Способ определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК июЯОно 16367(51) 5 Р 5 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ н двтоЕСкОвЮ СвиДЕТКЛЬСтву ТЕНИ 10 Р 11одственное объед Фиг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56). Авторское свидетельство СССР В 152747, кл. С 01 Р 5/08, 1963.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И СКОРОСТИ ПОТОКА ИОНИЗИРОВАННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к аэродинамике и газодинамике и может быть использовано для определения расхода газового потока и плотности ионизации в нем, например, в системах конт роля мощности газоаэрозольного выбро са через вентиляционную трубу атомной станции. Цель изобретения - расширение функциональных возможностейи повышение точности измерений, Спо,соб заключается в том, что после подачи ионизированного газового потокав измерительный канал 1 производятразделение зарядов в электрическомполе введенного в канал плоскогоконденсатора 2, измеряют в цепи последнего ионизационный ток блоком6 регистрации и по величине тока оценивают электропроводность. Воздействие на поток газа электромагнитным полем осуществляют подачей на обкладки конденсатора 2 импульсов отрицательного напряжения прямоугольной формы, с частотой следования,определяемой из выражениями ( Ф 7 /Ягде 5 - электропроводность; с - электрическая постоянная. 2 с.п,ф-лы,5 ил.Изобретение относится к областиаэродинамики и газодинамики и можетбыть использовано для измерения мощности радиоактивного газоаэрозольноговыброса через вентиляционные трубыатомных электростанций, а также параметров двйжения нейтральной газовойплазмы при нормальном давлении.Целью изобретения является повышение точности измерений скоростипотока газовой плазмы,На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; нафиг,2 - разрез А-А на фига 1, на 5фиг.3 - распределение пространственного заряда в межэлектродном промежутке, на фиг, 4 - система координат, в которой рассчитаны составляющие магнитного поля от продольного 20тока ионов, на фиг. 5 - диаграммаимпульсов электрического поля (а),подаваемых на конденсатор и соответствующих импульсов магнитногополя (б) и индукционного тока (в).Устройство для осуществленияспособа содержит измерительныйканал 1 прямоугольного сечения, выполненный из диэлектрического материала, например тефлона, два плоских электрода 2, размещенных напротивоположных стенках внутри измерительного канала, генератор 3 униполярного переменного напряжения,соединенный с одним из электродов,индукционную катушку 4, расположенную по центру канала на равном расстоянии от электродов, блок 5 регистрации, индукционного тока, соединенный с индукционной катушкой, 4 Ои блок 6 регистрации ионизационного тока, соединенный с вторым электродом. Для исключения воздействиявнешних магнитных полей на индукционную катушку служит магнитный 45экран 7, размещенный снаружи канала. Катушка 4 размещена в канале 1так, что нормаль к плоскости виткаперпендикулярна нормали к плоскостям электродов 2. Последние вы -полнены из коррозионно-стойкого материала и имеют длину, определяемую из,выражения а а ПмаааЬафа а 1) 55где Н ,и - максимальное значениескорости истечения газового потока, Ь - расстояние между электродами;М - подвижность ионов.Способ реализуется следующим образом.Измерительный канал 1 со смонтированными внутри плоскими электродами 2 и индукционной катушкой 4 выносят в поток газовой плазмы, например, помещают внутри вентиляционной трубы атомной электростанции, Блоки 5 и 6 регистрирующей аппаратуры и генератор 3 униполярного напряжения размещают вне газового потока. Подают на один из электродов 2 постоянное напряжение 7 , величину которого выбирают из условия) р ОПри продольном переносе среды со скоростью, меньшей дрейфовой скорости носителей заряда, образующихся в результате ионизации воздуха в межэлектродном пространстве, устанавливается стационарное распределение заряда. Характерный вид распределения зарядов приводится на фиг. 3.Ионы, возникающие в потоке ионизированного газа, увлекаясь потоком воздуха, проходят через измерительный канал, в котором под дейстмвием электрического поля в межэлектродном промежутке разделяются, создавая ионизационный ток (поперечный) и пространственный заряд в проэлектродных областях, создающий, в свою очередь, продольный ток при продольном переносе газа через измерительный канал.Поэтому выбор условияЦш,1 О/О Обусловлен тем, что пространственныизаряд в приэлектродной области должен быть уже сформирован прежде, чем он переместится на заметное расстояние вдоль канала за счет продольной скорости Н.Размещение ка-,ушки в центре между электродами на равных расстояниях от их краев позволяет скомпенсировать в этой точке магнитное поле, обусловленное поперечным ионизационным током, так что катушка будет реагировать лишь на магнитное поле, обусловленное продольным переносом заряцов. При выполнении условиявремя продольного переноса заряда вдоль электродов должно быть больше времени прохождения зарядом межэлектродного промежутка. На фиг.5 представлено характерное изменение во времени электрического и магнитного 10 полей и индукционного тока, В катушке, размещенной в центре между электродами, индуцируется ЭДС индукции или течет ток Ь ии при сопротивлении К н нагрузки . 5По значению ионизационного тока, регистрируемого блоком 6 регистрации, находят электропроводность ионизированного газового потока из - выражения(4) ионЬо/Чогдеио- значение ионизационноготока",Б - площадь электродов.По найденному значению электропроводности вычисляют частоту переменного униполярного напряжения из выражения Я(ьб/Е . Затем на электродподают переменное униполярное напряжение величин 6 й Ч и частотойследования импульсов Я .Переменное униполярное электрическое поде с частотой Я, создаваемоев межэлектродном промежутке, модулирует переменный продольный ток,обусловленный продольным переносом заряда в приэлектродных областях. Продольный ток индуцирует пе 35 5 16367 где 0 - электропроводность ионизованного газового потока,С - электрическая постоянная, 75 бременное магнитное поле, которое индуцирует ЭДС или ищукционный ток в катушке 4, расположенной в центре измерительного канала между электродами. Поэтому выбор такой частоты позволяет пренебречь током смещения, который в противном случае (при больших частотах) давал бы вклад в переменное магнитное поле и создавал бы дополнительный ток в индукционной катушке. Кроме того, при такой частоте время разделения зарядов меньше времени их продольного пере- носа, что позволяет образовать в приэлектродных областях при заданном напряжении пространственный заряд ионов и фиксировать скорости его продольного переноса.Переменный ток, индуцируемый в катушке 4, регистрируется блоком 5, Таким образом, измеряя амплитудное значение производной от задаваемой периодической Функции поперечного электрического поля (напряжения) и значение (поперечного) ионизационного тока, находят удельную активность среды, скорость газового потока в точке установки устройства и мощность дозы.Для оценки расхода газа при най-. денном значении скорости воздушного потока в точке расположения датчика используется эмпирическая зависимость скорости потока от расстояния у от внутренней поверхности трубы для турбулентного потока.Скорости газового потока вычисляют по Формулегде 1- длина электродов плоского конденсатора,иихф - амплитудное значение инАд макодукционного тока,.Ки в . сопротивление нагрузки,Ь - ширина электродов;10 - магнитная проницаемость,Г Ро - магнитная постоянная,ЙР/д - амплитудное значение прора кся яизводной от безразмерноипериодической Функции,определяемой выражениемР: Ч(Яе/Ч- значение ионизационногоИонтока, 50,ЕоР Ьт (6)121 с, агс( - .ДЭЛОэ 3 ЪЬоэсС 1 РС 1 " мак К = 21(И /ЕЕ - скорость рекомбирог.ации,15С = 2 09" 10 - радиационный выход,1 - мощность дозы ионизирующего излучения;ЕО = 7,Вос, = Уяа/К,с - заряд электрона.Величину 1 находят по измеренному значению ионизационного тока из уравнения йз.ион Ьо: с агсд( - ), (7) 1521(281 ИЧе Я ф Приведенные в соотношениях (1)- (7) величины имеют размерности, соот" ветствующие системе измерений СП, 20 Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет обеспечить повышение точности измерения скорости и электропроводности в потоке нейтральной ионной газовой плазмы при нормальном давлении, например, скорости и электропроводности (мощности дозы) радиоактивного газоаэрозольного выброса атомной электростанции. р р ЯЬ агсц( - ) -- 1 паГ Ь хо ох Ь ширина электродов,длина электродов плоского конденсаторамиподвижность носителей заряда (ионов);напряжение;фсопротивление нагрузки;амплитудное значение индукционного токамагнитная проницаемость,магнитная постоянная,эФфективная площадь индукционной катушки (и -число витков, з - площадь одного витка);расстояние между электродами,параметр, имеющий размерность длины,значение ионизационноготока,, - амплитудное значениепроизводной безразмерной Формула изобретения1. Способ определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа, включающий подачу ионизированного газа в измерительный канал, воздействие на поток газа первичным электромагнитным полем, измерение тока, возбуядаемого в индукционной катушке, и оценку электропроводности и скорости потока газа, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений напоток газа воздействуют электростатическим полем введенного в измерительный канал плоского конденсатора,измеряют ионизационный ток в цепи.конденсатора, по величине которогооценивают электропроводность, а воздействие ка поток газа электромагнитным полем осуществляют подачей наобкладки конденсатора импульсов нанряжения прямоугольной формы, частоту Я следования которых выбирают извыраженияо ( Еогде 5 - электропроводность,Я - электрическая постоянная,при этом оценку скорости П газового потока получают из соотношения: периодической функции1) о фЧ(ЯЙ) - значение униполярногопеременного напряжения;- частота переменного напряжения2. Устройство для определения электропроводности и скорости потока ионизированного газа, содержащее измерительный канал, генератор переменного напряжения и индукционную катушку, соединенную с блоком регистрации индукционного тока, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит блок измерения ионизационного тока, два электрода в виде прямоугольных пластин, установленных на внутренних противолежащих стенках измерительного канала прямоугольного сечения, выполненного из диэлектрического материала, и образующих плоский конденсатор, в цепь которого последовательно включены ге-.,б Х,си нератор переменного напряжения и блокизмерения ионизационного тока, а индукционная катушка размещена внутриконденсатора, йри этом ее ось симметрии ортогональна оси измерительногоканала и оси, проходящей через центрыэлектродов, причем длина 1 электродоввыбрана из выражения где 1 = 6 ЬО,Ь - межэлектродное рас"стояние,41 ц - максимальная длина электродов, характерная для максимальной скорости потока.Тиражомитет 346по иэобИ-.35, Ра Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб., д. 4/5