RU2614157C2 - Device for counting ions - Google Patents
Device for counting ions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614157C2 RU2614157C2 RU2015124605A RU2015124605A RU2614157C2 RU 2614157 C2 RU2614157 C2 RU 2614157C2 RU 2015124605 A RU2015124605 A RU 2015124605A RU 2015124605 A RU2015124605 A RU 2015124605A RU 2614157 C2 RU2614157 C2 RU 2614157C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- voltage
- pass filter
- key
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
- H01J47/02—Ionisation chambers
- H01J47/04—Capacitive ionisation chambers, e.g. the electrodes of which are used as electrometers
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов атмосферного воздуха.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the concentration of ions of atmospheric air.
Известно устройство для измерения концентрации ионов воздуха, в котором результат измерения определяют по напряжению на эталонном сопротивлении, по которому протекает ток, создаваемый ионами, оседающими на собирающий электрод аспирационной камеры, высоковольтный электрод которой соединен с блоком питания камеры, а собирающий - с эталонным сопротивлением. (Таммет Х.Ф. Аспирационный метод измерения спектра аэроионов / Труды по аэроионизации и электроаэрозолям: Учен. Зап. Тартус. Ун-та. - Тарту, 1967. - вып. 195-234 с.) Недостатком этого способа является низкая точность измерения, обусловленная сильным влиянием помех различного рода и происхождения. Объясняется это тем, что величину эталонного сопротивления приходится брать очень большой, и в некоторых случаях (например при измерении естественного аэроионного фона) это сопротивление может достигать значения 1012 Ом.A device for measuring the concentration of air ions is known, in which the measurement result is determined by the voltage at the reference resistance, through which the current flows generated by the ions deposited on the collecting electrode of the aspiration chamber, the high-voltage electrode of which is connected to the camera’s power supply, and the collecting one is connected to the reference resistance. (Tammet Kh.F. Aspiration method for measuring the spectrum of aeroions / Proceedings on aeroionization and electroaerosols: Scientific. West Tartus. University. - Tartu, 1967. - issue 195-234 p.) The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement, due to the strong influence of interference of various kinds and origin. This is explained by the fact that the value of the reference resistance has to be taken very large, and in some cases (for example, when measuring the natural aeroionic background) this resistance can reach 10 12 Ohms.
Частично устранить этот недостаток можно путем использования устройства (патент №2459309, H01J 47/04, опубл. 20.08.2012 г., бюл. №23. Способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации), в котором процесс измерения заключается в периодическом накапливании заряда на емкости аспирационной камеры при оседании ионов исследуемого воздуха на ее собирающий электрод за равные промежутки времени и последующем его измерении путем регистрации площади импульсов, возникающих на выходе входного устройства при разряде емкости аспирационной камеры на его входное сопротивление.Partially eliminate this disadvantage can be achieved by using the device (patent No. 2459309, H01J 47/04, publ. 08.20.2012, bull. No. 23. The method of measuring the concentration of ions and a device for its implementation), in which the measurement process consists in the periodic accumulation charge on the capacity of the aspiration chamber when the ions of the test air are deposited on its collecting electrode for equal periods of time and then measure it by recording the area of pulses that occur at the output of the input device when the capacity of the aspiration chambers is discharged s on its input impedance.
Устройство для измерения концентрации ионов содержит 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, компаратор напряжения, задний фронт выходного сигнала которого определяет момент времени измерения напряжения на выходе устройства обработки устройством индикации, первый вход компаратора соединен с входом устройства обработки, а второй вход - с источником опорного напряжения, знак выходного напряжения которого - Uоп, совпадает со знаком напряжения, поступающего на вход устройства обработки, а его модуль определяется выражением:The device for measuring the concentration of ions contains an aspiration chamber with a high-voltage power source, a key connected in series, an input device, a processing device and an indication device, as well as a control device, the first output of which is connected to the processing device, and the second output is supplied to the key connecting the collecting aspiration electrode cameras with an input device, a voltage comparator, the trailing edge of the output signal of which determines the time instant of measuring the voltage at the output of the device In the processing of the display device, the first input of the comparator is connected to the input of the processing device, and the second input is connected to a reference voltage source, the sign of the output voltage of which is U op , coincides with the sign of the voltage supplied to the input of the processing device, and its module is determined by the expression:
а выход компаратора соединен со вторым входом устройства индикации, где Uоп - выходное напряжение источника опорного напряжения, есм - напряжение смещения интегратора в устройстве обработки, Iвх - входной ток интегратора в устройстве обработки, R - сопротивление в постоянной времени интегратора в устройстве обработки.and the output of the comparator is connected to the second input of the display device, where U op is the output voltage of the reference voltage source, e cm is the bias voltage of the integrator in the processing device, I in is the input current of the integrator in the processing device, R is the integrator resistance in the time constant of the processing device .
Недостатком вышеприведенного устройства, принятого за прототип, является невысокая точность измерения, обусловленная значительным влиянием помех (особенно помех от напряжения питающей сети 220 В, 50 Гц) на результат измерения.The disadvantage of the above device, adopted as a prototype, is the low measurement accuracy due to the significant influence of interference (especially interference from the supply voltage of 220 V, 50 Hz) on the measurement result.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерения концентрации ионов путем уменьшения влияния помех.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the accuracy of measuring the concentration of ions by reducing the influence of interference.
Технический результат достигается тем, что устройство для счета ионов, содержащее аспирационную камеру, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания, а собирающий электрод через ключ, управляемый сигналом устройства управления, с входом входного устройства, и устройство индикации, дополнительно содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, выпрямитель аналоговых сигналов и фильтр низких частот, выход которого подключен к входу устройства индикации, а вход полосового фильтра подключен к выходу входного устройства.The technical result is achieved by the fact that the device for counting ions, containing an aspiration chamber, the high-voltage electrode of which is connected to the high-voltage power source, and the collecting electrode through a key controlled by the signal of the control device, with the input of the input device, and the indicating device, further comprises a series-pass filter , an analog signal rectifier and a low-pass filter, the output of which is connected to the input of the indicating device, and the input of the band-pass filter is connected to the output at the input device.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2( a, b, c, d, e, f).The invention is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 (a, b, c, d, e, f).
На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения концентрации ионов: 1 - высоковольтный источник питания аспирационной камеры; 2 - аспирационная камера, емкость собирающего электрода которой равна С; 3 - ключ, соединяющий собирающий электрод аспирационной камеры с входом входного устройства; 4 - входное устройство, входное сопротивление которого равно R; 5 - полосовой фильтр; 6 - выпрямитель аналоговых сигналов; 7 - фильтр низких частот; 8 - устройство индикации; 9 - устройство управления.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for measuring the concentration of ions: 1 - high-voltage power source of the suction chamber; 2 - aspiration chamber, the capacity of the collecting electrode of which is equal to C; 3 - key connecting the collecting electrode of the suction chamber with the input of the input device; 4 - input device, the input resistance of which is equal to R; 5 - band-pass filter; 6 - rectifier of analog signals; 7 - low pass filter; 8 - indication device; 9 - control device.
Устройство для счета ионов содержит аспирационную камеру 2, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания 1, а собирающий электрод через ключ 3, управляемый сигналом устройства управления 9, с входом входного устройства 4. Его выход подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру 5, выпрямителю аналоговых сигналов 6 и фильтру низких частот 7, выход которого подключен к устройству индикации 8.The ion counting device comprises an aspiration chamber 2, the high-voltage electrode of which is connected to the high-
На фиг. 2,а-f показаны эпюры напряжений на выходах элементов предлагаемого устройства. На фиг 2,а отражено состояние контактов ключа 3. В интервале времени (0-t1) ключ замкнут, а в интервале времени (t1-t2) разомкнут и т.д. На фиг. 2,b показано изменение напряжения на собирающем электроде аспирационной камеры 2, на фиг. 2,с – напряжение, поступающее на вход входного устройства 4, на фиг. 2,d показан сигнал на выходе полосового фильтра 5, на фиг. 2,е - сигнал на выходе выпрямителя аналоговых сигналов 6, и на фиг. 2,f - сигнал на выходе фильтра низких частот 7.In FIG. 2, a-f shows voltage plots at the outputs of the elements of the proposed device. In Fig. 2, a shows the state of the contacts of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При продувке исследуемого воздуха через аспирационную камеру 2 ионы вместе с исследуемым потоком воздуха поступают на ее рабочий объем и под действием электростатического поля, создаваемого высоковольтным источником питания 1 аспирационной камеры 2, оседают в зависимости от их знака на высоковольтный или собирающий ее электроды. При размыкании ключа 3 (фиг. 2,а) (например, в интервале времени (t1-t2)), ионы, оседающие на собирающий электрод аспирационной камеры 2, начинают заряжать его емкость, и напряжение на ней будет изменяться согласно выражению:When blowing the test air through the suction chamber 2, the ions together with the studied air flow enter its working volume and, under the influence of the electrostatic field created by the high-
где UC - напряжение на емкости собирающего электрода аспирационной камеры, возникающее за счет оседания ионов, В;where U C is the voltage on the capacitance of the collecting electrode of the aspiration chamber, arising due to the deposition of ions, V;
С - емкость собирающего электрода аспирационной камеры, Ф;C is the capacity of the collecting electrode of the suction chamber, f;
V - объемный расход газа через аспирационную камеру, см3/с;V is the volumetric gas flow through the suction chamber, cm 3 / s;
е=1.6⋅10-19 Кл - заряд одного иона;е = 1.6⋅10 -19 C - charge of one ion;
n - измеряемая концентрация ионов, 1/см3,n is the measured ion concentration, 1 / cm 3 ,
Q0 - величина заряда на емкости собирающего электрода камеры в момент t1, Кл.Q 0 - the magnitude of the charge on the capacitance of the collecting electrode of the camera at time t 1, CL.
К моменту времени t2 это напряжение достигнет величины:By the time t 2 this voltage will reach:
В момент времени t2 (фиг. 2,d) ключ 3 замыкается, емкость собирающего электрода аспирационной камеры 2 начинает разряжается через входное сопротивление R входного устройства 4. Напряжение на ней определяется выражением:At time t 2 (Fig. 2, d), the
где I=n⋅V⋅e - ток, создаваемый ионами, оседающими на собирающий электрод камеры 2.where I = n⋅V⋅e is the current created by ions deposited on the collecting electrode of chamber 2.
Учитывая, что напряжение на емкости С собирающего электрода камеры 2 будет иметь одинаковые значения как в моменты времени замыкания ключа 3, так и в моменты его размыкания, для этого напряжения справедливы выражения (фиг. 2,b):Considering that the voltage at the capacitance C of the collecting electrode of the chamber 2 will have the same values both at the time of closure of the
- при замкнутом состоянии ключа 3 в интервале времени (0-t1), и - when the
- при разомкнутом состоянии ключа 3 в интервале времени (t1-t2). - when the
Так как на вход входного устройства 4 сигнал поступает только при замкнутом состоянии ключа 3 (фиг. 2,с), то его входной сигнал определяется выражениями:Since the input of the
- при замкнутом состоянии ключа 3 в интервале времени (0-t1), и - when the
- при разомкнутом состоянии ключа 3 в интервале времени (t1-t2). - when the
Входное устройство 4 усиливает этот сигнал и подает его на вход полосового фильтра 5, резонансная частота которого совпадает с частотой срабатывания ключа 3 и который выделяет из этого входного сигнала только первую его гармоническую составляющую, не пропуская остальные, то есть гармонические составляющие и помехи. Так как входное устройство 4 и полосовой фильтр 5 - линейные узлы, то из приведенных выше уравнений видно, что амплитуда первой гармоники сигнала на выходе полосового фильтра 5 пропорциональна току I=n⋅V⋅e, то есть измеряемой концентрации ионов.The
С помощью выпрямителя аналоговых сигналов 6 выходной сигнал полосового фильтра 5 выпрямляется, а фильтр низких частот 7 выделяет из него постоянную составляющую, которая пропорциональна измеряемой концентрации ионов исследуемого воздуха. Устройство индикации 8 преобразует эту составляющую в результат измерения.Using the rectifier of
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения концентрации ионов позволяет в значительной степени повысить точность ее измерения. При этом его реализация проста и не требует значительных аппаратных затрат.Thus, the proposed device for measuring the concentration of ions can significantly improve the accuracy of its measurement. Moreover, its implementation is simple and does not require significant hardware costs.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124605A RU2614157C2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Device for counting ions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124605A RU2614157C2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Device for counting ions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015124605A RU2015124605A (en) | 2017-01-10 |
RU2614157C2 true RU2614157C2 (en) | 2017-03-23 |
Family
ID=57955631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015124605A RU2614157C2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Device for counting ions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614157C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180594U1 (en) * | 2018-03-07 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | DEVICE FOR ION ACCOUNT |
RU2671833C1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for counting ions |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2044277C1 (en) * | 1991-02-25 | 1995-09-20 | Клаас ОХГ Бешренкт Хафтенде Оффене Хандельсгезельшафт | Gear to measure mass grain flow in elevator |
GB2288873A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-01 | Univ Middlesex Serv Ltd | Multi-component gas analysis apparatus |
RU2059199C1 (en) * | 1993-08-10 | 1996-04-27 | Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) | Optoelectron device for measurement of spatial attitude of object |
RU2459309C1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Method of measuring ion concentration and apparatus for realising said method |
RU138996U1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ЭЛЕКТРОНТЕХНИКА" | DEVICE FOR CONTINUOUS MONITORING THE STATE OF THE RADIO COMMUNICATION WAVEGUIDE IN A METRO Tunnel |
-
2015
- 2015-06-23 RU RU2015124605A patent/RU2614157C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2044277C1 (en) * | 1991-02-25 | 1995-09-20 | Клаас ОХГ Бешренкт Хафтенде Оффене Хандельсгезельшафт | Gear to measure mass grain flow in elevator |
RU2059199C1 (en) * | 1993-08-10 | 1996-04-27 | Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) | Optoelectron device for measurement of spatial attitude of object |
GB2288873A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-01 | Univ Middlesex Serv Ltd | Multi-component gas analysis apparatus |
RU2459309C1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Method of measuring ion concentration and apparatus for realising said method |
RU138996U1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ЭЛЕКТРОНТЕХНИКА" | DEVICE FOR CONTINUOUS MONITORING THE STATE OF THE RADIO COMMUNICATION WAVEGUIDE IN A METRO Tunnel |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671833C1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for counting ions |
RU180594U1 (en) * | 2018-03-07 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | DEVICE FOR ION ACCOUNT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015124605A (en) | 2017-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20150192508A1 (en) | Apparatus and Process for Producing Acknowledged Air Flow and The Use of Such Apparatus in Measuring Particle Concentration in Acknowledged Air Flow | |
RU2459309C1 (en) | Method of measuring ion concentration and apparatus for realising said method | |
RU2614157C2 (en) | Device for counting ions | |
US10224192B2 (en) | High-speed low-noise ion current detection circuit and mass spectrometer using the same | |
RU2638824C2 (en) | Device for creation of voltage on protective screen of ion current collector of ion mobility spectrometer | |
CN104459338B (en) | Capacitor capacitance value measuring device and measuring method | |
RU2603970C1 (en) | Method of measuring concentration of ions | |
US3629574A (en) | Apparatus and methods for separating electrons from ions | |
US8611065B2 (en) | Method and device for automatic positive and negative ion balance control in a bipolar ion generator | |
RU2464636C1 (en) | Device for counting ions | |
RU180594U1 (en) | DEVICE FOR ION ACCOUNT | |
WO2014045223A2 (en) | Method and device for measuring signals generated by a particle and/or ionizing radiations detector | |
KR20100023825A (en) | Ion mobility spectrometer including spaced electrodes for filtering | |
RU2671833C1 (en) | Device for counting ions | |
RU2676943C1 (en) | Method of measuring the concentration of ions and a device for its implementation | |
RU2267186C1 (en) | Method for measurement of concentration of ions | |
CN109975670A (en) | A kind of method of optics and electric field signal Conjoint Analysis the air gap discharge process | |
KR102157541B1 (en) | Apparatus and method for detecting concentration of sample | |
CN205139298U (en) | Power capacitor partial discharge detector device | |
RU2705194C1 (en) | Device for measuring concentration of ions | |
Chatzis et al. | Microcontroller based electric field mill sensor interface | |
Moody et al. | A Comprehensive Counting System for Nuclear Physics Research Part IV. Introduction to Pulse Amplitude Analyzers | |
RU2253862C1 (en) | Method of measuring ion concentration | |
RU132205U1 (en) | ASPIRATION CHAMBER "WITH BLASTED GRIDS" | |
RU140027U1 (en) | ASPIRATION CHAMBER "WITH BLASTED GRIDS" |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180624 |