RU2176080C1 - Ionization pickup - Google Patents
Ionization pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2176080C1 RU2176080C1 RU2000121214A RU2000121214A RU2176080C1 RU 2176080 C1 RU2176080 C1 RU 2176080C1 RU 2000121214 A RU2000121214 A RU 2000121214A RU 2000121214 A RU2000121214 A RU 2000121214A RU 2176080 C1 RU2176080 C1 RU 2176080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ionization
- electrode
- chamber
- electrodes
- longitudinal axis
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для анализа воздуха на присутствие в нем аэрозолей и может быть применено в качестве пожарного датчика для обнаружения возгораний на ранней стадии или сигнализатора выбросов вредных (токсичных) аэрозолей в разных отраслях промышленности. The invention relates to devices for analyzing air for the presence of aerosols in it and can be used as a fire detector for detecting fires at an early stage or as an indicator of emissions of harmful (toxic) aerosols in various industries.
Известен проточно-ионизационный датчик для анализов газов и паров, включающий корпус со штуцером - потенциальным электродом для ввода газа, снабженный соплом из электроизоляционного материала с коммуникацией для анализируемого газа, источник ионизации из радиоактивного материала, установленный на внутренней поверхности штуцера, и измерительный электрод в виде цилиндра, расположенного в корпусе коаксиально центральной оси /1/. Known flow-through ionization sensor for analysis of gases and vapors, including a housing with a fitting - a potential electrode for introducing gas, equipped with a nozzle of electrical insulation material with communication for the analyzed gas, an ionization source of radioactive material mounted on the inner surface of the fitting, and a measuring electrode in the form a cylinder located in the housing coaxially with the central axis / 1 /.
Недостатком такого устройства является то, что для определения концентрации газов в воздухе требуется применение дополнительного газа-носителя, который смешивается с анализируемым составом воздуха, что усложняет конструкцию прибора. The disadvantage of this device is that to determine the concentration of gases in the air requires the use of additional carrier gas, which is mixed with the analyzed composition of the air, which complicates the design of the device.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению и взятое за прототип является ионизационный газоанализатор, содержащий корпус, внутри которого находится проточная ионизационная камера, радиоактивный генератор ионов, электроды и измерительная схема, где между генератором ионов и электродами установлен обтекатель, образующий зазор с корпусом и одним из электродов, а другой электрод расположен вдоль центральной оси камеры и выполнен в виде отдельных секций, причем часть секций соединена с измерительной схемой, а часть заземлена, при этом корпус и обтекатель электрически соединены /2/. The closest in technical essence to the proposed solution and taken as a prototype is an ionization gas analyzer containing a housing, inside of which there is a flowing ionization chamber, a radioactive ion generator, electrodes and a measuring circuit where a fairing is installed between the ion generator and electrodes, forming a gap with the housing and one of electrodes, and the other electrode is located along the central axis of the chamber and is made in the form of separate sections, with some of the sections connected to the measuring circuit, and part of azemelena, while the housing and the fairing are electrically connected / 2 /.
Недостатками такого устройства являются низкая чувствительность, обусловленная аналоговым принципом измерения ионизационного тока, ограничение быстродействия из-за необходимости применения специального обтекателя внутри корпуса, который сужает проходное сечение для воздушного потока, и отсутствие возможности автоматического контроля работоспособности ионизационного тракта датчика. The disadvantages of such a device are the low sensitivity due to the analog principle of measuring the ionization current, the speed limit due to the need to use a special fairing inside the housing, which narrows the flow cross section for the air flow, and the inability to automatically control the operability of the ionization path of the sensor.
Изобретение решает задачу повышения эффективности работы устройства путем повышения чувствительности и быстродействия измерения, расширения функциональных возможностей путем обеспечения автоматического контроля работоспособности датчика. The invention solves the problem of increasing the efficiency of the device by increasing the sensitivity and speed of measurement, expanding functionality by providing automatic control of the sensor.
Сущность изобретения заключается в том, что ионизационный датчик содержит проточную ионизационную камеру, измерительную схему, включающую генераторы импульсов, а в корпусе ионизационной камеры находится радиоактивный генератор ионов, снабженный модулирующим электродом, расположенным коаксиально вдоль продольной оси камеры и соединенным с первым генератором импульсов, а другие электроды - нейтрализации и собирающий расположены перпендикулярно продольной оси камеры, при этом электрод нейтрализации, представляющей собой сборку нескольких электропроводящих сеток, соединен со вторым генератором импульсов, собирающий электрод, выполненный из электропроводящей сетки, соединен с измерительной схемой, и все три электрода изолированы от корпуса. The essence of the invention lies in the fact that the ionization sensor contains a flow-through ionization chamber, a measuring circuit including pulse generators, and in the housing of the ionization chamber there is a radioactive ion generator equipped with a modulating electrode located coaxially along the longitudinal axis of the chamber and connected to the first pulse generator, and others the neutralization and collecting electrodes are located perpendicular to the longitudinal axis of the chamber, while the neutralization electrode, which is an assembly of several of electrically conductive grids, connected to a second pulse generator, a collecting electrode made of an electrically conductive grid, connected to a measuring circuit, and all three electrodes are isolated from the housing.
Новыми и существенными признаками, по сравнению с прототипом, являются:
- введение в измерительную схему генераторов импульсов;
- введение модулирующего электрода.New and significant features, compared with the prototype, are:
- introduction to the measuring circuit of pulse generators;
- introduction of a modulating electrode.
Совокупность этих новых признаков позволяет обеспечить дискретное формирование потока электронов и ионов, и производить цифровую обработку сигнала, что в результате обеспечивает повышение чувствительности устройства. The combination of these new features allows for discrete formation of a stream of electrons and ions, and digitally processes the signal, which results in an increase in the sensitivity of the device.
- выполнение электрода нейтрализации в виде нескольких электропроводящих сеток и расположение их перпендикулярно продольной оси камеры. - the implementation of the neutralization electrode in the form of several electrically conductive grids and their location perpendicular to the longitudinal axis of the camera.
Данное конструктивное исполнение позволяет обеспечить высокоэффективную нейтрализацию аэронов, что приводит к повышению надежности устройства. This design allows for highly effective neutralization of aerons, which leads to increased reliability of the device.
- выполнение собирающего электрода в виде электропроводящей сетки и расположение его перпендикулярно продольной оси камеры. - the implementation of the collecting electrode in the form of an electrically conductive grid and its location perpendicular to the longitudinal axis of the camera.
Такое исполнение и расположение собирающего электрода уменьшает аэродинамическое сопротивление электронов и ионов, тем самым повышает быстродействие устройства. This design and location of the collecting electrode reduces the aerodynamic drag of electrons and ions, thereby increasing the speed of the device.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства, где 1 - корпус, 2 - входной штуцер, 3 - выходной штуцер, 4 - радиоактивный генератор ионов, 5 - модулирующий электрод, 6 - электрод нейтрализации, 7 - электропроводящие сетки, 8 - собирающий электрод, 9 - измерительная схема. The drawing shows a schematic diagram of a device where 1 is a housing, 2 is an input fitting, 3 is an output fitting, 4 is a radioactive ion generator, 5 is a modulating electrode, 6 is a neutralization electrode, 7 is a conductive grid, 8 is a collecting electrode, 9 is measuring circuit.
Ионизационный датчик состоит из корпуса 1 с входным штуцером 2 для входа анализируемого воздуха и выходным штуцером 3 для выхода воздуха. В начале корпуса вдоль его продольной оси установлен радиоактивный генератор ионов 4, коаксиально установлен модулирующий электрод 5. За модулирующим электродом 5 вдоль продольной оси корпуса установлен электрод нейтрализации 6, который выполнен в виде сборки из электропроводящих сеток 7, установленных перпендикулярно продольной оси корпуса. За электродом нейтрализации 6 вдоль продольной оси датчика установлен собирающий электрод 8, который также выполнен в виде электропроводящей сетки. Электроды 5, 7, 8 изолированы от корпуса. Модулирующий электрод 5 соединен с первым генератором импульсов, а электрод нейтрализации 6 соединен со вторым генератором импульсов, при этом собирающий электрод 8 соединен с измерительной схемой 9. The ionization sensor consists of a housing 1 with an inlet nipple 2 for the input of the analyzed air and an outlet nipple 3 for the air outlet. At the beginning of the housing, a radioactive ion generator 4 is installed along its longitudinal axis, a modulating electrode 5 is coaxially mounted. A neutralizing electrode 6 is installed behind the modulating electrode 5 along the longitudinal axis of the housing, which is made in the form of an assembly of electrically conductive grids 7 mounted perpendicular to the longitudinal axis of the housing. Behind the neutralization electrode 6, a collecting electrode 8 is installed along the longitudinal axis of the sensor, which is also made in the form of an electrically conductive grid. The electrodes 5, 7, 8 are isolated from the housing. The modulating electrode 5 is connected to the first pulse generator, and the neutralization electrode 6 is connected to the second pulse generator, while the collecting electrode 8 is connected to the measuring circuit 9.
Датчик работает в двух режимах: основного, рабочего режима, обеспечивающего обнаружение аэрозолей, и режима проверки работоспособности устройства. В основном режиме при прохождении анализируемого воздуха, входящего через входной штуцер 2 в корпус 1 датчика и проходящего мимо активной зоны радиоактивного генератора ионов 4, происходит его ионизация с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов и электронов. На модулирующий электрод 5 подают импульсное напряжение прямоугольной формы с периодом следования импульсов T1, создавая переменное электрическое поле в зоне расположения радиоактивного генератора 4, при этом отрицательно заряженные ионы и электроны рекомбинируют, а положительно заряженные ионы и электроны могут выйти из зоны модулирующего электрода только в отсутствие положительного импульса с периодом T1. Попадая в зону действия электрода нейтрализации 6, положительно заряженные ионы и электроны могут пролететь через него только при отсутствии положительного импульса с периодом следования T2, при этом T1<<T2. Тяжелые частицы (аэроны) ионизируются в период отсутствия импульса на модулирующем электроде и могут беспрепятственно проходить мимо электрода нейтрализации 6, достигая собирающего электрода 8 независимо от напряжения на электроде нейтрализации 6. Вследствие дискретности заряженного потока анализируемых аэрозолей с частотой 1/T1 на собирающем электроде 8 возникает импульсный потенциал, регистрируемый цифровой измерительной схемой 9, при этом количество зарегистрированных импульсов пропорционально концентрации регистрируемых аэрозолей.The sensor operates in two modes: the main, the operating mode, which ensures the detection of aerosols, and the mode of checking the operability of the device. In the main mode, when the analyzed air passes through the inlet 2 into the sensor housing 1 and passes by the active zone of the radioactive ion generator 4, it is ionized to form positively and negatively charged ions and electrons. A rectangular voltage pulse with a pulse repetition period T 1 is applied to the modulating electrode 5, creating an alternating electric field in the area of the radioactive generator 4, while negatively charged ions and electrons recombine, and positively charged ions and electrons can leave the zone of the modulating electrode only in the absence of a positive impulse with a period of T 1 . Getting into the zone of action of the neutralization electrode 6, positively charged ions and electrons can fly through it only in the absence of a positive pulse with a repetition period T 2 , while T 1 << T 2 . Heavy particles (aerons) are ionized during the absence of a pulse on the modulating electrode and can freely pass by the neutralization electrode 6, reaching the collecting electrode 8 regardless of the voltage on the neutralization electrode 6. Due to the discreteness of the charged stream of the analyzed aerosols with a frequency of 1 / T 1 on the collecting electrode 8 there is a pulse potential recorded by a digital measuring circuit 9, while the number of recorded pulses is proportional to the concentration of recorded aerosols s.
Режим проверки работоспособности устройства осуществляется в отсутствие аэрозолей. На собирающий электрод 8 подается импульсное напряжение, а на электроде нейтрализации 6 оно отсутствует. Заряженные ионы и электроны могут беспрепятственно проходить через электрод нейтрализации 6, достигая собирающего электрода 8, при этом отсутствие импульсов на собирающем электроде свидетельствует о том, что не работает электронная схема или нет прокачки воздуха. The health check mode of the device is carried out in the absence of aerosols. A pulse voltage is supplied to the collecting electrode 8, and it is absent at the neutralization electrode 6. Charged ions and electrons can freely pass through the neutralization electrode 6, reaching the collecting electrode 8, while the absence of pulses on the collecting electrode indicates that the electronic circuit does not work or there is no air flow.
Для проверки работоспособности устройства был создан опытный образец, в котором в качестве радиоактивного генератора ионов использовался альфа-источник, а модулятор выполнен в виде цилиндра с продольными отверстиями, который располагался коаксиально вокруг источника. Нейтрализующий электрод представлял собой сборку из пяти электропроводящих сеток, а собирающий электрод выполнен в виде одной электропроводящей сетки. В качестве измерительной схемы использовался импульсный электрометр. Датчик был подключен к воздушному насосу, при этом длина воздухозаборной трубки составила 150 м с внутренним диаметром 10 мм. Расход контролируемой среды составил 30 л/мин. Датчик испытывали в диапазоне температур от +5 до +60oC, при относительной влажности до 80%. Испытания показали - чувствительность датчика составила 0,1-1 мг/м, время срабатывания не более 5 сек. Иллюстрацией высокой чувствительности и быстродействия устройства может служить пример, когда на входе воздухозаборной трубки подожгли спичку, срабатывание датчика произошло через 18 сек.To test the operability of the device, a prototype was created in which an alpha source was used as a radioactive ion generator, and the modulator was made in the form of a cylinder with longitudinal holes, which was located coaxially around the source. The neutralizing electrode was an assembly of five electrically conductive grids, and the collecting electrode is made in the form of a single electrically conductive grid. A pulse electrometer was used as a measuring circuit. The sensor was connected to an air pump, while the length of the intake pipe was 150 m with an inner diameter of 10 mm. The flow rate of the controlled medium was 30 l / min. The sensor was tested in the temperature range from +5 to +60 o C, with a relative humidity of up to 80%. Tests showed that the sensitivity of the sensor was 0.1-1 mg / m, the response time was not more than 5 seconds. An illustration of the high sensitivity and speed of the device is the example when a match was ignited at the inlet of the intake pipe, the sensor triggered after 18 seconds.
Литература
1. А.с. N 857846 "Ионизационный датчик для анализа газов и паров". Авторы Е.Б. Шмидель и др. Бюллетень N 31 от 23.08.81 г.Literature
1. A.S. N 857846 "Ionization sensor for analysis of gases and vapors." Authors E.B. Schmidel and others. Bulletin N 31 of 08.23.81.
2. А. с. N 608089 "Ионизационный газоанализатор". Авторы В.Ф. Марышев и А.М. Дмитриев. Бюллетень N 19 от 05.05.78 г. 2. A. p. N 608089 "Ionization gas analyzer." Authors V.F. Maryshev and A.M. Dmitriev. Bulletin N 19 of 05/05/78
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000121214A RU2176080C1 (en) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Ionization pickup |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000121214A RU2176080C1 (en) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Ionization pickup |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2176080C1 true RU2176080C1 (en) | 2001-11-20 |
Family
ID=20238984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000121214A RU2176080C1 (en) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Ionization pickup |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2176080C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471179C1 (en) * | 2011-09-09 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ИНКРАМ" | Ionisation gas detector and method for operation thereof |
-
2000
- 2000-08-07 RU RU2000121214A patent/RU2176080C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471179C1 (en) * | 2011-09-09 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ИНКРАМ" | Ionisation gas detector and method for operation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5317271A (en) | High voltage spark excitation and ionization detector system with adjustable sample input for sensitivity control | |
| US9035243B2 (en) | Method and a device for early detection of fires | |
| US5394091A (en) | System for detecting compounds in a gaseous sample by measuring photoionization and electron capture induced by spark excitation of helium | |
| US5572137A (en) | Portable device for detecting UV light ionizable gas or vapor | |
| US3449667A (en) | Electrogasdynamic method and apparatus for detecting the properties of particulate matter entrained in gases | |
| US7122793B1 (en) | Ion detecting apparatus and methods | |
| KR101274020B1 (en) | Analytical apparatus | |
| WO2004036206A1 (en) | Gas analysis method and ionisation detector for carrying out said method | |
| US3503711A (en) | Ammonia detection apparatus and method | |
| US3823372A (en) | Method and apparatus for measuring the total surface area concentration of particles entrained in a gas | |
| US5532599A (en) | High voltage spark excitation and ionization system including disc detector | |
| GB2255671A (en) | Drift field type mass spectrometer | |
| Mermigkas et al. | Removal of fine and ultrafine particles from air by microelectrostatic precipitation | |
| RU2176080C1 (en) | Ionization pickup | |
| US6842008B2 (en) | Gas detector with modular detection and discharge source calibration | |
| US3820015A (en) | Sensor for measuring the concentration of one gas in a multiple gas sample | |
| KR101274389B1 (en) | Measurement Sensor of Particle Matter in Exhaust Gas of Vehicle | |
| US4152935A (en) | Mass flow measuring apparatus | |
| CN111077212A (en) | Ion sensor based on FAIMS principle | |
| RU2596955C1 (en) | Electric induction fire detector | |
| JPH0627727B2 (en) | Charged particle detector for detecting fire | |
| WO2005059539A1 (en) | Ims apparatus | |
| CA2299365A1 (en) | Gas detection device and method | |
| GB2337153A (en) | Detecting ions, e.g. arising from alpha particles | |
| SU1182557A1 (en) | Method of detecting fire-hazard situation |