RU2671833C1 - Устройство для счета ионов - Google Patents
Устройство для счета ионов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671833C1 RU2671833C1 RU2017129158A RU2017129158A RU2671833C1 RU 2671833 C1 RU2671833 C1 RU 2671833C1 RU 2017129158 A RU2017129158 A RU 2017129158A RU 2017129158 A RU2017129158 A RU 2017129158A RU 2671833 C1 RU2671833 C1 RU 2671833C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- key
- signal
- ions
- 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)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов атмосферного воздуха. Технический результат - повышение точности измерения концентрации ионов путем уменьшения влияния помех. Устройство для счета ионов содержит аспирационную камеру, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания, а собирающий электрод через ключ, управляемый сигналом устройства управления, - со входом входного устройства, выход которого соединен со входом полосового фильтра, и фильтр низких частот, выход которого соединен со входом устройства индикации. Устройство дополнительно снабжено устройством временной задержки и фазовым детектором, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, выход - со входом фильтра низких частот, а управляющий вход - с выходом устройства временной задержки, вход которого соединен с выходом устройства управления, сигнал которого управляет работой ключа. В устройстве для счета ионов период сигнала, управляющего работой ключа, в четное число раз больше периода питающей сети 50 Гц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов атмосферного воздуха.
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 его является низкая точность измерения, обусловленная сильным влиянием помех. Объясняется это тем, что величину эталонного сопротивления приходится брать очень большой, и в некоторых случаях она может достигать значения 1012 [Ом].
Частично устранить этот недостаток можно путем использования устройства (патент №2459309, H01J 47/04, опубликованном 20.08.2012 г., бюл. №23 «Способ измерения концентрации и устройство для его реализации», в котором процесс измерения заключается в периодическом накоплении заряда на емкости аспирационной камеры при оседании ионов исследуемого воздуха на ее собирающий электрод за равные промежутки времени и последующим его измерении путем регистрации площади импульсов, возникающих на выходе входного устройства при разряде емкости аспирационной камеры на его входное сопротивление. Однако, и в этом случаи не удается достаточно подавить помехи от различных наводок, особенно от наводок питающей сети 220 В, 50 Гц., что приводить к появлению значительной погрешности измерения.
Известно устройство: «Патент на изобретение №2614157 на изобретение «Устройство для счета ионов» заявка №2015124605 от 23 июня 2015 года H01J 47/04, опубликовано 23.03.17 г. Бюл. №9» 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 величины амплитуды гармонического сигнала на выходе полосового фильтра, вход которого соединен с выходом входного устройства, а его резонансная частота равна частоте переключения ключа, соединяющего собирающий электрод аспирационной камеры с входом входного устройства. Оно содержит аспирационную камеру, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания, а собирающий электрод через ключ, управляемый сигналом устройства управления, со входом входного устройства. Его выход подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру, резонансная частота которого совпадает с частотой переключения ключа, выпрямителю аналоговых сигналов и фильтру низких частот, выход которого соединен со входом устройства индикации.
Основной проблемой при разработке устройств для счета ионов является повышение их помехорустойчивости, в значительной степени определяющей точность измерения.
Недостатком отмеченного выше устройства является недостаточное подавление помех, особенно помех от питающего напряжения частотой 50 герц, что приводит к появлению погрешности и, следовательно, существенному уменьшению точности измерения концентрации ионов.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерения концентрации ионов путем уменьшения влияния помех.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для счета ионов, содержащем аспирационную камеру, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания, а собирающий электрод через ключ, управляемый сигналом устройства управления, со входом входного устройства, выход которого соединен со входом полосового фильтра, и фильтр низких частот, выход которого соединен со входом устройства индикации, новым является то, что оно дополнительно содержит устройство временной задержки и фазовый детектор, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, выход - со входом фильтра низких частот, а управляющий вход - с выходом устройства временной задержки, вход которого соединен с выходом устройства управления, сигнал которого управляет работой ключа.
В устройстве для счета ионов, период сигнала, управляющего работой ключа, в четное число раз больше периода питающей сети 50 Гц.
Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1 и Фиг. 2, a, b, c, d, e, f, g ,h, i.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства. Здесь: 1 - высоковольтный источник питания аспирационной камеры, 2 - аспирационная камера, емкость собирающего электрода которой равна С, 3 - ключ, соединяющий собирающий электрод аспирационной камеры со входом входного устройства, 4 - входное устройство, входное сопротивление которого равно R, 5 - полосовой фильтр, 6 - фазовый детектор, 7 - фильтр низких частот, 8 - устройство индикации, 9 - устройство управления, устройство временной задержки.
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, со входом входного устройства 4. Его выход подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру 5, фазовому детектору 6 и фильтру низких частот 7, выход которого подключен к устройству индикации 8. Выход устройства управления 9 соединен и со входом устройства временной задержки 10, выход которого управляет работой фазового детектора 6.
На фиг. 2,а - i показаны эпюры напряжений, поясняющие работу 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 первой гармоники от сигнала фиг. 2,с на выходе полосового фильтра 5, на фиг. 2,е - сигнал второй гармоники помехи, на фиг. 2,f - сигнал на выходе устройства временной задержки 10, на фиг. 2,g - сигнал на выходе фазового детектора от первой гармонике, на фиг 2,h - сигнал на выходе фазового детектора от второй гармоники и на фиг. 2,i - сигнал на выходе фильтра низких частот. 7.
Устройство работает следующим образом. При продувке исследуемого воздуха через аспирационную камеру 2 ионы вместе с исследуемым потоком воздуха поступают в 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. 2а) (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:
где: UC - напряжение на емкости собирающего электрода аспирационной камеры, возникающее за счет оседания ионов, [В];
С - емкость собирающего электрода аспирационной камеры, [Ф];
V - объемный расход газа через аспирационную камеру, [см3/сек];
е=1.6⋅10-19 [Кл] - заряд одного иона;
n - измеряемая концентрация ионов, [1/см3],
Q0 - величина заряда на емкости собирающего электрода камеры в момент t1 [Кл].
К моменту времени t2 это напряжение достигнет величины:
В момент времени t2 (фиг. 2d) ключ 3 замыкается, емкость собирающего электрода аспирационной камеры 2 начинает разряжается через входное сопротивление R входного устройства 4. Напряжение на ней определяется выражением:
где I=n⋅V⋅e - ток, создаваемый ионами, оседающими на собирающий электрод камеры 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):
Так как на вход входного устройства 4 сигнал поступает только при замкнутом состоянии ключа 3 (фиг. 2.с), то его входной сигнал определяется выражениями:
Входное устройство 4 усиливает этот сигнал и подает его на вход полосового фильтра 5, резонансная частота которого совпадает с частотой срабатывания ключа 3. Полосовой фильтр 5 выделяет первую гармонику из входного сигнала (фиг 2,d). Однако, вместе с ней на его выходе присутствуют и другие гармоники (фиг. 2,е - 2я гармоника). Причем все они имеют свой сдвиг по фазе относительно сигнала, управляющего работой ключа 3. Величина этих фазовых сдвигов и величина спектральных составляющих зависит от схемы как входного каскада 4, так и полосового фильтра 5. Однако, фазовый сдвиг первой гармоники определяется только входным каскадом 4, так как ФЧХ полосового фильтра 5 для его резонансной частоты равна нолю. Устройство временной задержки 10 сдвигает сигнал, управляющий работой фазового детектора 6 на величину, равную фазовому сдвигу первой гармоники для сигнала на выходе полосового фильтра 5 (фиг 2,f). Сдвиг по времени этого сигнала равен величине:
Где Δt - временной сдвиг выходного сигнала устройства временной задержки 10, Т1 - период срабатывания ключа 4, ϕ1 - фазовый сдвиг первой гармоники на выходе полосового фильтра 10 относительно согнала, управляющего работой ключа 3
На фиг 2,g и фиг 2,h показан сигнал на выходе фазового детектора от первой гармоники и от второй. Так как вторая гармоника не содержит постоянной составляющей, то на выходе фильтра нижних частот сигнал от второй гармоники зависеть на будет. Это будет выполняться и для 4, 6, 8 … гармоник.
При измерении концентраций аэроионов наибольшую помеху дает сигнал от питающего напряжения 220 [В], 50 [Гц]. Поэтому, частоту срабатывания ключа 3 с целью удаления этой помехи нужно брать равной:
Таким образом, предложенное решение без заметного увеличения аппаратурных затрат позволяет существенно увеличить точность измерения концентрации аэроионов и снизить требования к полосовому фильтру.
Claims (2)
1. Устройство для счета ионов, содержащее аспирационную камеру, высоковольтный электрод которой соединен с высоковольтным источником питания, а собирающий электрод через ключ, управляемый сигналом устройства управления, со входом входного устройства, выход которого соединен со входом полосового фильтра, и фильтр низких частот, выход которого соединен со входом устройства индикации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство временной задержки и фазовый детектор, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, выход - со входом фильтра низких частот, а управляющий вход - с выходом устройства временной задержки, вход которого соединен с выходом устройства управления, сигнал которого управляет работой ключа.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что период сигнала, управляющего работой ключа, в четное число раз больше периода питающей сети 50 Гц.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129158A RU2671833C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для счета ионов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129158A RU2671833C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для счета ионов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2671833C1 true RU2671833C1 (ru) | 2018-11-07 |
Family
ID=64103099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129158A RU2671833C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для счета ионов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2671833C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2288873A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-01 | Univ Middlesex Serv Ltd | Multi-component gas analysis apparatus |
| US20030010653A1 (en) * | 1998-08-10 | 2003-01-16 | Masashi Ando | Method and apparatus for measuring concentration of a component in a gas |
| RU2459309C1 (ru) * | 2011-06-17 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации |
| RU2614157C2 (ru) * | 2015-06-23 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Устройство для счета ионов |
-
2017
- 2017-08-15 RU RU2017129158A patent/RU2671833C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2288873A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-01 | Univ Middlesex Serv Ltd | Multi-component gas analysis apparatus |
| US20030010653A1 (en) * | 1998-08-10 | 2003-01-16 | Masashi Ando | Method and apparatus for measuring concentration of a component in a gas |
| RU2459309C1 (ru) * | 2011-06-17 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации |
| RU2614157C2 (ru) * | 2015-06-23 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Устройство для счета ионов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI528707B (zh) | 感測器系統及方法 | |
| JPS6250764B2 (ru) | ||
| WO2010004867A1 (ja) | 静電検出装置、情報機器及び静電検出方法 | |
| US20160212556A1 (en) | Dc impedance detection circuit and method for speaker | |
| WO2014033040A1 (en) | Aerosol measuring device and method | |
| JPS5875074A (ja) | 容量あるいは他のパラメ−タの測定装置 | |
| RU2671833C1 (ru) | Устройство для счета ионов | |
| EP1834184B1 (en) | Force balanced instrument system and method for mitigating errors | |
| RU2638824C2 (ru) | Устройство формирования напряжения на защитной сетке коллектора ионного тока спектрометра ионной подвижности | |
| RU2614157C2 (ru) | Устройство для счета ионов | |
| RU2603970C1 (ru) | Способ измерения концентрации ионов | |
| RU180594U1 (ru) | Устройство для счета ионов | |
| RU2676943C1 (ru) | Способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации | |
| RU2449302C1 (ru) | Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока | |
| FI84403C (fi) | Maetanordning foer maetning av deformationsfoermaogan hos roeda blodkroppar. | |
| KR20100023825A (ko) | 격설된 여과용 전극들을 포함하는 이온 이동도 분광계 | |
| RU2606952C1 (ru) | Способ настройки режима компенсации емкостных токов в электрических сетях | |
| RU2705194C1 (ru) | Устройство для измерения концентрации ионов | |
| RU2253862C1 (ru) | Способ измерения концентрации ионов | |
| EP2639590B1 (en) | Wide range, high resolution frequency monitor | |
| RU2267186C1 (ru) | Способ измерения концентрации ионов | |
| CN113466539A (zh) | 一种低频微弱信号检测方法 | |
| Chang et al. | A comparative study of voltage flicker envelope estimation methods | |
| US7696742B2 (en) | Method and circuit for reducing noise when measuring intensity of electric current | |
| Selvam et al. | A simple square rooting circuit based on operational amplifiers (OPAMPs) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200816 |