to be measured through the ion induction electrode can be ensured, and the capture efficiency can be increased.

【0115】イオン変換電極が、ガス吸引可能な開口部
を有する風胴中に気流方向に配置された1つ又は2つ以
上の導線を利用して、各導線周りには両端開口の金属導
管をガス流通可能に配置して被測定イオン電荷と反対の
極性の電位が印加されるので、被測定イオンのほぼ完全
に捕獲を実現して、測定精度を高めることができる。
The ion conversion electrode utilizes one or two or more conductors arranged in the airflow direction in a wind tunnel having an opening capable of sucking gas, and a metal conduit having both ends opened around each conductor. Since a gas having a polarity opposite to that of the measured ion charge is applied so as to allow gas flow, the measured ions can be almost completely captured, and the measurement accuracy can be improved.

【0116】ガス供給手段を、イオン変換電極に対して
下流側に配置された吸引ファンとすれば、イオンの消耗
を伴うことなく、安定した供給速度で、イオン変換電極
に、気流中の被測定イオンを供給することができる。
When the gas supply means is a suction fan disposed downstream of the ion conversion electrode, the ion conversion electrode is supplied to the ion conversion electrode at a stable supply speed without any consumption of ions. Ions can be supplied.

【0117】ガス供給手段には、ファンを駆動するモー
タに直流モータを使用すれば、ファンの回転が安定であ
り、雑音も少なく、イオン量測定精度の維持に有効であ
る。
If a DC motor is used as the gas supply means for driving the fan, the rotation of the fan is stable, the noise is small, and the measurement accuracy of the ion amount is effective.

【0118】風胴の開口部を、イオン変換電極の配置位
置の風胴径よりも拡径しておくと、層流状態での吸入風
量を大きくできて、イオン量測定感度を高めることがで
きる。
If the diameter of the opening of the wind tunnel is made larger than the diameter of the wind tunnel at the position where the ion conversion electrode is disposed, the intake air volume in a laminar flow state can be increased, and the sensitivity for measuring the ion volume can be increased. .

【0119】風胴の開口部が、イオン変換部位置の風胴
径よりも縮径されていると、イオン変換部位置での流速
を低下させることができ、イオンの捕獲効率を高めて、
測定精度を向上することができる。
When the diameter of the opening of the wind tunnel is smaller than the diameter of the wind tunnel at the position of the ion conversion unit, the flow velocity at the position of the ion conversion unit can be reduced, and the efficiency of capturing ions can be increased.
Measurement accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態に係るガス中イオン量
測定装置の模式的断面図(A)と電気量処理部のブロッ
ク図(B)。
FIG. 1 is a schematic sectional view (A) of a device for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention, and a block diagram (B) of an electric quantity processing unit.

【図2】 この発明の実施の形態係るガス中イオン量測
定装置の模式的断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態に係るガス中イオン量
測定装置の模式的断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図4】 被測定ガス流が層流になる際のガス流量と風
胴直径の関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a gas flow rate and a wind tunnel diameter when a gas flow to be measured becomes a laminar flow.

【図5】 この発明の実施の形態による拡径した空洞の
ガス中イオン量測定装置の模式的断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas of a cavity whose diameter is enlarged according to an embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態によるガス中イオン量
測定装置の模式的断面図。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図7】 イオン交換電極の金網の開口率とイオン交換
電極におけるイオン捕集率の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an opening ratio of a metal mesh of an ion exchange electrode and an ion collection rate in the ion exchange electrode.

【図8】 この発明の実施の形態によるガス中イオン量
測定装置の模式的断面図。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図9】 この発明の実施の形態によるガス中イオン量
測定装置の模式的断面図。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図10】 イオン交換電極31と反発電極61間の電
界強度がイオン交換電極31におけるイオン捕集率に与
える影響を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the effect of the electric field intensity between the ion exchange electrode 31 and the repulsion electrode 61 on the ion collection rate of the ion exchange electrode 31.

【図11】 イオンを100%捕集する時の風速と必要
最小限の電界強度の関係を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing a relationship between a wind speed and a required minimum electric field strength when 100% of ions are collected.

【図12】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図13】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図15】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図16】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 16 is a schematic sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図18】 この発明の実施の形態によるガス中イオン
量測定装置の模式的断面図。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the amount of ions in gas according to an embodiment of the present invention.

【図19】 従来のガス中イオン量測定装置のブロック
図。
FIG. 19 is a block diagram of a conventional apparatus for measuring the amount of ions in gas.

【図20】 従来のガス中イオン量測定装置の示す回路
図。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a conventional gas ion amount measuring apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 イオン交換電極、32 風胴、33 送風機、3
4 支持台、35 電気量処理部、36 電気量測定
部、41 開口部、51 直流電圧調節装置、61反発
電極、62 支持台、71 線電極、72 金属導管、
81 異径風胴、91 イオン誘導電極、92 絶縁支
持台、93 点状電極、94 絶縁支持板。
31 ion exchange electrode, 32 wind tunnel, 33 blower, 3
4 support stand, 35 electricity quantity processing unit, 36 electricity quantity measurement unit, 41 opening, 51 DC voltage regulator, 61 repulsion electrode, 62 support stand, 71 wire electrode, 72 metal conduit,
81 Different diameter wind tunnel, 91 ion induction electrode, 92 insulating support base, 93 point electrode, 94 insulating support plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花里 善夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 安居院 憲彰 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宇野 淳一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 森 美喜男 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 高杉 茂 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 掛川 勇二 長野県長野市稲里町下氷鉋1163番地 長野 日本無線株式会社内 (72)発明者 谷屋 明彦 長野県長野市稲里町下氷鉋1163番地 長野 日本無線株式会社内 Fターム(参考) 5C030 AA02 AB06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Yoshio Hanasa, 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo In-house Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Noriaki Yasuiin 2-3-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside of Mitsubishi Electric Co., Ltd. (72) Junichi Uno 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Co., Ltd. (72) Mikio Mori 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Electric Machinery Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Takasugi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Kakegawa 1163 Shimosei Plane, Inari-cho, Nagano City, Nagano Prefecture Inside Nagano Japan Radio Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Taniya 1163 Shimoyo Plane, Inari-cho, Nagano City, Nagano Prefecture F-term in Nagano Japan Radio Co., Ltd. 5C030 AA02 AB06

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 雰囲気ガス流を形成する風胴と、該風胴
中に配置されて被測定ガス中に存在するイオンの電荷を
受けるイオン変換電極と、イオン変換電極に該ガスを供
給するガス供給手段と、イオン変換電極に発生した電気
量を電気信号に変換する電気量処理部と、電気信号から
イオン電気量の大きさを算出する電気量測定部と、から
成るガス中イオン量の測定装置。
1. A wind tunnel for forming an atmosphere gas flow, an ion conversion electrode disposed in the wind tunnel to receive an electric charge of ions present in a gas to be measured, and a gas for supplying the gas to the ion conversion electrode Measurement of the amount of ions in a gas, comprising: a supply unit, an electric amount processing unit that converts an electric amount generated in the ion conversion electrode into an electric signal, and an electric amount measuring unit that calculates the magnitude of the ion electric amount from the electric signal. apparatus.
【請求項2】 イオン変換電極が、風胴中に配置されて
ガスの流通可能な金属性多孔体である請求項1に記載の
測定装置。
2. The measuring device according to claim 1, wherein the ion conversion electrode is a metallic porous body arranged in a wind tunnel and through which gas can flow.
【請求項3】 金属性多孔体が金属網体である請求項2
に記載の測定装置。
3. The metal porous body is a metal net.
The measuring device according to item 1.
【請求項4】 電気量処理部が、電気量を電圧信号に変
換する電流−電圧変換回路と、電圧信号のノイズ除去フ
ィルタ回路とを含む請求項1ないし3いずれかに記載の
測定装置。
4. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the electric quantity processing unit includes a current-voltage conversion circuit for converting the electric quantity into a voltage signal, and a noise removal filter circuit for the voltage signal.
【請求項5】 風胴が、少なくとも内面が電気絶縁体で
ある請求項1又は2に記載の測定装置。
5. The measuring device according to claim 1, wherein at least the inner surface of the wind tunnel is an electric insulator.
【請求項6】 風胴が、導電体で構成され、該風胴が接
地に対して電気的に絶縁されている請求項1又は2記載
の測定装置。
6. The measuring device according to claim 1, wherein the wind tunnel is formed of a conductor, and the wind tunnel is electrically insulated from ground.
【請求項7】 イオン変換電極が、風胴に対して絶縁的
に支持されている請求項1ないし6いずれかに記載の測
定装置。
7. The measuring device according to claim 1, wherein the ion conversion electrode is insulated from the wind tunnel.
【請求項8】 イオン変換電極の基準電位を任意に変更
できる電位調節手段を設けた請求項1ないし7いずれか
に記載の測定装置。
8. The measuring device according to claim 1, further comprising potential adjusting means for arbitrarily changing a reference potential of the ion conversion electrode.
【請求項9】 イオン変換電極が、電流−電圧変換回路
の差動演算器の反転入力に接続され、上記の電位調整手
段が、電流−電圧変換回路の作動増幅器の非反転入力に
接続した正電位と負電位とに切り替え可能な直流電源回
路である請求項8に記載の測定装置。
9. An ion conversion electrode is connected to an inverting input of a differential operation unit of the current-voltage conversion circuit, and the potential adjusting means is connected to a non-inversion input of a working amplifier of the current-voltage conversion circuit. The measuring device according to claim 8, wherein the measuring device is a DC power supply circuit that can be switched between a potential and a negative potential.
【請求項10】 風胴内の気流中でイオンをイオン変換
電極に誘導するイオン誘導手段を風胴内に配置した請求
項1ないし9いずれかに記載の測定装置。
10. The measuring apparatus according to claim 1, wherein an ion guiding means for guiding ions to an ion conversion electrode in an air flow in the wind tunnel is disposed in the wind tunnel.
【請求項11】 イオン誘導手段は、気流中に配置され
た金属導体であり、金属導体には直流電圧を印加する直
流電源を含む請求項10に記載の測定装置。
11. The measuring apparatus according to claim 10, wherein the ion guiding means is a metal conductor arranged in an air flow, and the metal conductor includes a DC power supply for applying a DC voltage.
【請求項12】 イオン誘導手段が、イオン変換電極の
下流側に備えたイオン反発電極を含み、該イオン反発電
極には、被測定イオン電荷と反対極性の電位を印加する
請求項11に記載の測定装置。
12. The ion repelling electrode according to claim 11, wherein the ion inducing means includes an ion repelling electrode provided on the downstream side of the ion conversion electrode, and applies a potential having a polarity opposite to the ion charge to be measured to the ion repelling electrode. measuring device.
【請求項13】 イオン反発電極が金属網体である請求
項12に記載の測定装置。
13. The measuring device according to claim 12, wherein the ion repulsion electrode is a metal net.
【請求項14】 イオン誘導手段が、イオン変換電極の
上流側に配置したイオン誘導電極を含み、該イオン誘導
電極には、被測定イオン電荷と同極性の電位を印加する
請求項10または11に記載の測定装置。
14. The ion induction device according to claim 10, wherein the ion induction means includes an ion induction electrode arranged on the upstream side of the ion conversion electrode, and a potential having the same polarity as the ion charge to be measured is applied to the ion induction electrode. The measuring device as described.
【請求項15】 イオン誘導電極が、開口面積比80%
以上を有する請求項14に記載の測定装置。
15. The ion induction electrode has an opening area ratio of 80%.
The measuring device according to claim 14 having the above.
【請求項16】 イオン変換電極が、ガス吸引可能な開
口部を有する風胴中に気流方向に配置された1つ又は2
つ以上の導線であり、各導線周りには両端開口の金属導
管をガス流通可能に配置して被測定イオン電荷と反対の
極性の電位が印加される請求項1及び4ないし9いずれ
かに記載の測定装置。
16. One or two ion conversion electrodes arranged in a gas flow direction in a wind tunnel having an opening through which gas can be sucked.
10. A conductive wire according to claim 1, wherein at least one conductive wire is provided, and a metal conduit having openings at both ends is arranged around the conductive wire so that gas can flow therethrough, and a potential having a polarity opposite to the ionic charge to be measured is applied. Measuring device.
【請求項17】 ガス供給手段が、イオン変換電極に対
して下流側に配置された吸引ファンである請求項1ない
し16いずれかに記載の測定装置。
17. The measuring device according to claim 1, wherein the gas supply means is a suction fan arranged downstream of the ion conversion electrode.
【請求項18】 ガス供給手段は、ファンを駆動するモ
ータが直流モータである請求項17に記載の測定装置。
18. The measuring apparatus according to claim 17, wherein the motor for driving the fan in the gas supply means is a DC motor.
【請求項19】 風胴の開口部が、イオン変換電極の配
置位置の風胴径よりも拡径されている請求項1ないし1
8いずれかに記載の測定装置。
19. The wind tunnel according to claim 1, wherein an opening of the wind tunnel is larger than a diameter of the wind tunnel at a position where the ion conversion electrode is arranged.
8. The measuring device according to any one of 8 above.
【請求項20】 風胴の開口部が、イオン変換部位置の
風胴径よりも縮径されている請求項1ないし18いずれ
かに記載の測定装置。
20. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the opening of the wind tunnel is smaller than the diameter of the wind tunnel at the position of the ion conversion unit.
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