SU731366A1

SU731366A1 - Method and device for measuring electric conductivity of slightly ionized gas or liquid

Info

Publication number: SU731366A1
Application number: SU782587997A
Authority: SU
Inventors: Юзеф Исаакович Гохфельд
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6900
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1980-04-30

Description

Изобретение относится к области анали^:тического приборостроения, служит для измерения электропроводности слабо ионизованного газа или жидкости с высоким удельным сопротивлением и может быть использовано, например, в газоанализаторах с ионизационными камерами.The invention relates to ^anali: cal instrumentation, serves for the electrical measurement of weakly ionized gas or a liquid with high specific resistance and may be used for example in gas analyzers with ionization chambers.

Известен способ измерения электропроводности сильно ионизованного газа (плазмы) по величине концентрации заряженных частиц, определяемой из исследований поглощения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне волн [1].A known method of measuring the electrical conductivity of a highly ionized gas (plasma) by the concentration of charged particles, determined from studies of the absorption of electromagnetic radiation in the microwave wavelength range [1].

Недостатком этого способа является то, что его чувствительность недостаточна для измерения электропроводности слабо ионизованного газа.The disadvantage of this method is that its sensitivity is insufficient to measure the electrical conductivity of weakly ionized gas.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения электропроводности слабо ионизованного газа или жидкости путем подачи на электроды, размещенные в слабо ионизованном газе или жидкости, импульса напряжения, накопления заряда и измерения тока и разности напряжений на электродах.The closest in technical essence to the invention is a method for measuring the electrical conductivity of a weakly ionized gas or liquid by applying to the electrodes placed in a weakly ionized gas or liquid, a voltage pulse, charge accumulation and measuring the current and the voltage difference across the electrodes.

Способ осуществляют устройством, содержащим нагрузку в виде введенных в ионизованный газ илц жидкость токовых электродов, подключенный к ней последо2 вательно накопительный конденсатор, источник прямоугольных импульсов напряжения и измерительный блок [2].The method is carried out by a device containing a load in the form of current electrodes injected into an ionized gas ilts gas, a sequentially storage capacitor connected to it, a source of rectangular voltage pulses and a measuring unit [2].

Недостатком этого технического решения является то, что ввиду малости измеряемого тока необходимо использовать сложную электрометрическую аппаратуру. Эта аппаратура подвержена влиянию внешних электрических и магнитных полей, что усложняет процесс измерения и снижает его точность. Чувствительность электрометров, пригодных для использования в промышленных приборах, ^достаточна для измерения величины электропроводности менее 10~¹³ Ом^-1 · см^-1.The disadvantage of this technical solution is that, due to the smallness of the measured current, it is necessary to use complex electrometric equipment. This equipment is subject to the influence of external electric and magnetic fields, which complicates the measurement process and reduces its accuracy. The sensitivity of electrometers suitable for use in industrial devices is sufficient to measure the conductivity of less than 10 ~ ¹³ Ohm ^-1 · cm ^-1 .

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения электропроводности слабо ионизованного газа или жидкости, а также упрощение измерительной аппаратуры.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measuring the electrical conductivity of weakly ionized gas or liquid, as well as the simplification of measuring equipment.

Поставленная цель достигается тем, что на фиксированном расстоянии от электродов внутри зазора накапливают ионы одного знака, суммарный заряд которых и измеряют.This goal is achieved by the fact that at a fixed distance from the electrodes inside the gap accumulate ions of the same sign, the total charge of which is measured.

Такой способ осуществляется устройством, отличия которого состоят в том, что электроды покрыты слоями диэлектрика и включены в измерительный блок в качестве обкладок накопительного конденсатора.This method is carried out by a device, the differences of which are that the electrodes are coated with dielectric layers and are included in the measuring unit as plates of a storage capacitor.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.The drawing shows a diagram of a device for implementing the proposed method.

В камеру 1, заполненную слабо ионизованной средой, в которой измеряется ионный ток, через проходные изоляторы введены являющиеся нагрузкой электроды 2. Они покрыты слоями диэлектрика 3 и включены в качестве обкладок накопительного конденсатора в мостовую схему, содержащую резисторы 4 и подстроечный конденсатор 5. Питание подводится в форме прямоугольных импульсов напряжения от генератора 6. Электронно-измерительный блок, включенный в диагональ моста, состоит из широкополосного усилителя 7 и интегратора 8. Плечи моста являются дифференцирующими RC-цепочками. Поэтому в случае его дисбаланса в диагонали моста при включении прямоугольного импульса напряжения наблюдается отличный от нуля импульс зарядки. Поскольку этот импульс не связан с протеканием ионного тока, его величину перед измерением последнего уменьшают до нуля путем изменения емкости конденсатора 5. За время действия прямоугольного импульса напряжения заряд на электродах 2 постепенно возрастает. Это происходит за счет поляризации ионов разного знака при протекании ионного тока в зазоре между слоями 3. В это же время заряд на конденсаторе 5 остается постоянным. Поэтому при выключении прямоугольного импульса напряжения токи в обоих плечах моста оказываются различными. Результирующий импульс напряжения, возникающий вследствие этого в диагонали моста, пропорционален ионному току. Для удобства дальнейшего использования он усиливается по амплитуде в усилителе 7 и с целью повышения точности измерений интегрируется в интеграторе 8.The load electrodes 2 are introduced into the chamber 1, filled with a weakly ionized medium in which the ion current is measured, through the bushing insulators 2. They are covered with layers of a dielectric 3 and included as plates of a storage capacitor in a bridge circuit containing resistors 4 and a tuning capacitor 5. Power is supplied in the form of rectangular voltage pulses from the generator 6. The electronic measuring unit included in the diagonal of the bridge consists of a broadband amplifier 7 and an integrator 8. The shoulders of the bridge are differentiated RC chains. Therefore, if it is unbalanced in the diagonal of the bridge when a rectangular voltage pulse is turned on, a charging pulse other than zero is observed. Since this pulse is not associated with the flow of ion current, its value before measuring the latter is reduced to zero by changing the capacitance of the capacitor 5. During the action of a rectangular voltage pulse, the charge on the electrodes 2 gradually increases. This occurs due to the polarization of ions of different signs when the ion current flows in the gap between the layers 3. At the same time, the charge on the capacitor 5 remains constant. Therefore, when a rectangular voltage pulse is turned off, the currents in both arms of the bridge turn out to be different. The resulting voltage pulse resulting from this in the diagonal of the bridge is proportional to the ion current. For convenience of further use, it is amplified in amplitude in amplifier 7 and is integrated in integrator 8 in order to increase measurement accuracy.

Точность измерений с помощью устройства зависит от соотношения между определяемым током и.током утечки слоев 3. Если последние выполнены, например, из слюды, то ток утечки по крайней мере на порядка 4 меньше, чем любой, реально измеряемый ионный ток в газах. При необходимости использовать другие диэлектрические материалы для покрытия электродов 2 необхо4 димо учесть, что ток утечки должен быть по крайней мере в 10 раз меньше минимально измеряемого ионного тока.The accuracy of measurements using the device depends on the relationship between the current determined and the leakage current of the layers 3. If the latter are made, for example, of mica, then the leakage current is at least 4 less than any ionically measured gas current in gases. If it is necessary to use other dielectric materials for coating the electrodes 2, it must be taken into account that the leakage current must be at least 10 times less than the minimum measured ion current.

Таким образом, техническое решение, ⁵ предусматривающее накапливание на фиксированном расстоянии от электродов (т. е. на поверхности диэлектрического покрытия внутри зазора) ионов одного знака с последующим измерением их суммарного заЮ ряда позволяет проводить измерение электропроводности с высокой чувствительностью, что дает возможность более широкого внедрения этого метода в технику измерений, например для построения селектив15 иых газоанализаторов.Thus, the technical solution ^5, which provides for the accumulation at a fixed distance from the electrodes (i.e., on the surface of the dielectric coating inside the gap) of ions of the same sign with subsequent measurement of their total charge, makes it possible to conduct conductivity measurement with high sensitivity, which makes it possible to more widely implement of this method in the measurement technique, for example, for constructing selective 15 gas analyzers.

Claims

Claim

1. A method for measuring the electrical conductivity 20 of a weakly ionized gas or liquid by applying to the electrodes placed in this gas or liquid a voltage pulse, charge accumulation and measuring the current and voltage difference across the electrodes, 25 characterized in that, in order to increase sensitivity and accuracy, as well as simplifying the equipment used, ions of the same sign are accumulated at a fixed distance from the electrodes inside the gap, and their total charge is measured.

2. A device for implementing the method according to π. 1, containing a load in the form of current electrodes introduced into an ionized gas or liquid, connected to

A sequential storage capacitor, a source of rectangular voltage pulses and a measuring unit, characterized in that, in order to increase current sensitivity, the electrodes are coated with dielectric layers and are included in the measuring unit as plates of the storage capacitor.