RU2464636C1 - Device for counting ions - Google Patents
Device for counting ions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464636C1 RU2464636C1 RU2011124988/08A RU2011124988A RU2464636C1 RU 2464636 C1 RU2464636 C1 RU 2464636C1 RU 2011124988/08 A RU2011124988/08 A RU 2011124988/08A RU 2011124988 A RU2011124988 A RU 2011124988A RU 2464636 C1 RU2464636 C1 RU 2464636C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- processing device
- integrator
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов как в свободной атмосфере, так и в воздухе жилых, промышленных и других помещений, где находится человек.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the concentration of ions both in a free atmosphere and in the air of residential, industrial and other premises where a person is.
Известно устройство для счета ионов газа, при котором результат измерения определяют по амплитуде импульса, возникающего на выходе входного устройства, вход которого соединен с собирающим электродом аспирационной камеры через ключ, время разомкнутого состояния которого известно и задается устройством управления, а высоковольтный электрод камеры соединен с источником ее питания (авт.свид. №474827, Устройство для счета ионов, G06m 11/00, Б.И. №23, 1975 г.). Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, обусловленная влиянием емкости аспирационной камеры на результат измерения, которая может изменяться вследствие изменения влажности исследуемого газа, геометрических размеров аспирационной камеры.A device for counting gas ions is known, in which the measurement result is determined by the amplitude of the pulse arising at the output of the input device, the input of which is connected to the collecting electrode of the suction chamber through a key, the open time of which is known and set by the control device, and the high-voltage electrode of the camera is connected to the source its power supply (autoswitch. No. 474827, Device for counting ions, G06m 11/00, B.I. No. 23, 1975). The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, due to the influence of the capacity of the suction chamber on the measurement result, which may vary due to changes in the humidity of the test gas, the geometric dimensions of the suction chamber.
Устранить этот недостаток можно путем определения концентрации аэроионов не по амплитуде, а по интегралу от импульса, появляющегося на выходе входного каскада (патент на изобретение №2267186, Способ измерения концентрации ионов, H01J 47/04, G01T 1/185, БИ №36, 2005 г.). Устройство, реализующее этот способ, содержит аспирационную камеру с высоковольтным источником питания, последовательно соединенные ключ, входное устройство, устройство обработки (интегратор, построенный на операционном усилителе) и устройство индикации, а также устройство управления, первый выход которого соединен с устройством обработки, а второй выход поступает на ключ, соединяющий собирающий электрод аспирационной камеры с входным каскадом.This drawback can be eliminated by determining the concentration of aero ions not by amplitude, but by the integral of the pulse appearing at the output of the input stage (patent for invention No. 2267186, Method for measuring the concentration of ions, H01J 47/04, G01T 1/185, BI No. 36, 2005 g.). A device that implements this method includes an aspiration chamber with a high-voltage power source, a key connected in series, an input device, a processing device (an integrator built on an operational amplifier) and an indication device, as well as a control device, the first output of which is connected to the processing device, and the second the output goes to the key connecting the collecting electrode of the suction chamber to the input stage.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является малый диапазон измерения концентрации ионов.The disadvantage of the device adopted for the prototype is the small measurement range of the ion concentration.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении диапазона измерения концентрации ионов.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the range of measurement of ion concentration.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации ионов, содержащем аспирационную камеру с высоковольтным источником питания, последовательно соединенные ключ, входное устройство, устройство обработки и устройство индикации, а также устройство управления, первый выход которого соединен с устройством обработки, а второй выход поступает на ключ, соединяющий собирающий электрод аспирационной камеры с входным устройством, новым является то, что в него дополнительно введены компаратор напряжения и две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и ключа и каждая из цепей подключена параллельно конденсатору интегратора в устройстве обработки, причем емкость конденсатора в первой цепи в n раз больше емкости конденсатора интегратора устройства обработки, а емкость конденсатора во второй цепи в n раз больше суммы емкостей интегратора и конденсатора в первой цепи, при этом основание системы исчисления, используемой в устройстве индикации, равно (n+1), первый вход компаратора подключен к выходу устройства обработки, второй вход - к источнику опорного напряжения, а его выход - к устройству управления, дополнительные выходы которого управляют состоянием ключей, во введенных цепях, и положением запятой в устройстве индикации.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the concentration of ions containing an aspiration chamber with a high voltage power source, a key, an input device, a processing device and an indication device are connected in series, as well as a control device, the first output of which is connected to the processing device, and the second output comes to the key connecting the collecting electrode of the suction chamber to the input device, the new is that a voltage comparator and two circuits are added to it and, each of which consists of a capacitor and a key connected in series and each of the circuits is connected in parallel to the integrator capacitor in the processing device, the capacitor in the first circuit being n times larger than the capacitor of the integrator of the processing device, and the capacitor in the second circuit n times larger the sum of the capacities of the integrator and the capacitor in the first circuit, while the base of the calculating system used in the indicating device is (n + 1), the first input of the comparator is connected to the output of the processing device and the second input - to a reference voltage source, and its output - to the control device further outputs of which control the state of the keys in the input circuit, and a position separated in the display device.
При десятичной системе исчисления, используемой в устройстве обработки, емкость конденсатора в первой цепи в девять раз больше емкости конденсатора интегратора устройства обработки, а емкость конденсатора во второй цепи в девять раз больше суммы емкостей интегратора и конденсатора в первой цепи, первый вход компаратора подключен к выходу устройства обработки, второй вход - к источнику опорного напряжения, а его выход - к устройству управления, дополнительные выходы которого управляют состоянием ключей, во введенных цепях, и положением запятой в устройстве индикации.With the decimal system used in the processing device, the capacitor in the first circuit is nine times larger than the capacitor of the integrator of the processing device, and the capacitor in the second circuit is nine times the sum of the capacitors of the integrator and capacitor in the first circuit, the first input of the comparator is connected to the output processing device, the second input to the voltage reference source, and its output to the control device, the additional outputs of which control the state of the keys in the entered circuits, and the position of apaty in the display device.
Сущность способа измерения поясняется на фиг.1 и фиг.2.The essence of the measurement method is illustrated in figure 1 and figure 2.
Фиг.1 - структурная схема устройства для счета ионов.Figure 1 is a structural diagram of a device for counting ions.
Здесь: 1 - аспирационная камера; 2 - высоковольтный источник питания аспирационной камеры; 3 - ключ, соединяющий собирающий электрод аспирационной камеры с входом входного устройства 4; 4 - входное устройство; 5 - устройство управления; 6 - устройство обработки (интегратор, построенный на операционном усилителе DA1); 7 - устройство индикации; 8 - компаратор напряжения; Uоп - источник опорного напряжения.Here: 1 - suction chamber; 2 - high voltage power source of the suction chamber; 3 - a key connecting the collecting electrode of the suction chamber with the input of the input device 4; 4 - input device; 5 - control device; 6 - processing device (integrator, built on the operational amplifier DA1); 7 - indication device; 8 - voltage comparator; U op - voltage reference source.
На фиг.2 показано изменение выходного напряжение на выходе входного устройства 4 при трех значениях измеряемой концентрации ионов. Причем концентрация ионов n3 при использовании в устройстве индикации десятичной системы исчисления (эпюры напряжения, обозначенные буквой в) в десять раз больше концентрации n2 (эпюры, обозначенные буквой б) и в сто раз больше концентрации n1 (эпюры, обозначенные буквой a). На фиг.3 показано изменение выходного напряжения на выходе устройства обработки 6 при отмеченных выше измеряемых концентрациях ионов, а на фиг.4 - эпюры выходного напряжения компаратора 8 при тех же измеряемых концентрациях ионов.Figure 2 shows the change in the output voltage at the output of the input device 4 at three values of the measured ion concentration. Moreover, the concentration of ions n 3 when using the decimal system of calculation in the display device (voltage diagrams indicated by letter c) is ten times higher than concentration n 2 (diagrams indicated by letter b) and one hundred times higher than concentration n 1 (diagrams indicated by letter a) . Figure 3 shows the change in the output voltage at the output of the
Устройство для счета ионов содержит аспирационную камеру 1, высоковольтный электрод, которой подключен к высоковольтному источнику питания 2, а собирающий ее электрод - к ключу 3, управляемому устройством управления 5. Выход ключа 3 соединен со входом входного устройства 4, выход которого подключен к устройству обработки 6, представляющему собой интегратор напряжения, построенный на операционном усилителе. С выхода устройства обработки напряжение поступает на устройство индикации 7 и на первый вход компаратора 8, на второй вход которого подается опорное напряжение Uоп. Выход компаратора 8 поступает на вход устройства управления 5, второй выход которого идет на второй вход устройства индикации 7, а три других выхода поступают на устройство обработки и управляют состоянием ключей K1, K2, K3 его интегратора.The device for counting ions contains an aspiration chamber 1, a high-voltage electrode, which is connected to a high-voltage power supply 2, and a collecting electrode for it, to a key 3 controlled by a control device 5. The output of the key 3 is connected to the input of the input device 4, the output of which is connected to the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При продувке исследуемого газа через аспирационную камеру 2 ионы из исследуемого газа оседают под действием электростатического поля, создаваемого высоковольтным источником питания камеры 1, на высоковольтный и собирающий ее электроды. После размыкания ключа 3 и замыкания ключей K1, K2 и K3, расположенных в устройстве обработки 6, по сигналам устройства управления 5 конденсаторы C1, C2, C3 устройства обработки разряжаются, а на собирающем электроде камеры 2, за счет оседания ионов, накапливается заряд, величина которого определятся выражениемWhen purging the test gas through the suction chamber 2, ions from the test gas are deposited under the influence of the electrostatic field created by the high-voltage power source of the chamber 1 on the high-voltage and collecting electrodes. After opening the key 3 and closing the keys K1, K2 and K3 located in the
где Q - величина заряда, Кл;where Q is the magnitude of the charge, C;
C - емкость собирающего электрода аспирационной камеры, Ф;C is the capacity of the collecting electrode of the suction chamber, f;
U - напряжение на емкости собирающего электрода аспирационной камеры, возникающее за счет оседания ионов, B;U is the voltage across the capacitance of the collecting electrode of the suction chamber arising from the deposition of ions, B;
V - объемный расход газа через аспирационную камеру, см3/сек;V is the volumetric flow rate of gas through the suction chamber, cm 3 / s;
Tн - время разомкнутого состояния ключа 3, сек;T n - the time of the open state of the key 3, sec;
e=1.6·10-19 Кл - заряд одного иона;e = 1.6 · 10 -19 C is the charge of one ion;
n - измеряемая концентрация ионов, 1/см3.n is the measured ion concentration, 1 / cm 3 .
Затем через заданное время Тн по сигналам с устройства управления 5 ключи K1, K2 и K3 в устройстве обработки 6 размыкаются, а ключ 3 - замыкается. На выходе входного устройства 4 появляется импульс напряжения, форма которого определяется разрядом емкости аспирационной камеры и может соответствовать следующему выражению:Then after a predetermined time T n, according to the signals from the control device 5, the keys K1, K2 and K3 in the
где Rвх - входное сопротивление входного устройства 4, Ом;where R I - input impedance of the input device 4, Ohm;
к1 - коэффициент усиления входного устройства 4;to 1 - gain of the input device 4;
t1 - момент замыкания ключа 3, с.t 1 - the moment of closure of the key 3, s.
Этот сигнал поступает на вход устройства обработки 6 (интегратора). В результате на выходе устройства обработки 6 появляется напряжение, величина которого определяется выражениемThis signal is input to the processing device 6 (integrator). As a result, the output of the
Если измеряемая концентрация ионов мала и напряжение на выходе устройства обработки не превышает величины опорного напряжения (Uоп), поданного на второй вход компаратора 8, то компаратор 8 не срабатывает, и выходное напряжение устройства обработки 6 преобразуется устройством индикации 7 в результат измерения N (фиг.2a - фиг.4a, концентрация ионов n1). Если концентрация ионов больше (n2) и выходное напряжение устройства обработки 6 достигает значения Uоп, то компаратор 8 срабатывает, на его выходе появляется единичный сигнал, который поступает на вход устройства управления 5 (момент t1, фиг.3б, фиг.4б, концентрация n2). В результате устройство управления 5 запоминает этот сигнал и подает сигнал на перемещение запятой в устройстве индикации 7 и сигнал на замыкание ключа K2 в устройстве обработки 6. Емкость в цепи обратной связи (интегратора) устройства обработки 6 увеличивается в десять раз при десятичной системе исчисления в устройстве индикации 7, а его выходное напряжения в десять раз уменьшается. Сигнал на выходе компаратора 8 пропадает. Устройство обработки 6 продолжает интегрировать входной сигнал уже согласно выражениюIf the measured ion concentration is small and the voltage at the output of the processing device does not exceed the value of the reference voltage (U op ) supplied to the second input of the comparator 8, then the comparator 8 does not work, and the output voltage of the
Если его выходное напряжение вновь достигает величины опорного напряжения Uоп (измеряемая концентрации ионов n3, фиг.2в, фиг.3в, момент t2), то компаратор 8 вновь срабатывает и подает сигнал в устройство управления 5. В результате по сигналам с устройства управления 5 вновь изменяется положение запятой в устройстве индикации 7 и замыкается ключ K3 в устройстве обработки 6. Выходное напряжение устройства обработки 6 вновь уменьшится на порядок и в дальнейшем будет определятся выражением:If its output voltage again reaches the value of the reference voltage U op (measured by the concentration of ions n 3 , Fig. 2c, Fig. 3c, moment t 2 ), then the comparator 8 again operates and sends a signal to the control device 5. As a result, according to the signals from the device control 5 again changes the position of the comma in the display device 7 and closes the key K3 in the
Таким образом, предложенное устройство позволяет проводить измерение концентрации ионов в трех диапазонах измерения с помощью одного измерительного тракта.Thus, the proposed device allows you to measure the concentration of ions in three measurement ranges using a single measuring path.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011124988/08A RU2464636C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for counting ions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011124988/08A RU2464636C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for counting ions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2464636C1 true RU2464636C1 (en) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011124988/08A RU2464636C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for counting ions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2464636C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2676943C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of measuring the concentration of ions and a device for its implementation |
RU2705194C1 (en) * | 2019-03-13 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for measuring concentration of ions |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU451216A1 (en) * | 1972-06-08 | 1974-11-25 | Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт | Ion spectrometer |
RU2267186C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-12-27 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Method for measurement of concentration of ions |
-
2011
- 2011-06-17 RU RU2011124988/08A patent/RU2464636C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU451216A1 (en) * | 1972-06-08 | 1974-11-25 | Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт | Ion spectrometer |
RU2267186C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-12-27 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Method for measurement of concentration of ions |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2676943C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of measuring the concentration of ions and a device for its implementation |
RU2705194C1 (en) * | 2019-03-13 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for measuring concentration of ions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2459309C1 (en) | Method of measuring ion concentration and apparatus for realising said method | |
WO2019144305A1 (en) | Capacitance detection circuit, touch detection apparatus and terminal device | |
US9189940B2 (en) | Method and apparatus for detecting smoke in an ion chamber | |
WO2014033040A1 (en) | Aerosol measuring device and method | |
US9835654B2 (en) | Current-measurement device | |
US20130249852A1 (en) | Statistical analyzing method and statistical quality indicator for reliability improvement of a capacitive touch device | |
RU2464636C1 (en) | Device for counting ions | |
CN107490585B (en) | It is a kind of to eliminate method and device of the temperature to Si-PIN detectors ɑ energy spectral peak drift effects | |
RU2614157C2 (en) | Device for counting ions | |
CN202032998U (en) | Nanoscale small displacement measuring device | |
RU2267186C1 (en) | Method for measurement of concentration of ions | |
CN101853771A (en) | Ionic migration spectrometer with inspiratory condenser structure | |
RU2676943C1 (en) | Method of measuring the concentration of ions and a device for its implementation | |
CN203251273U (en) | Charge amplifier | |
CN106021855A (en) | A reactor period calculating method | |
CN115825581A (en) | Small capacitance measuring circuit with stray capacitance suppression characteristic | |
RU2449302C1 (en) | Method for determination of internal resistance components for chemical current sources | |
RU2603970C1 (en) | Method of measuring concentration of ions | |
RU180594U1 (en) | DEVICE FOR ION ACCOUNT | |
GB2374671A (en) | Methods to improve electrostatic particle measurement | |
CN102854202A (en) | Test system of energy of static state substance | |
RU2360229C2 (en) | Photoelectric device for measuring concentration and dispersion composition of aerosols | |
RU2705194C1 (en) | Device for measuring concentration of ions | |
SU911230A1 (en) | Adaptive dust meter | |
RU2253862C1 (en) | Method of measuring ion concentration |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140618 |