Спектометр ионов

г;

r tr

О П И С --А Н И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.03,74 (21) 2004640/26-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.03.76. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 12.01.77 (51) М,Кл Н 01J 39/36

Государственный комитет

Савета Министрав СССР па делам изааретений и аткрытий (53) УДК 537.2 (088.8) (72) Автор изобретения

В. П. Реута

Ордена Трудового Красного Знамени Казанский авиационный институт им. А. H. Туполева (71) Заявитель (54) СПЕКТРОМЕТР ИОНОВ

Устройство относится к приборам для измерения концентрации и спектра атмосферных ионов.

Известны устройства, преднязначе1шые для измерения узких участков спектра ионов так называемые диффереащиальные счетчики ионов, содержащие аспирациогп1ые камеры с собирающими и высоковольтными электродами, источник питания и систему измерения с дифференциальным усилителем.

К недостаткам известных устройств следует отнести чувствительность счетчиков к д рейфу или пульсациям источника питания ионизационной камеры и как, следствие, невысокую точность измерения отдельных составляющих спектра; сложность конструкции входного устройства счетчиков, имеющих разделенный поток воздуха; оргапнченность применения счетчиков с разделенной собирающей обкладкой — такими счетчиками нельзя производить интегральные измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения отдельных составляющчх спектра подвижностей и упрощение конструкции спектромстра.

Эта цель достигается за счст того, что собирающие электроды выполнены в виде одинаковых пластин, установленных параллельно друг другу и высоковольтному электроду вдоль направления движения воздуха с разных сторон от высоковольтного электрода и па разных расстояниях от него, причем, таким образом, что торцы собирающих электродов расположены в плоскостях, перпендикулярных направлени1о движения воздуха, а система измерения снабжена буферными усилителями, через когорыс собирающие электроды присоединены к различным входам дифференциального усилителя.

1я С.хема предлагаемого спсктрометра изображена па чертеже, где 1 — корпус асппрационной ионизационной камеры, 2 — собирающий электрод, 3 — собирающий электрод, 4 — высоковольтный электрод, 5 — воздухо15 дувка, 6 — источник высокого напряжения, 7 и 8 — буферные усилители с различными коэффициентами усиления, 9 — дифференциальный усилитель, 10 — индикатор или регистратор.

Работает спектрометр ионов следующим образом.

Исследуемый воздух продувается в направлении стрелок через корпус 1 между электродамп 2, 3, 4 воздуходувкой 5. Под действием

25 электрического поля, созданного источником высокого напряжения 6, ионы заданной полярности оседают на электродах 2 и 3, создавая на них потенциалы, которые усиливаются буферными усилителями 7 и 8 и поступают на

30 входы дифференциального усилителя 9. На

508823 выходе дифференциального усилителя 9 и, соответственно, на входе индикатора 10 появится сигнал, равный разности усиленных сигналов с электрода 2 и с электрода 3.

Рассмотрим более подробно, какую информацию мы получим на индикаторе. 10..

Если на электрод 2 и электрод 3 осаждается одинаковое количество ионов из единицы объема воздуха, то потенциал на электроде 2 будет равен

nV)tl (./ с, а потеш1иал па электроде 3 будет равен у» Vãtl (2)

Сг где n — количество осаждаемых из единиц объема воздуха ионов (1/см ), V, V — объемный расход воздуха между вторым и четвертым и между третьим и четвертым электродами соответственно (см /сек);

t — время осаждения ионов (сек);

l — 1,6 — 10 — 9 кулона — заряд иона;

C — емкость электрода 2 относителыю корпуса вместе с емкостью входа усилителя 7(ф);

C — емкость электрода 3 относительно корпуса вместе с емкостью входа усилителя 8(ф).

Если из единицы объема воздуха осаждается одинаковое количество ионов в верхней и нижней части ионизационной камеры, ro для правильной работы спектрометра необходимо, чтобы сигналы на обоих входах дифференциального усилителя 9 были равны друг другу, т. е. необходимо соблюдение равенства:

nV tl 1 iЖtl (3)

С, С, откуда

2 I 1 (4)

1,С, где А, — коэффициент передачи буферного усилителя 7;

А — коэффициент передачи буферного усилителя 8.

Скорость движения иона внутри камеры в любой точке определяется векторным уравнением:

V=К- Е+ Vo, (5) где à — вектор скорости движения иона;

К - - — подвижность иона с учетом знака иона (см /в сек);

E — вектор напряженности электрического поля (в/см);

Vo — вектор скорости потока воздуха (см/сек) .

Если вектора Е и Vo перпендикулярны друг другу, то для предельной подвижности ионов (предельная подвижность иона — это такая подвижность, когда при данных размерах электродов, расстоянии между ними, скорости потока воздуха и напряженности электрического поля все ионы с подвижностью, большей или равной предельной, осядут на

5 собирающий электрод можно составить уравпе.ния:

К=- (6) пр, К = 1г1 о

rrP Я, 1

10 (7) -+где ʄ— „ предельная подвижность ионов для верхнего объема камеры; предельная подви>кность ионов для нижнего объема камеры; расстояние между электродами

2и4; расстояние между электродами

3 H 4;

20

Vo — — Ъ о!

=! Е !=

Е1 д

U ! Е2! — напряжение источника 6; — длина электродов 2, 4. чим концентрацию ионов с подвиж25

Ео

l

30 Обозна постыл 2 Кпр. через а, а концентрацию ионов с подвижно35 стью К+, где

К „— р ) К;=) К (8) через п .

При этих условиях в верхнем объеме на электрод 2 осядут все ионы до К р так как там

), а на электрод 3 осядут ионы и 1г

45 с подвижностью до К и часть ионов с

Ррщ подвижность до К„-„

Тогда с учетом уравнений (1), (2) и (4) получим сигнал па выходе усилителя 7, равный (»1+»2) V2tl л — Аг, С (9) 00 При выводе соотношения (10) учитывается тот факт, что в нижнем объеме камеры осаждается часть ионов с подвижностью, удовлетворяющей условию (8). Толщина слоя, из которого осядут такие ионы, определяется из

55 уравнения, согласно условию (8): а сигнал на выходе усилителя 8 будет равен

55 и