Спектометр ионов

О П И САНИ Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51) М,Кл. асударственныи комитетСааета Министрав СССРпа делам изобретенийи аткрытий Опубликован(72) Автор изобретени В. П, Р 1) Заявител рдена Т авиаци ового Красного Знамени Казанскийый институт им. А. Н. Туполева(54) СПЕКТРОМЕТР ИОНОВ орам для из- атмосферных го, что совиде одцараллельно электроду уха с разУстройство относится к прибмерепия концентрации и спектраионов.Известны устройства, предцазначе 1 шые для измерения узких участков спектра ионов - 5 так называемые диффереащиальные счетчики ионов, содержащие аспирациоццые камеры с собирающими и высоковольтными электродами, источник питания и систему измерения с дифференциальным усилителем. 1 ОК недостаткам известных устройств следует отнести чувствительность счетчиков к дрейфу цли пульсациям источника питания ионизаццонной камеры и как, следствие, невысокую точность измерения отдельных составля ющих спектра; сложность конструкции входного устройства счетчиков, имеющих разде.ленный поток воздуха; оргапнчеццость применения счетчиков с разделенной собирающей обкладкой - такими счетчиками нельзя производить интегральные измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения отдельных составляющчх спектра т 1 одвижностей и упрощение конструкции спектромстра. 25Эта цель достигается за счст тобирающие электроды выполнены впаковых пластин, установленных идруг другу и высоковольтномувдоль направления движения возд 30 ных сторон от высоковольтного электрода и ца разных расстояниях от него, причем, таким образом, что торцы собирающих электродов расположены в плоскостях, перпендикулярных направленио движеция воздуха, а система измерения снабжена буферными усилителями, через когорыс собирающие электроды присоединены к различным входам дифференциального усилителя.Схема предлагаемого спсктрометра нзобра 1 оп а па чертеже, где 1 - корпус аспп 1)с 1- цнонной ионизационной камеры, 2 - собира 1 ощий электрод, 3 - собирающий электрод, 4 - высоковольтный электрод, 5 - воздуходувка, 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 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 ца входы дифференциального усилителя 9. Навыходе 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.10Если на электрод 2 и электрод 3 осаждается одинаковое количество ионов из единицы объема воздуха, то потенциал на электроде 2 будет равен иУфОС 1 а потенциал на электроде 3 будет равену и 1 гп (2)Сг где п - количество осаждаемых из единицобъема воздуха ионов (1/см), Рь У 2 - объемный расход воздуха междувторым и четвертым и между третьим и четвертым электродами соответственно (см/сек);1 - время осаждения ионов (сек);- 1,6 - 10 - о кулона - заряд иона;С 1 - емкость электрода 2 относителыюкорпуса вместе с емкостью входа усилителя 7(ф);Сг - емкость электрода 3 относительнокорпуса вместе с емкостью входа усилителя 8(ф).Если из единицы объема воздуха осаждается одинаковое количество ионов в верхней и нижней части ионизационной камеры, го для правильной работы спектрометра необходимо, чтобы сигналы на обоих входах дифференциального усилителя 9 были равны друг другу, т. е. необходимо соблюдение равенства:пУ 1 П 1 РЮгП (3) откуда г(4) где А, - коэффициент передачи буферногоусилителя 7;А 2 - коэффициент передачи буферногоусилителя 8.Скорость движения иона внутри камеры в любой точке определяется векторным уравнением: 71 = К -" Е + Ро,(5) где Г - вектор скорости движения иона;К - подвижность иона с учетом знакаиона (см/в сек);Г - вектор напряженности электрического поля (в/см);Ко - вектор скорости потока воздуха(см/сек) .Если вектора Е и То перпендикулярны друг другу, то для предельной подвижности ионов (предельная подвижность иона - это такая подвижность, когда при данных разме рах 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,1 г 1 спрг Ег 10предельная подвижность ионовдля верхнего объема камеры;предельная подвикность ионовдля нижнего объема камеры;расстояние между электродами2 и 4;расстояние между электродамиЗи 4; 15 К=;,20 1 о = Ъочерез п,.При этих условиях в верхнем объеме наэлектрод 2 осядут все ионы до К р так кактам) , а на электрод 3 осядут ионый цг45 с подвижностью до К и часть ионов спргподвижность до КпрТогда с учетом уравнений (1), (2) и (4)получим сигнал па выходе усилителя 7, рав- ный(9) 60 При выводе соотношения (10) учитываетсятот факт, что в нижнем объеме камеры осаждается часть ионов с подвижностью, удовлетворяющей условию (8). Толщина слоя, из которого осядут такие ионы, определяется из 65 уравнения, согласно условию (8): а сигнал на выходе усилителя 8 будет равен55пги 1 г П