Устройство для счета ионов

.Х. Туктагулов П, Реу занский ордена Трудового Красного Знаавиационный институт им. А,Н. Туполева я интел(54) УСТРОЙСТВО ТА ИОНОВ етчикифрово ения, ом им- тройст- соеди- управИ Г 23. акмере ойства явействие и ии,ного и и а на вход грирования си л т Устройство относится к приборам для измерения концентрации и спектра газовых ионов, например атмосферныхИзвестен спектрометр ионов, содер жащий аспирационную ионную камеру с источником питания и ключом для соединения с измерительным блоком, цифровой измеритель амплитуды одиноч ных импульсов, дешифратор блок янди келии и блок улреилеиик 1 .Недостатком этого устрляется пониженное быстродточность, обусловленные двухтактщм методом измерения.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на це почки из последовательно соединенных амплитудно-временных преобраэоватеей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И последовательно соединенные симпульсов, дешиФратор и блокиндикации, а также блок управсоединенюе с ключом и счетчикпульсов. Кроме того, данное уф во содержит также блок памятиненный с дешиФратором, блокомпения и третьими входами схем Недостатки такого устройства з лючаются в пониженной точности из ния, обусловленной наличием порого вых устройств, с помощью которых п изводится определение диапазона из мерения и в итоге управление блоко цифровой индикации: в температурной и временной нестабильности порога срабатывания, что приводит к существенному ухудшению точности в конце каждого диапазона измерений, а т же в невысоком быстродействвызывает необходимость силь н868534 20 Ц =ИЖЕ =С 1,где Я -й 55 Цель изобретения - повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что в известное устройство для счетаионов, содержащее последовательносоединенные источник питания, аспирационную ионную камеру, ключ и блокусилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательносоединенных амплитудно-временных 1 Опреобразователей и схем И, генераторимпульсов, подключенный ко вторымвходам схем И, последовательно соедин.нные счетчик импульсов, дешифратор и блок цифровой индикации, а так 15же блок управления, первый выход которого соединен с ключом, а второй -со входом сброса счетчика импульсов,введены по количеству амплитудно-временных преобразователей, исключаяодин, счетчики импульсов, а такжепо количеству амплитудно-временныхпреобразователей блоки фиксации переполнения счетчиков импульсов, которые включены между выходами счетчи 25ков импульсов и входами дешифратора,кдругим входам которого подключены выходы всех счетчиков импульсов, счетныевхопы счетчиков импульсов разделеныи подключены к выходам схем И, а шины сброса счетчиков импчльсов объединены и подключены ко второму выходу блока управления.На чертеже приведена блок-схемаустройства для счета ионов,Предлагаемое устройство содерлит аспиоационную ионную камеру 1, соециненнчю с источником 2 литания и входом ключа 3, управляющий вход которого соединен с блоком 4 чправления, выход ключа 3 соединен со входом блока 5 усилителей, состоящего из последовательно соединенных усилительных секций 6,7 и 8 выходы которых соединены со входами амплитудно-временных преобразователей 11,10 и 9 соответственно выходы которых, в .свою очередь соответственно соединены со входами схем И 14 13 и 12 вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 15 импульсов, а выходы схем И 12, 13 и 14 подключены ко входам счетчиков 16,7 и 18 импульсов соответственно: шины сброса счетчиков 1617 и 18 импульсов объединены и подключены ко второму выходу блока 4 управления, а выходы счетчиков 6,17 и 18 и 1 пчльсов соединены соотфветственно со входами блоков фиксации переполнения счетчиков 19,20 и 21 импульсов, выходы которых, как и выходы счетчиков 16,17 и 18 импульсов соединены со входами дешифратора 22, нагруженного на блок 23 цифровой индикации.Устройство для счета ионов работает следчющим образом.После включения устройства для счета ионов под напряжение аспирацион 6ная ионная камера (или блок камер) представляющая собой открытый конденсатор специальной конструкции с высоким качеством изоляции, заряжается от источника питания 2.через ключ 3, замкнутый блоком 4 управления, и через входное сопротивление блока усилителей 5. Одновременно начинается продув исследуемого воздуха или газа через аспирационную ионную камерус помощью внешней воздуходувки (не показана). Ионы воздуха или газа под действием электрического поля, созданного в аспирационной ионной камере 1 источником 2 питания, осаждаются на электроды аспирационной ионной камеры 1, и через ключ 3 и входное сопротивление блока 5 чсилителей течет ионный ток. Однако, ввиду малости тока (порядка 10 1 О"ф А) и не слишком большого входного сопротивления блока 5 усилителей (порядка 10 Ом), сигнал на входе6блока усилителей 5 будет незначительным (для измерения , Затем из блока.4 управления поступает сигнал на размыкание ключа 3, например специального реле с высоким качеством изоляции (янтарь, сапфир). Как только ключ 3 разомкнется, в аспиоацион ной ионной камере 1 на электроде подключенном к ключу 3, начнется накопление заряда ва счет ионов, оседаемых на этот электрод. Знак заряда определяется полярностью потенциала, поданного на второй электрод аспирационной ионной камеры 1 от источника 2 питания. Величина заряда определяется соотношением заряд Клконцентрация ионов в единице объема воздуха или газа( см 7;объемный расход воздуха илигаза через аспиоационную ионную камерч 1 (,см /с)120 40 45 50 55 время разомкнутого состояния ключа 3 с6 в .1,610 К - заряд иона-9 .С - емкость аспираиионной ионнойкамерыФ1. - величина потенпиала, созданного ионами на электроде камеры 1 подключенном к ключу 3, ВЗатем по истечении заданного времени, из блока 1 управления поступает сигнал сброса на счетчики 16,17 и 18 импульсов, котооые устанавливаются в нулевое состояние, после чего из блока 4 управления поступает сигнал на замыкание ключа 3. Как только ключ 3 замкнется, через него и входное сопротивление блока 5 чсилителей потечет ток перезаряда аспираиионной ионной камеры 1 источнико 1 к 2 питания. Этот ток создает на входе блока 5 усилителей экспоненциальный импульс напряжения амплитуда которого иЧесфсгде О 4 -амплитуда импульса на входеблока усилителей 5 ВСВ - входная емкость блока усилителей 5 Фостальныеобозначения те же, что и в ( ),Этот импульс напряжения. усиленный блоком 5 чсилителай, через усилительные секции 6.7 и 8 с коэфФициентами усиления, кратными десятипоступает на входы амплитудно-временных преобразователей 11,10 и 9соответственно которые преобоазчютамплитуду поступивших на их входыимпульсов в интервалы времени, врезчльтате чего на первых входахсхем И 12,13 и 14 появляются прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых прямо пропорцио.нальна амплитудам сигналов на соответствующих выходах блока 5 усилителей. Поскольку генератор 15 импульсов, например, кварцевый, постоянно посылает счетные импульсына вторые входы схем И 12,13 и 14,то, как только на первых входахэтих схем появляются прямоугольныеимпчльсы, счетные импульсы генерагора 15 импульсов поступают на входысчетчиков 16,17 и 18 импульсов,причем, число импульсов, поступившихна вход соответствующего счетчикаимпульсов, определяется длительнос 0 25 30 35 тью прямоугольного импульса на входе соответствующей схемы И 12,3 и 14. В процессе оаботы счетчиков 16,17 и 18 импульсов в режиме, счета блоки 19,20 и 21 Фиксации переполнения счетчиков импульсов следят за состоянием счетчиков 16,17 и 18 импульсов соответственно и, как только какой-либо из них переполнит фиксируют этот Факт и подаю- соответствующий сигнал управления на дешифратор 22, который отключает блок 23 цифровой. индикации от переполненного счетчика импульсов и подключает его к следующему, макси- малько заполненному счетчику импульсов.Одновременно в блоке 23 индикации будет высвечен соответствующий знак о диапазоне измеряемой величинь 1,Таким образом, благодаря использованию предлагаемой цифровой схемы переключения диапазонов повышается точность измерения количества ионов за счет исключения поооговых элементов из известной схемы, в которых зависимость порога от внешних факторов приводит к ухудшению точности (особенно сильной в конце диапазонов измерений), и за счет уменьшения шумов.при уменьшении входного сопротивления блока усилителей. Кроме того, предлагаемая схема проста в настройке и не требует высокостабильного источника напряжений для настройки порогов. Формула изобретения устройство для счета ионов, содержащее последовательно соединенные источник питания, аспиоационную ионную камерч, ключ и блок усилителей, выходы которого нагружены на цепочки из последовательно соединенных амплитчдно-временных преобразователей и схем И, генератор импульсов, подключенный ко вторым входам схем И, последовательно соединенные счетчик импчльсов. дешиф" ратор и блок цифровой индикации, а также блок управления, первый выход которого соединен с ключом, а второй - со входом сброса счетчика импульсов, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены по количеству амплитудно-временных преобразователей, исключая один, счетчики импульсов, а также поколичеству амплитудно-временныхпреобразователей блоки фиксж 1 иипереполнения счетчиков импульсов,которые включен между выходамисчетчиков импульсов и входами дешвЬратора, к другим входам которого подкаочены выходы всех счетчиков импульсов, счетные входы счетчиков импульсов разделены и подключены к выходам схем И, а шины 868534 8сброса счетчиков импульсов объединены и подключены ио втопомчвыходч блока управления.Источники информации.принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 605453, кл, б 01 й 15/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2692054(18-25,кл, О 01 й 27/б 2, 1,978 (прототип),Составитель М. ДаниловРедактор Н. Безродная - Техред А,Бабинец Корректор М. ШарошиЗаклз 8311760 Тираж 910 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва. Ж, Раушская наб,. д. 4/5Филиал ППП Патент , г. Ужгород чл. Проектная, 4