SU729496A1 - Способ измерени концентрации ионов в газе и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Устройство дл  осуществлени  этого способа сод1ержит генератор импульсов, электроды и электрометрический усилитель тока. Указанный способ не ПОЗВОЛЯЕТ достигнуть одновременно и чувствительности способа элект рического пробо  и динамического диапазона способа, основанного на простом измерении ионного тока через газ. Причина ограничени  чувствительности и динамического диапазона заключаетс  в том что при использовании дли ных импульсов высокого напр жени  разр д становитс  самосто тельным и ток разр да перестает зависить от исходной концентрации (ИОНОВ в газе. С другой стороны, при исйользовании коротких импульсов размножающиес  в процессе разр да ионы не успевают достигнуть электродов, в результате чего падает чувствительность способа. Вторым недостатком способа прн использовании коронного разр да  вл етс  необходимость сохранени  в относительно больщей части объема межэлектродного промежутка пониженной напр женности электрического пол . Ионы попавшие в эту часть объема не размножаютс  что также приводит к снижению чувствительности и к трудност м, св занным с пЬирком способа доставки подлежащих регистрации ионов в чувствительное место межэлектродного промежутка с высокой напр женностью электрического пол . Целью насто щего изобретени   вл етср повышение чувствительности и расширение динамического диапазона измерений концентрации ионов в газе. Эта цель достигаетс  за счет того, что длительность импульсов устанавливают короче времени развити  разр дов, а ме сду импульсами на разр дный промежуток подают посто нное напр жение, по абсолютной величине ниже пробойнрго . Отличием устройства дл  осуществлени  этого способа  вл етс  то, что оно со держит источник посто нного напр жени , вклю ченный последовательно с выходом генератора импульсов. Наличие ионов в межэлектродном тфомежут ке в момент подачи на него сверхпробойного напр жени  вызьшает лавинный процесс их раз множени . В случае, когда длительность импул са сверхпробойного напр жени  короче времени развити  разр да, последний не успевает превратитьс  в самосто тельный, ионы размножаютс  не взаимодейству  друг с другом и поэтому к моменту окончани  действи  импульса их о&цее число пропорционально исходному перед началом импульса. Врем  развити  разр да зависит от давлени , природы газа, геометрии электродов и т.д. и в разных экспе риментах находитс  в пределах сек, Этим временем, например, определ етс  максимальна  скорость срабатывани  тиратронов. Процесс размножени  ионов заканчиваетс  в момент окончани  действи  импульса. Под действием посто нного напр жени , по абсолютной величине меньщего пробойного, ионы, наход щиес  в межэлектродном промежутке, дрейфуют к электродам и разр жаютс  на их поверхност х. Необходимым условием предотвращени  самосто тельного разр да  вл етс  вьюод из межэлектродного промежутка всех ионов, родивщихс  за врем  действи  импульса . Дл  вьшолнени  этого услови  следзтощий импульс должен быть задержан на период больцшй времени рассасьшани  зар дов в межэлектродном промежутке. Последнее определ етс  подвижностью ионов, величиной посто нного напр жени , а также временем жизни метаста- бильных состо ний в газе. Именно эти причи .ны ограничивают максимальную рабочую частоту тратронов. В зависимости от тапа газа, геометрик устройства и т.д. минимальный период следовани  импульсов может лежать в пределах 1(Я-10 сек. .На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Она содержит -источник посто нного напр жени  1, генератор импульсов 2, электроды 3. и электрометрический усилитель 4. Устройство работает следующим образом. Посто нное напр жение, по абсолютной величине ниже пробойного, вырабатываетс  в источнике . Короткие импульсы высокого напр жени  вьфабатываютс  генератором 2 и складьшаютс  с посто нным напр жением на электродах 3. Ионный ток через газ регистрируетс  электрометрическим усилителем 4. Ироводились измерени  концентрации ионов в потоке гели  высокой чистоты. Ионы полу чались облучением газа )3-частицами, излучаемыми дитановой мишенью, насьпценной тритием с выходом 10 ионов/сек. Анализируемый газ подавалс  в устройство через медную трубку внутренним диаметром 2 мм. Источник излучени  располагалс  внутри этой 1рубки. Концентраци  ионов в выход щем потоке регулировались грубо - рассто нием от источника излучени  до вькодного торца трубки в пределах 1-20 см, а тонко - величиной расхода газа . Расход газа в пределах 0,5-10 .регулировалс  игольчатым вентилем ротаметра. На выходном конце трубки, подающей ионизированный газ через полиэтиленовую изолирующую муфту, устанавливались электроды 3. из них представл л собой отрезок такой же трубки длиной 20 им, а с другой - медный стержень диаметром 1,4 мм, длиной 5 мм, расположенный внутри первого электрода на его оси. при эхом зазор между электродами составл л 0,3 мм. Регистраци  тока разр да в отсутствии ионов и выключенном генераторе им:пульсов показала величину пробойного напр жени  межэлектродного газового промежзтка 200 волы. При подаче посто нного напр жени  100 вольт и хот  бы одного импульса амплитудой 300 вольт и длительностью больше 200 асек. между электродами зажигалс  самосто тельньш дуговой разр д, ток которого ограничивалс  только входным сопротивлением электрометрического усилител  4. При импульсах, короче 200 н.сек., дуговой разр д не возникает. Отношение показаний электрометрического усилител  при включенном и выключенном генераторе импульсов дает возможность измерить усиление ионного тока испытьшаемым устройством В зависимости от амплитуды, длительности и частоты импульсов, а также величины пос о нiHoro напр жени  это усиление плавно регулнро валось в пределах от 1 до 10. Оптимальные значени  электрических параметров в описьшаемом случае составили: величины посто нного напр жени  - 100 вольт, амплитуда импульсов - 300 вольт, длительность - 100 н-сек.,

частота - 10 к ° коэффициент усилени  составл ет величину , диапазон измер емых концентраций МЗК.-- ю

С мин.

Увеличение частоты следовани  импульсов

выше в приведенном примере приво- сек

дит к зажиганию самосто тельного дугового

разр да.

Используемый в способе лавинообразный . процесс размножени  ионов под действием све пробойного напр жени   вл етс  основой дл  увеличени  чувствительности измерений. Корот кое врем  существовани  сверхпробойного напр жени  не дает возможности развиватьс  вторичным процессам электрического разр да в газе, таким как вторична  электронна  эмис си  с электродов, рекомбинаци  ионов, повышение температуры и тд. Существование посто нного напр жени  ускор ет процесс рассасывани  ионов, уменьшает веро тность их рекомбинации и поэтому .Дозвол ет зарегистриро вать все ионы, развившиес  при размножении. Таким образом, в услови х посто нства амплитуды , длительности, частоты импульсов и величины посто нного напр жени , благодар  отсутствию вторичных процессов электрического разр да, предлагаемый способ, во-первых, позвол ет довести устойчивый коэффициент оазмножени  ионов до величины 10 - то

есть увеличить чувствительность измерений концентрации ионов Б миллион раз по срав1 вШ1Ю с известным способом, основанном на измере-. НИИ тока под действием напр жени , ниже пробойного по величине, во-вторых, одновременно достигнуть посто нства коэффициента размножени , попавших в межэлектродный промежуток ионов, и получить линейную зависимость между средним током через газ и исходкой концентрацией ионов в диапазоне ее изменени  .jQ6 , что означает увеличеС мин.

ниа диапазона измерений на п ть пор дков по сравнеьшю с известным способом, допускающим

полное развитие искрового или коронного -разр да . Кроме того, предложенный способ позвол ет использовать дл  регистрации ионов весь газа, наход щийс  между злектррда ш , и снизить требовани  к геометрической

форме электродов, что в свою очередь расшир ет возможности применени  способа.

Claims (2)

1. Способ измерени  концентрации ионов

в газе, заключающийс  в регистрации тока разр да межэлектродного газового промежутка под действием периодического илшульсного напр жени  с амплитудой импульсов, превышающей величину пробойного напр жени , и с

промежутком между импульсами, превышающим величину времени рассасывани  зар дов, о тли чающийс  тем, что, с целью повышени  производительности измерени  длительноста импульсов устанавливают короче времени развити  разр дов, а между импульсами на разр дный промежуток подают посто нное напр жение , iio абсолютной величине ниже пробойного . 2. Устройство дл  осуществлени  способа измерени  ковдентрации ионов в газе по п. I, содержащее генератор импульсов, электроды и электрометрьческкй усилитель тока, отличающеес  тем„ что оно содержит источник посто нного напр жени , включенньп последовательно с выходом генератора импульсов . Источ1шки информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Капцов Н. А. Электрические  влени  в газах и вакууме ОгаЗ, М.-Л., 1947, с. 23-28.

2.Патент Франции N 2212.380. 101. G 01 N 27/70 - прототип, 1976.