Opublikowano: 10.11.1972 KI. 42 1, 4/16 MKP G 01 n, 27/68 Twórca wynalazku: Czeslaw Bobrowski Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków (Polska) Magnetyczny analizator skladu mieszaniny gazów Przedmiotem wynalazku jest magnetyczny ana¬ lizator skladu mieszaniny gazów, znajdujacy za¬ stosowanie do ciaglego lub okresowego pomiaru skladu mieszaniny gazów takich jak wodór, tlen, weglowodory i inne, rózniacych sie znacznie ma¬ sami atomowymi oraz do pomiaru skladu miesza¬ niny gazów o bliskich masach atomowych jak na przyklad mieszaniny azotu i tlenu lub tez ich izo¬ topów. Ponadto magnetyczny analizator znajduje zastosowanie w polaczeniu z urzadzeniami sygna¬ lizacyjnymi i alarmowymi, do ujawniania obec¬ nosci niebezpiecznych stezen gazów toksycznych lub wybuchowych, wystepujacych zwlaszcza w za¬ mknietych pomieszczeniach.Ze znanych dotychczas masowo-spektralnych analizatorów gazów, statyczny spektrometr masowy z analiza jonów w jednorodnym polu magnetycz¬ nym sklada sie z pólkolistej komory hermetycz¬ nej, polaczonej ze zródlem i kolektorem jonów.Analizator jest wyposazony w uklad spektralny, identyfikujacy widmo masowe, a zródlo i kolektor jonów sa polaczone niezaleznymi ukladami pomp prózniowych. Wada tego analizatora jest zlozona konstrukcja, wynikajaca z rozbudowanej aparatury ukladu spektralnego oraz aparatury pomocniczej, wskutek czego analizator ma duzy ciezar i znacz¬ ne wymiary gabarytowe.Niedogodnosci dotychczasowych rozwiazan usu¬ wa magnetyczny analizator skladu mieszaniny ga¬ zów, wedlug wynalazku, skladajacy sie z próznio- 2 szczelnej obudowy, wewnatrz której znajduja sie róznoimienne sektorowe nabiegunniki, polaczone z elektromagnesem i rozmieszczone w obudowie promieniowo-symetrycznie tak, ze w ich podluznej 5 osi symetrii znajduje sie wspólsrodkowy otwór.W srodku tego otworu jest umieszczona cylindrycz¬ na, jonizacyjna komora z wspólsrodkowymi otwo» rami, usytuowanymi naprzeciw szczelin miedzy nabiegunnikami. Symetrycznie na obu koncach jo- 10 nizacyjnej komory znajduja sie, osadzone przesuw¬ nie, niemagnetyczne pierscienie z kolektorami jo¬ nów. Magnetyczny analizator jest wyposazony w dwa stale, sprzezone magnesy, sluzace do zmiany polozenia niemagnetycznych pierscieni z kolekto- 1B rami, a ponadto w przepusty, zasilajace elementy analizatora oraz w króciec do laczenia obudowy z pompa prózniowa.Magnetyczny analizator skladu mieszaniny ga¬ zów jest uwidoczniony w przykladowym rozwiaza- 20 niu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia prze¬ krój podluzny magnetycznego analizatora, a fig. 2 — jego przekrój poprzeczny w plaszczyznie A-A.Magnetyczny analizator sklada sie z próznio-* szczelnej, metalowej, cylindrycznej obudowy 1, 25 pokrytej izolacyjnym materialem 2, wewnatrz któ¬ rej znajduja sie róznoimienne, sektorowe nabie¬ gunniki 3, osadzone promieniowo-symetrycznie w niemagnetycznej plytce 4 tak, ze pomiedzy nimi wystepuja szczeliny 5 (fig. 1 i fig. 2). Nabiegunni- 30 ki 3 tego samego znaku sa polaczone za pomoca 64849•4849 3 4 ferromagnetycznych pretów 6 z cylindrycznym jarzmem 7, dociskajacym elektromagnes 8 do ze¬ wnetrznej powierzchni obudowy 1, a nabiegunniki przeciwnego znaku sa polaczone za pomoca ferro¬ magnetycznych pretów 9 z rdzeniem elektroma¬ gnesu 8. Ilosc nabiegunników 3 jest okreslona ilo¬ czynem 2k lub wykladnikiem potegowym k liczby 2, gdzie k jest liczba naturalna, wieksza od licz¬ by 1.W podluznej osi symetrii nabiegunników 3 jest wspólsrodkowy otwór 10, który w polowie wyso¬ kosci nabiegunników 3 ma srednice nieco wieksza.W otworze 10 znajduja sie niemagnetyczne tulejki 11, fl2 i 13, przylegajace do nabiegunników 3 przy czym srodkowa tulejka 11 jest usytuowana w otworze 10 o nieco yriekszej srednicy, natomiast dwie pary Julejek l£*i 13 sa rozmieszczone syme¬ trycznie wzdluz dalszej czesci otworu 10. Wewnatrz srodkowej tulejki lL«knajduje sie cylindryczna, jo¬ nizacyjna komora 14.Jonizacyjna komora 14 sklada sie z wewnetrz¬ nego magnetycznego cylindra 15 i zewnetrznego niemagnetycznego cylindra 16 oraz magnetycznych pierscieni 17 i 18. Wewnatrz komory 14 znajduje sie katoda 19, nawinieta na cylinder 15 oraz oslo¬ na 20 katody 19 z siatka .21. Zewnetrzny cylinder 16 komory 14 oraz srodkowa tulejka 11 maja otwo¬ ry 22 i 23 usytuowane w polowie ich wysokosci, naprzeciw szczelin 5, pomiedzy nabieguhnikami 3. Z obu konców komory 14 sa umieszczone syme¬ trycznie dwie pary niemagnetycznych pierscieni 24 i 25, wyposazone w dwie pary kolektorów jonów 26 i 27 oraz w slizgacze 28 i 29, prowadzone w rowkach 30 i 31 pierscieni 24 i 25. Komora 14 jest osadzona na nagwintowanym trzpieniu 32, na któ¬ rym ponadto jest zamocowany staly magnes 33 W ksztalcie cylindrycznego jarzma. Trzpien 32 jest zamocowany obrotowo-luzno jednym koncem w lozysku 34 a drugim koncem w plytce 4 oraz w podporze 35. Podpora 35 jest polaczona z niema¬ gnetyczna plytka 36, osadzona wspólsrodkowo w obudowie 1.Staly magnes 33 jest sprzezony z drugim stalym magnesem 87, wyposazonym w pokretlo 38 i osa¬ dzonym na trzpieniu 32, zamocowanym obrotowo- luzno w plytce 36 po zewnetrznej stronie obudo¬ wy 1. Ponadto w plytce 36 sa osadzone przepusty 39, zasilajace elementy magnetycznego analizatora.Magnetyczny analizator jest wyposazony w króciec 40 z zaworem 41, laczacy obudowe 1 z pompa prózniowa. Ponadto analizator zawiera uklad za¬ silajacy jonizacyjna komore 14 badanym gazem.Magnetyczny analizator skladu mieszaniny ga¬ zów, wedlug wynalazku pracuje przy uruchomionej pompie prózniowej i cisnieniu 10-" do 10~4 Tr we¬ wnatrz obudowy 1. Równoczesnie nabiegunniki 3 wraz z obudowa t sa podlaczone na napiecie ujemne 100 do 500V, katoda 19 znajduje sie na potencjale zerowym, a elementy jonizacyjnej ko¬ mory 14, polaczone metalicznie, sa podlaczone na napiecie dodatnie 100 do 200V.Emitowane przez katode 19 elektrony, przyspie¬ szane przez siatke 21, wlatuja w magnetyczne pole komory 14, w którym na skutek dzialania sil elek¬ tromagnetycznych, poruszaja sie po torach kolo¬ wych. Badany gaz, osuszony w filtrze ukladu za¬ silania, dostaje sie do jonizacyjnej komory 14, w której nastepuje jonizacja jego czastek, w wyniku zderzen z elektronami. Nastepnie jony sa wciaga- 5 ne poprzez otwory 22 w zewnetrznym cylindrze 16 jonizacyjnej komory 14 i otwory 23 w niema¬ gnetycznej tulejce 11, w szczeliny 5 miedzy na- biegunnikami 3.Podczas przeplywu pradu przez uzwojenie elek¬ tromagnesu 8, wystepuje w szczelinach 5 miedzy nabiegunnikami 3 indukcja magnetyczna o liniach sil prostopadlych do sasiadujacych ze soba plasz¬ czyzn nabiegunników 3. Wskutek dzialania induk¬ cji magnetycznej jony poruszaja sie po torach, o róznych promieniach krzywizny, w wyniku cze¬ go nastepuje rozdzial jonów wedlug mas. Promien krzywizny toru jonów jest okreslony zaleznoscia: 1 -i /2 MU gdzie R — promien toru jonu M — masa jonu q — ladunek jonu B — indukcja magnetyczna U — napiecie przyspieszajace Magnetyczny analizator skladu mieszaniny ga¬ zów, wedlug wynalazku, charakteryzuje sie znacz¬ nie mniejszymi wymiarami gabarytowymi w po¬ równaniu ze znanymi analizatorami gazów, a po¬ nadto prostota konstrukcji i latwoscia obslugi. PL