CN107238630A - 用于测量离子浓度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量限定空间中的离子浓度的方法和设备。该方法包括：在限定空间中布置至少一个导电表面；生成从具有阳极和阴极的离子发生器到限定空间的离子流；测量跨电阻器两端的电压或通过电阻器的直流电(DC)中的一个，该电阻器连接在阴极与至少一个导电表面之间；以及基于离子浓度与所测量的电压或电流的比例来确定限定空间中的离子浓度。

Description

用于测量离子浓度的方法和设备
相关申请的引证
本申请要求于2016年3月28日提交的美国临时申请系列号第62/313,873号的权益，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明广泛地涉及用于测量注入至限定空间中的离子(具体地，负离子)的流动的设备和方法。
背景技术
负空气离子生成可用作清洁空气的手段。负空气离子生成如下操作：将电子添加至空气分子，并且随后这些带负电荷颗粒粘结至空气传播的污染物，并且随后移动至如同墙壁和地板的带更多正电荷的表面。整体过程将来自受保护空间中的空气的污染物移动至可利用传统方法轻易清洁的另一地点或空间。
由于该过程包括投射附接至空气分子的电子流，所以产生从离子发生器到受保护空间的负电流。更高的电流促使更有效的清洁。因此，清洁有效性可由离子发生器的电流指示或者与其相关。各种因素可降低电流，诸如电离器接地不足、低阳极电压、通风口堵塞等。如果任意因子降低电子流动，则得到的过程具有降低的有效性。如果离子未达到预期空间，则空气清洁过程也可受影响。如果离子电流在它们达到离子发生器电路的过程中短路而未通过预期空间行进，则可出现这种情况。本公开的方面涉及基于来自离子发生器的电流通过受保护空间中的导电表面的测量值，来确定将离子投射至限定空间中的有效性。
离子测量的非限制性方面可基于测量离子密度，例如，每立方厘米的数百万的离子。一个这种方法是Gerdien管，其测量由于一定容积中的离子的消散而造成的该容积中的电荷移除速率。额外的各种非限制性方法可被利用，但是这些方法通常测量计量设备本地的离子密度。当离子密度的测量值(多个测量值)不考虑离子流的路径时，它们可能不能准确地反映离子流通过受保护空间的速率。
图1示出现有技术。设备100可操作以便将离子注入空气流105中。设备100使用连接至阴极102和阳极103的高压电源101。在阳极103与阴极102之间的区域中，产生负离子106。风扇104吹送包含于空气流105中的离子。另一设备107测量离子发生器周围区域中的离子浓度。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及用于测量限定空间中的离子浓度的设备，该设备包括：电源；离子发生器，具有连接至电源的阳极和阴极；风扇，将阳极与阴极之间的路径中的空气移动至限定空间；至少一个导电表面，在限定空间中；电阻器，连接在阴极与至少一个导电表面之间；以及测量电路，连接至电阻器以用于测量跨电阻器的电压或通过电阻器的DC电流中的一个。所测量的跨电阻器的电压或通过电阻器的直流电(DC)中的一个与限定空间中的离子浓度成比例。
附图说明
在附图中：
图1示出用于将离子注入空气流中以及测量离子源附近的离子浓度的设备的现有技术示意图。
图2示出根据本文描述的各方面的强调来自离子发生器的电流的电气图。
图3示出根据本文描述的各方面的电路的示图。
图4用图表示根据本文描述的各方面的离子电流测量电路。
具体实施方式
尽管将描述“一组”各个元件，但是将理解，“一组”可包括任意数量的相应元件，包括只有一个元件。另外如本文使用的，尽管传感器可被描述为“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可包括确定指示相应值或与相应值相关的值，而不是直接感测或测量该值本身。所感测或测量的值可进一步提供至额外部件。例如，值可提供至控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可对值进行处理以确定有代表性的值或代表所述值的电特性。
此外，尽管本文中可使用诸如“电压”、“电流”和“电力”的术语，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，当描述电路或电路操作的方面时，这些术语可更换。
连接参考(例如，附接、耦接、连接和接合)应被广义解释，并且除非以另外方式表示，否则连接参考可包括一批元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不必推断两个元件直接连接并且彼此成固定关系。在非限制性实例中，连接或断开可选择性被配置为提供相应元件之间的电连接、启用相应元件之间的电连接、禁用相应元件之间的电连接等。
本公开的方面涉及用于测量通过受保护空间行进的注入离子的设备和方法。从仅通过举例的方式且结合附图进行的以下书面描述中，对于本领域普通技术人员来说，本公开的方面将更好理解并且更加显而易见。示例性附图仅用于说明性目的，并且在附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可变化。
图2示出根据本公开的将离子流210注入空气中的离子发生器200。离子发生器200包括高压电源204、阳极205、阴极206以及安全电阻器209。如本文使用的，“安全电阻器”209是在出现短路或故障时防止或限制电流的电流限制电阻器。高压电源204提供阳极205与阴极206之间的电力以产生离子210。如所示的，风扇可使得阳极205与阴极206之间的空气流动以便将离子210移动或携带离开阳极205或阴极206。离子210通过受保护空间203流动至受保护空间周围或受保护空间内的至少一个导电表面207。在这个意义上，至少一个导电表面207可在离子210或离子流的空气路径中。
响应于离子210接触表面207，导电表面207传导或支持电子流211。电子流211使得电流212流动通过经由导体202串联连接在导电表面207与阴极206或电源204之间的第二电阻器208。第二电阻器208中的电流在第二电阻器208上产生电压，该电压可随后通过电路213(诸如伏特计)测量。通过电路213测量的电压可与流动通过受保护空间203的电子的数量(并且因此，大量离子)成比例。可选地，导电表面207可连接至大地接地201。
图3示出用于包括本公开的方面的另一离子发生器301的示图。图3的方面与先前描述的部件相似，并且因此，在此可适用相似描述，除非以另外方式描述。先前的离子发生器200与离子发生器301之间的差异是离子发生器301利用主电源(mains power supply，市电供电)314。离子发生器301可包括高压电源306、阳极308、阴极303以及安全电阻器302。离子发生器301可进一步包括电源312，该电源具有示出为变压器的直流电(DC)隔离屏障316。电源312包括跨DC隔离屏障316两端的高值电阻器313，其产生与通过受保护空间318的离子流317成比例的DC电压。通过电路322测量DC电压，其例如，经由指示灯321进一步指示离子流的大小(magnitude)。在一个非限制性方面中，可通过比较所测量的电压(或电流)与查找表来确定离子浓度。
受保护空间318可包括在其中或其周围的至少一个导电表面320以支持如上所述的电子流319，并且经由导电连接309与主电源314连接。通过电气部件的电子流319形成封闭路径。封闭路径可包括但不限于例如，电串联的以下元件：高压电源306(负极端子)、保护电阻器或安全电阻器302、阳极308、阳极308之间或阴极303附近的负离子317、受保护空间318中的负离子317、导电表面320上的负离子319、主电源连接309、跨隔离屏障316两端的电阻器313以及至高压电源306的导电连接324。高压电源306可经由阴极连接310与阴极303进一步连接。
图4示出离子电流测量电路400的相关部件的示意图。示意图示出高频变压器401，该高频变压器阻挡DC并且传送操作电离器电路(未示出)所需的交流电(AC)电力。桥电阻器402允许离子电流(其是DC)在变压器401附近流动。来自DC离子电流的电压在电阻器402上发展，并且可通过差分放大器404放大。模数转换器405可将离子流电流的数字指示提供至处理器406，其可转而照亮至少一个指示灯409。因此，如本文描述的，模数转换器405、处理器406或指示灯409可有效地或可操作地显示离子流的大小的指示(诸如，亮度或照亮/非照亮指示)。
本公开的方面可有效操作为测量通过包含导电表面或由导电表面包围的空间行进的离子。通过建立从这些导电表面到离子发生器阴极的电连接，可确保测量的电流来自离子流。
通过受保护空间的离子电流是DC，并且通常非常小，大约10uA。因此，由于小的DC电流将与为离子生成电路供电的大AC电流合并，所以通过电阻器与主电源的直接连接的测量将极其困难。本公开的一个方面通过DC隔离屏障(在一个非限制性实例中，可能是开关模式电源的一部分)传送来自主电源的电力来解决该难题。如本文描述的，使用屏障两端的高频率来传送电力，由此允许或启用来自离子流的电流。分开测量DC流动与操作离子发生器电路所需的电流(其是AC)。
因此，在本公开的一个非限制性实例中，上述方面通过测量通过受保护空间的有用离子流而为离子的测量提供新型替代方案。本公开的非限制性方面可被包括，其中，方法基于1)建立从用在离子发生器中的高压电源的阴极到受保护空间内的导电表面的连接，以及2)测量通过在步骤1)中提及的连接的DC电流。该方法可使用通过受保护空间周围或受保护空间内的导电表面流动至离子源的高压电源阴极的电流的测量值，来表示通过受保护空间的离子流。
测量限定空间中的离子浓度的另一非限制性方法可包括：1)在限定空间中布置至少一个导电表面，2)生成从具有阳极和阴极的离子发生器到限定空间的离子流，3)测量电阻器两端的电压或通过电阻器的DC电流中的一个，该电阻器连接在阴极与至少一个导电表面之间，以及4)基于离子浓度与所测量的电压或电流的比例来确定限定空间中的离子浓度。
本文描述的顺序仅用于示例性目的，并且并非旨在以任意方式限制该方法，应理解的是，在不偏离所描述的方法的情况下，该方法的部分可以不同逻辑顺序进行，额外或介入部分可被包括，或者所描述的该方法的部分可被划分为多个部分，或者所描述的该方法的部分可被省略。
除了以上图中所示出的许多其他可能的实施方式和配置由本公开预期。在某种程度上没有描述的各种实施方式的不同特征和结构可被用于所期望的彼此组合中。一个特征可能没在所有实施方式中说明并不意味着解释为不存在，这样做是为了说明的简洁性。因此，不管新的实施方式是否明确说明，如所期望的形成新的实施方式可以混合以及匹配不同的实施方式的各个特征。本文中描述的特征的组合或置换由本公开覆盖。
在本公开的一个非限制性方面中，本发明的实施方式可包括以下方面的至少子集的任意置换或组合：电源；离子发生器，具有连接至电源的阳极和阴极；风扇，将阳极与阴极之间的路径中的空气移动至限定空间；至少一个导电表面，在限定空间中；电阻器，连接在阴极与至少一个导电表面之间；测量电路，连接至电阻器以用于测量跨电阻器的电压或通过电阻器的DC电流，其中，所测量的跨电阻器的电压或通过电阻器的直流电(DC)中的一个与限定空间中的离子浓度成比例；DC隔离屏障，在电源与离子发生器之间，其中，电阻器跨隔离屏障两端连接；显示器，连接至测量电路以指示限定空间中的离子浓度，其中，至少一个导电表面的至少一部分在空气路径中；放大器，放大所测量的跨电阻器的电压或通过电阻器的DC中的一个；处理器，基于所测量的跨电阻器两端的电压或通过电阻器的DC的成比例性确定离子浓度，其中，该比例在存储器的查找表中；至少一个指示器，被配置为基于跨电阻器两端的电压或通过电阻器的DC的大小来照明，或者其中，该指示器是灯。
本书面说明书使用实例公开了包括最优模式的本发明的实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实施本发明的实施方式，包括制造和使用任何装置或***并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。这些其他实例旨在被包括在权利要求的范围内，如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言非实质性不同的等同结构要素。

Claims (9)

1.一种用于测量限定空间中的离子浓度的设备，包括：
电源；
离子发生器，具有连接至所述电源的阳极和阴极；
风扇，将所述阳极与所述阴极之间的路径中的空气移动至所述限定空间；
至少一个导电表面，在所述限定空间中；
电阻器，连接在所述阴极与所述至少一个导电表面之间；以及
测量电路，连接至所述电阻器以用于测量跨所述电阻器两端的电压和通过所述电阻器的DC电流中的一个，
其中，所测量的跨所述电阻器两端的电压和通过所述电阻器的直流电流DC中的一个与所述限定空间中的所述离子浓度成比例。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述电源与所述离子发生器之间的DC隔离屏障，其中，所述电阻器跨隔离屏障两端连接。
3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括显示器，所述显示器连接至所述测量电路以指示所述限定空间中的所述离子浓度。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个导电表面的至少一部分在空气路径中。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括放大器，所述放大器用于放大所测量的跨所述电阻器两端的电压和通过所述电阻器的DC中的一个。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括处理器，所述处理器基于所述离子浓度与所测量的跨所述电阻器两端的电压和通过所述电阻器的DC中的一个的比例来确定所述离子浓度。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述比例在存储器的查找表中。
8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个指示器，所述指示器被配置为基于跨所述电阻器两端的电压或通过所述电阻器的DC的大小来照亮。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述指示器是灯。
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