Устройство для измерения объемного заряда, концентрации и спектра атмосферных ионов

Устройство для измерения объемного заряда, концентрации и спектра атмосферных ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Ы И Е (») 438921

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 26.12.72 (21) 1862407/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 05.08.74. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 24.01.75 (51) М. Кл. Н 011 39/34

Н 05f 1/ОО

Государственный камитет

Caeera Миннстрае СССР ве делам изобретений и открытий (53) УДК, 537.21(088.8) Фсйй 3.;". (-« (72) Авторы изобретения

В. П. Реута и Н. H. Комаров (71) Заявитель Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА, КОНЦЕНТРАЦИИ И СПЕКТРА АТМОСФЕРНЫХ ИОНОВ

Устройство относится к приборам для исследования физических параметров атмосферы.

Известны устройства для измерения объемного заряда, концентрации и спектра атмосферных ионов, в которых использованы разрезные высоковольтные и собирающие электроды. Разрезные высоковольтные электроды позволяют формировать линейно нарастающий на высоковольтном электроде потенциал, что, в итоге, дает возможность исключить краевой эффект на входе устройства и создать оптимальную форму электрического поля внутри устройства. Однако для таких устройств необходимо использовать высоковольтные источники напряжения, амплитуда напряжения которых должна достигать нескольких киловольт, причем измерительный рабочий объем такого устройства используется не оптимально. Действительно, если поперечное сечение входа устройства равномерно заполнено ионами, то, по мере прохождения воздуха через устройство, измеряемые ионы электрическим полем сдвигаются в сторону собирающего электрода. У высоковольтного электрода образуется пространство, в котором отсутстьуют измеряемые ионы, т. е. пространство не содержит информации. В то же время напряженность поля внутри такого устройства определяется разностью потенциалов между электродами и расстоянием между ними. Таким образом, происходит затрата энергии на создание электрического поля в объеме, в котором отсутствует информация.

Целью изобретения является уменьшение размеров и снижение рабочих напряжений устройства.

В предлагаемом устройстве этот недостаток устранен за счет того, что по ходу движения

1О ионов уменьшается расстояние между собирающим и высоковольтным электродами, в результате чего не происходит потерь информации, а общее максимальное напряжение высоковольтного электрода снижено в несколько

15 раз.

На чертеже схематично представлено описываемое устройство.

Устройство содержит ра эрез ные высоко вольтные электроды измерительного объема 1.

20 разрезные высоковольтные электроды балан сировочного объема 2, собирающие электро ды 3, корпус 4, ионный фильтр 5.

Функциональная зависимость между элементами устройства следующая.

25 Между высоковольтными электродами 1 и 2, на равном расстоянии от них, помещены соби рающие электроды 3, причем высоковольтные электроды 1 и 2 расположены так, что по мере движения ионов (направление их движеЗО ния под действием потока воздуха показано

438921 т 2 d1 (dl — 4) к.с х, 10 к„„„с,.х

20 (6) 2.Ш, (V — """ ) 50 х, (3) Т,=

<с

VD—

2 стрелками), зазор между высоковольтными электродами 1, 2 и собирающими электродами

3 уменьшается. Все электроды укреплены на изоляторах в корпусе 4, на входе в который установлен ионный фильтр 5. Фильтр должен пропускать ионы только в одну половину устройства (верхнюю или нижнюю) — при измерении объемного заряда воздуха.

Если потенциал на высоковольтном электроде линейно нарастает, то отношение максимального напряжения на электроде к длине высоковольтного электрода определяется следующим образом:

Uî 2 Vî Ю

Кпр (P + d2) откуда разность потенциалов между началом и концом высоковольтного электрода будет равна:

2 Vo.d2 1 (1)

Knp(I + d) где Vo — скорость потока воздуха; д — расстояние между высоковольтным и собирающим электродами;

1 — длина высоковольтного электрода;

Кпр — предельная подвижность иона, который, войдя в устройство у высоковольтного электрода, осядет на правом конце собирающего электрода.

Из формулы (1) видно, что напряжение на высоковольтном электроде зависит от линейных размеров устройства, скорости потока воздуха и от предельной измеряемой подвижности ионов. Снизить потенциал U11 можно уменьшением скорости потока воздуха, что потребует применения более высокочувствительной измерительной аппаратуры, так как заряд, осаждаемый на собирающем электроде, пропорционален количеству продуваемого через поперечное сечение в единицу времени воздуха. Кроме того, для снижения потенциала можно уменьшить зазор между электродами с сохранением остальных параметров. Чтобы не изменять скорость потока и объемный расход воздуха, высоковольтные электроды устанавливают так, что между ними в продольном направлении создается зазор для прохождения воздуха без нарушения ламинарности потока. Легко сосчитать, на какую величину можно уменьшить зазор между электродами без потери информации. Пусть длина первого собирающего электрода равна Х,. Она определяется из условия осаждения на первом электроде ионов с предельной подвижностью

Кь С, — скорость нарастания потенциала на первом разрезном высоковольтном электроде.

X, = d, )/ . — 1, (2) где d> — зазор между электродами.

Время движения иона на расстояние Х1 от входа равно:

3а это время ион с любой подвижностью пройдет путь по координате д= (dt — d„.) за время

Приравняв (3) и (4), найдем:

15 Если минимальная измеряемая подвижность ионов К.„,.„„то расстояние между собирающим электродом и вторым разрезным высоковольтным электродом равно:

При соблюдении условия (6) все ионы, не осевшие на первом собирающем электроде, проходят в зазоре между вторым собирающим и вторым высоковольтным электродами. Над вторым высоковольтным электродом проходит деионизированный воздух, т. е. верхний объем не содержит информации. Аналогично можно рассчитать зазоры и между остальными электродами. Из формулы (6) видно, что, если на втором электроде увеличить крутизну нарастания потенциала, то зазор между электро35 дами у еньшится. Уменьшение же зазора между собирающим и высоковольтным электродами при одном и том же потенциале на высоковольтном электроде и при тех же размерах электродов согласно формуле (1) приводит

40 к уменьшению предельной измеряемой подвижности ионов Кпр, т. е. к расширению динамического диапазона измеряемого спектра подвижности ионов. Отсюда же следует, что при сохранении диапазона измеряемого спекг45 ра подвижностей понадобится меньшее максимальное напряжение на высоковольтном электроде.

Предмет изобретения

Устройство для измерения объемного заря55 да, концентрации и спектра атмосферных ионов, содержащее плоский аспирационный конденсатор с разрезными собирающими и высоковольтными электродами, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью уменьшения размеров

60 устройства и величины максимального напряжения на высоковольтных электродах, последние расположены на разных расстояниях от собирающего электрода, причем эти расстояния тем меньше, чем дальше высоковольтный

65 электрод от входного отверстия устройств, 43892i

Составитель В. Ким

Корректор T. Гревцова

Техред Л. Аксимова

Редактор Н. Вирко

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 49/16 Изд. № 125 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5