SU935780A1

SU935780A1 - Aspiration ion counter

Info

Publication number: SU935780A1
Application number: SU802992551A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Блинов; Александр Васильевич Шолух
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4493
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1980-10-13
Publication date: 1982-06-15

Description

II

Изобретение относитс к приборам дл измерени содержани ионов в атмосферном воздухе и может быть применено в геофизике, медицине и . различных област х промышленности и сельского хоз йства.The invention relates to instruments for measuring the content of ions in ambient air and can be applied in geophysics, medicine and. various areas of industry and agriculture.

Известен аспирационный счетчик ионов, содержащий воздуходувку, цилиндрический измерительный конденсатор , центральный электрод которого соединен с источником разнопол рного напр жени.-, а внешний электрод соединен со входом электрометрического усилител . Сигнал на входе электрометрического усилител пропорционален объемной плотности зар да ионов того же знака, что и напр жение на выходе источника напр жени . Дл измерени содерхсани ионов другого знака пол рность напр жени , -подаваемого на центральный электрод измерительного конденсатора, измен ют на |противоположную. Дл одновременного измерени содержани The aspiration counter of ions is known, which contains a blower, a cylindrical measuring capacitor, the central electrode of which is connected to a source of alternating voltage -, and the external electrode is connected to the input of an electrometric amplifier. The signal at the input of the electrometric amplifier is proportional to the bulk density of the ion charge of the same sign as the voltage at the output of the voltage source. To measure the content of ions of another sign, the polarity of the voltage supplied to the central electrode of the measuring capacitor is changed to | opposite. To simultaneously measure the content

ИОНОВ разного знака примен ют два счетчика, одним из которых измер ют объемную плотность зар да положительных , а другим - отрицательных ионов f1.IONS of different signs use two counters, one of which measures the bulk density of positive charge and the other of negative f1 ions.

В услови х нестационарной атмосферы объемна плотность зар да ионов подвержена пространственным и временным изменени м. Поэтому наибрль10 шую практическую ценность представл ет одновременное получение сведе .НИИ о содержании ионов обеих пол рностей в одном и том же потоке воздуха , например, дл определени Under the conditions of a nonstationary atmosphere, the bulk density of ion charge is subject to spatial and temporal changes. Therefore, it is of the most practical value to simultaneously obtain a better information about the content of ions of both polarities in the same air flow, for example, to determine

15 отношени значений объемной плотности зар да положительных и отрицательных ионов или их разности. Очевидно , что применение одного или .комбинации из двух счетчиков ионов 15 ratios of values of bulk density of charge of positive and negative ions or their difference. Obviously, the use of one or a combination of two ion counters

30 не позвол ет выполнить эту задачу, так как в первом случае полученные результаты относ тс к разным моментам времени, а во втором резуль39 таты полумены из двух разных потоков воздуха. Наиболее близким к предлагаемому вл етс аспирационный счетчик ионов, содержащий воздуходувку, соединенную через регул тор с измерительным конденсатором, источник напр жени , два электрометрических усилител , вход одного из которых соединен с внешним, а второй - с внутренним электродами измерительного конденсатора, и измеритель отношени 2J. Недостаток этого устройства низка точность измерени , обусловленна тем, что ионы с зар дами раз ного знака осаждаютс на различные по конструкции электроды цилиндрического измерительного конденсатора Кроме того, дополнительна погрешность вноситс и за счет разбаланса коэффициентов,передачи, примен емы в нем электрометрических усилителей Цель изобретени - повышение точности измерени отношени объемной плотности зар дов положительных и отрицательных ионов в.нестационарной атмосфере. Поставленна цель достигаетс тем, что в аспирационный счетчик ионов ,, содержащий воздуходувку, соединенную через регул тор с измерительным конденсатором, источник напр жени , два электрометрических усилител , вход одного из которых соединен с внешним, а другого - с внутренним электродами измерительного конденсатора , и измеритель отношени ,, введены масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , запоминающее устройство и два ключа, приче масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усилени включен между выходом одного электрометрического усилител и одним из входов измерител отношени , вход первого ключа соединен с выходом другого электрометрического усилител , выход второго ключа соединен со входом измерите л отноц(ени , при этом один выход первого ключа объединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого соединен с выходом запоми нающего устройства, вход последнего подключен ко второму выходу первого ключа. На чертеже приведена структурна схема предлагаемого устройства. Измерительный конденсатор 1 соединен через регул тор 2 расхода с воздуходувкой 3. Внешний электрод конденсатора 1 соединен с электрометрическим усилителем k, друга входна клемма которого соединена с общей шиной. Внутренней электрод этого конденсатора через электрометрический усилитель 5 соединен с источником 6 напр жени , друга клемма которого соединена с общей шиной. Выход усилител t соединен со входом ключа 7| выход а которого соединен со входом с ключа 8, выход которого соединен с одним входом измерител 9 отношени . Выход Ь ключа 7 соединен со входом запоминающего устройства 10, выход которого соединен со входом d ключа 8. Переключение ключей независимое. Выход усилител 5 соединен со входом масштабного усилител 11 с регулируемым коэффициентом усилени , выход которого соединен со вторым входом измерител 9 отношеИЯ . Счетчик работает следующим образом . Воздуходувка 3 прокачивает исследуемый воздух через измерительный . конденсатор 1 и регул тор 2 объемного расхода воздуха. На, внутренний электрод конденсатора 1 подано измерительное напр жени от источника 6. За счет электрического пол между электродами конденсатора ионы с зар дами различного знака оседают на различных электродах конденсатора и индуцируют токи в их цеп х. В рабочем положении вход ключа 7 соединен с его выходом а, который соединен со входом с ключа 8, который соединен с его выходом. Ток, индуцированный ионами, осевшими на внешний электрод конденсатора 1, преобразуетс электрометрическим усилителем Ц, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа 7, с выхода а которого через вход с ключа 8 и его выход поступает на один вход измерител 9 отношени . Ток внутреннего электрода преобразуетс электрометрическим усилителем 5 с выхода которого сигнал поступает на вход масштабного усилител 11, с выхода которого сигнал, умно хенный на коэффициент усилени усилител 11 поступает на другой бход. измерител 9 отноикни .30 does not allow to perform this task, since in the first case the results obtained refer to different points in time, and in the second, the results of the half-menus from two different air flows. The closest to the present invention is an aspiration ion counter containing a blower connected via a regulator with a measuring capacitor, a voltage source, two electrometric amplifiers, the input of which is connected to the external one and the second to the internal electrodes of the measuring capacitor, and a 2J ratio meter . The disadvantage of this device is low measurement accuracy due to the fact that ions with charges of different signs are deposited on electrodes of a cylindrical measuring capacitor of different design. In addition, an additional error is introduced due to the imbalance of transfer coefficients, electrometric amplifiers used in it. improving the accuracy of measuring the ratio of the bulk density of charges of positive and negative ions in a stationary atmosphere. The goal is achieved by the fact that the ion aspiration counter contains a blower connected via a regulator with a measuring capacitor, a voltage source, two electrometric amplifiers, the input of one of which is connected to the external one and the other to the internal electrodes of the measuring capacitor, and the meter relations, a scale amplifier with adjustable gain, a memory device and two keys are introduced, and a scale amplifier with adjustable gain is connected between the output m of one electrometric amplifier and one of the inputs of the ratio meter, the input of the first key is connected to the output of another electrometric amplifier; connected to the output of the storage device, the input of the latter is connected to the second output of the first key. The drawing shows the block diagram of the proposed device. The measuring capacitor 1 is connected via a flow controller 2 with a blower 3. The external electrode of the capacitor 1 is connected to an electrometric amplifier k, the other input terminal of which is connected to a common bus. The internal electrode of this capacitor is connected via an electrometric amplifier 5 to a voltage source 6, the other terminal of which is connected to a common bus. The output of the amplifier t is connected to the input of the key 7 | the output of which is connected to the input from the key 8, the output of which is connected to one input of the ratio meter 9. The output B of the key 7 is connected to the input of the storage device 10, the output of which is connected to the input d of the key 8. The switching of the keys is independent. The output of amplifier 5 is connected to the input of a large-scale amplifier 11 with adjustable gain, the output of which is connected to the second input of the meter 9 ratio. The counter works as follows. Blower 3 pumps the test air through the measuring air. condenser 1 and air flow regulator 2. On the internal electrode of the capacitor 1, the measuring voltage from source 6 is applied. Due to the electric field between the electrodes of the capacitor, ions with charges of different signs are deposited on different electrodes of the capacitor and induce currents in their circuits. In the working position, the input of the key 7 is connected to its output a, which is connected to the input from the key 8, which is connected to its output. The current induced by the ions deposited on the external electrode of the capacitor 1 is converted by an electrometric amplifier C, from the output of which the signal goes to the input of the switch 7, from the output of which through the input from the switch 8 and its output goes to one input of the 9 ratio meter. The current of the internal electrode is converted by the electrometric amplifier 5 from the output of which the signal is fed to the input of the scale amplifier 11, from the output of which the signal intelligently to the gain factor of the amplifier 11 is fed to another bypass. meter 9 relative.

Значение коэффициента усилени усилител 11 выставл етс при калибровке счетчика реальными ионами двум операци ми следующим образом.The gain value of amplifier 11 is set when the counter is calibrated with real ions in two steps as follows.

На вход измерительного конденсатора 1 в потоке исследуемого воздуха поступает стационарное значение объемной плотности зар да ионов одного знака, например, с генератора , унипол рных ионов.The stationary value of the bulk ion charge density of the same sign, for example, from the generator, unipolar ions, enters the input of the measuring capacitor 1 in the flow of the test air.

При первой операции знак напр жени , подаваемого на центральный электрод конденсатора 1 от источника .напр жени 6, совпадает со знаком ионов, поступающих в конденсатор Вход к)гоча. 7 соединен с выходом Ь, а выход ключа 8 - со входом с.In the first operation, the sign of the voltage supplied to the central electrode of the capacitor 1 from the source of voltage 6 coincides with the sign of the ions entering the capacitor. Input k). 7 is connected to the output b, and the output of the key 8 to the input c.

Ионы, попада в конденсатор 1 , осаждаютс на его внешний электрод и индуцируют ток, который преобразуетс усилителем Ц, выходной сигнал которого записываетс в запоминающем устройстве 10.The ions entering the capacitor 1 are deposited on its external electrode and induce a current, which is converted by amplifier C, the output of which is recorded in memory 10.

При второй операции знак напр жени , подаваемого на центральный электрод конденсатора 1 от источника 6 напр жени , измен ют на противоположный знаку ионов, поступагощих в конденсатор. Вход ключа 7 соедин ют с выходом а, выход ключа 8 соединен с входом d. Ионы, попада в конденсатор 1, осаждаютс на его внутренний электрод и индуцируют ток в его цепи, который преобразуетс усилителем 5 с выхода которого сигнал че ,рез масштабный усилитель 11 поступает на один вход измерител отношени 9, на второй вход которого с выхода запоминающего устройства 10 через ключ 8 поступает значение выходного сигнала усилител , полученное при первой операции и записанное в запоминающем устройстве 10. Изменением коэффициента усилени масштабного усилител 11 добиваютс на выходе измерител 9 отношени , равного 1, свидетельствующего о равенстве сигналов , полученных при первой и второй операци х. Установленный при этом коэффициент усилени масштабного усилител . 11 обеспечивает автоматический учет различи коэффициентов передачи электрометрических усилителей Ц и 5, а также условий осаждени ионов с зар дами различных знаков на различные электроды измерительного конденсатора 1, отличающиес конструктивным исполнением.In the second operation, the sign of the voltage supplied to the central electrode of the capacitor 1 from the voltage source 6 is changed to the opposite sign of the ions entering the capacitor. The input of the key 7 is connected to the output a, the output of the key 8 is connected to the input d. The ions entering the capacitor 1 are deposited on its internal electrode and induce a current in its circuit, which is converted by amplifier 5 from the output of which the signal is through, the large-scale amplifier 11 is fed to one input of the ratio meter 9, to the second input of which the output of the storage device 10 through the switch 8, the value of the output signal of the amplifier, obtained in the first operation and recorded in the memory 10, is received. By changing the gain of the scale amplifier 11, a ratio of 1 is obtained at the output of the meter 9, testifying to the equality of the signals obtained in the first and second operations. The gain factor of the scale amplifier established therewith. 11 provides automatic consideration of the differences in the transmission coefficients of electrometric amplifiers C and 5, as well as the conditions of ion deposition with charges of different signs on different electrodes of measuring capacitor 1, which are different in design.

Счетчик может быть использован и в режиме одновременного измерени значений объемной плотности зар да положительных и отрицательных атмосферных ионов с выходов 1 и 2, например дл определени их разности. Применение в качестве усилителей 4 и 5 электрометрических усилителей, выполненных по методу интегрирова0 ни -дифференцировани , и построение масштабного усилител 11 и измерител 9 отношени на основе операционного усилител позвол ет обеспечить погрешность измерени отношени неThe meter can also be used in the mode of simultaneous measurement of the values of the bulk charge density of positive and negative atmospheric ions from outputs 1 and 2, for example, to determine their difference. The use of 4 and 5 electrometric amplifiers made according to the integration-differentiation method as amplifiers, and the construction of a large-scale amplifier 11 and a ratio meter 9 based on an operational amplifier allows the measurement error of the ratio not

5 хуже 1.5 worse 1.

Claims

Invention Formula

An aspiration ion counter containing a blower connected

0 | through a regulator with a measuring capacitor, a voltage source, two electrometric amplifiers, the input of one of which is connected to the external, and the other to the internal

5 electrodes of the measuring capacitor, and a ratio meter, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy of the ratio of the bulk charge density

0 positive and negative ions in a nonstationary atmosphere, a large-scale amplifier with adjustable gain is introduced into it,. memory device and two keys,

wherein a scale amplifier with adjustable gain is connected between the output of one electrometric amplifier and one of the inputs of the ratio meter, the input

the first key is connected to the output of another electrometric amplifier; the output of the second key is connected to the input of the ratio meter, while one turn of the first key is combined with one of the inputs of the second key, the second input of which is connected to the output of the storage device, the input of the last key .

Information sources.

taken into account in the examination

I. Matizen R.L., Ewele J.R. , Kh-c E.Yu. , Jacobson A.F. Counter aeroioiov with digital display 171-771. .Scientific. zap Tartu State un-that, vol. , Tartu, 1977, p. 52-56.

2. USSR author's certificate N375711, cl. H 01 J 39/26, 1973; (prototype).

BH) (. I