SU1550366A1 - Device for measuring volume density of electric charges in gas - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению зар дов частиц и их концентраций и может быть использовано дл  контрол  уровн  загр знени  механическими примес ми воздушной среды и технологических газов, контрол  вакцинных аэрозолей. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности устройства за счет уменьшени  уровн  помех, наводимых на измерительном электроде с отклон ющей камеры и при флуктуаци х концентрации зар женных частиц в потоке газа. Устройство состоит из установленных последовательно по потоку газа отклон ющей камеры и измерительного электрода, а также источника переменного бипол рного напр жение частоты F, выход которого соединен с входом делител  частоты и с первым входом измерительной схемы, второй вход которой через избирательный фильтр на частоту F соединен с измерительным электродом, а выход делител  частоты соединен с отклон ющей камерой. Объемный зар д частиц в потоке газа модулируетс  по плотности с частотой F при подаче на отклон ющую камеру переменного бипол рного напр жение с частотой F = F/2. Наведенный на измерительном электроде сигнал фильтруетс  на частоте F, что дает возможность ослабить вли ние на результат измерени  помех, наводимых на измерительный электрод с отклон ющей камеры, и помех, вызванных флуктуацией концентрации зар женных частиц в потоке газа. Ослабление уровн  помех позвол ет повысить чувствительность и точность измерени . Значени  амплитуды и фазы измеренного сигнала пропорциональны величине и знаку зар да частиц в потоке газа. 2 ил.The invention relates to the measurement of the charges of particles and their concentrations and can be used to control the level of contamination by mechanical impurities of air and process gases, to control vaccine aerosols. The aim of the invention is to increase the sensitivity of the device by reducing the level of noise induced on the measuring electrode from the deflecting chamber and during fluctuations of the concentration of charged particles in the gas flow. The device consists of a deflecting chamber and a measuring electrode installed in series in a gas flow, as well as a source of alternating bipolar voltage frequency F, the output of which is connected to the input of a frequency divider and the first input of the measuring circuit whose second input is connected through a selective filter to frequency F with the measuring electrode, and the output of the frequency divider is connected to a deflection chamber. The volumetric charge of particles in a gas flow is modulated in density with a frequency F when an alternating bipolar voltage with a frequency F = F / 2 is applied to the deflection chamber. The signal induced at the measuring electrode is filtered at frequency F, which makes it possible to weaken the influence on the measurement result of noise induced at the measuring electrode from the deflecting chamber and interference caused by fluctuations in the concentration of charged particles in the gas flow. Reducing the interference level improves the sensitivity and accuracy of the measurement. The amplitudes and phases of the measured signal are proportional to the magnitude and sign of the charge on the particles in the gas stream. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, предназначено дл  определени  объемной плотности электрических зар дов частиц, содержащихс  в газе, и может быть использовано дл  измерени  электрическихThe invention relates to a measurement technique, is intended to determine the bulk density of the electric charges of particles contained in a gas, and can be used to measure electrical

характеристик атмосферы, в аэро- зольтерапии при измерении эффективности генераторов аэроинов, дл  контрол  параметров окружающей среды и загр зненности технологических газов.characteristics of the atmosphere, in aerosol therapy when measuring the efficiency of aeroin generators, to control environmental parameters and pollution of process gases.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности устройства/ за счет уменьшени  уровн  помех, наводимых на измерительном электроде с отклон ющей камеры и при флуктуа- ци х концентрации зар женных частиц в потоке газа.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the device / by reducing the level of interference induced on the measuring electrode from the deflecting chamber and during fluctuations of the concentration of charged particles in the gas flow.

На фиг.1 схематично изображена схе ма предлагаемого устройства; на 1фиг.2 - его рабочие характеристики,Figure 1 schematically shows the scheme of the proposed device; Figure 1 - its performance,

Устройство содержит отклон ющую камеру 1, измерительный электрод 2, делитель 3 частоты, избирательный фильтр 4, источник 5 переменного нап- р жени , измерительную схему 6. Отклон юща  камера 1 состоит из коак- сиально расположенных цилиндров из провод щего материала с неравномерно увеличивающимис  к оси потока га- за зазорами, причем четные цилиндры заземлены, а нечетные соединены элект рически между собой и подключены к выходу делител  3 частоты, Измерительный электрод 2 выполнен в виде цилиндра из провод щего материала. Измерительна  схема 6 позвол ет измер ть фазу и амплитуду наводимого на измерительном электроде 2 сигнала.The device contains a deflecting chamber 1, a measuring electrode 2, a divider 3 frequencies, a selective filter 4, an alternating voltage source 5, a measuring circuit 6. The deflecting chamber 1 consists of coaxially arranged cylinders of conducting material with non-uniformly increasing the gas flow axes are gaps, the even cylinders are grounded, and the odd cylinders are electrically connected to each other and connected to the output of the divider frequency 3, the measuring electrode 2 is made in the form of a cylinder of conductive material. Measuring circuit 6 allows measuring the phase and amplitude of the signal induced on the measuring electrode 2.

На фиг.2 приведены графики измене- ни  во времени напр жени  Si (t), вырабатываемого источником 5 переменного напр жени , напр жени  U2(t), прикладываемого к отклон ющей камереFigure 2 shows the graphs of the time variation of the voltage Si (t) produced by the variable voltage source 5, the voltage U2 (t) applied to the deflection chamber

1 с выхода делител  3 частоты, зар да $ на величине электрического объемно- q((t) частиц, переносимых потоком газа после отклон ющей камеры 1, зар да q.2(t) частиц, переносимых потоком газа после отклон ющей камеры 1 при флуктуации концентрации зар -% 40 женных частиц в потоке газа, напр жени  U(t) на выходе избирательного фильтра 4о1 from the output of the divider 3 frequency, charge $ on the value of the electric volume – q ((t) particles carried by the gas flow after the deflecting chamber 1, charge q.2 (t) particles carried by the gas flow after the deflecting chamber 1 at fluctuations in the concentration of charge -% 40 particles in the gas stream, the voltage U (t) at the exit of the selective filter 4o

Устройство работает следующим образом,45The device works as follows, 45

Поток исследуемого газа поступает в отклон ющую камеру 1, к которой прикладываетс  переменное бипол рное напр жение с выхода делител  3 частоты, причем частоты этого напр го зар да частиц в газе, а знак зар  да частиц преобладающей концентрации определ етс  по разности фаз между сигналом, поступающим с выхода избирательного фильтра 4, и напр жением , вырабатываемым источником 5 пере менного напр жени . Эти амплитуды и разность фаз измер ютс  измеритель ной схемой 6.The flow of the test gas enters the deflecting chamber 1, to which an alternating bipolar voltage is applied from the output of divider 3 frequencies, the frequencies of this direct charge of particles in the gas, and the sign of the charge of particles of dominant concentration is determined by the phase difference between the signal coming from the output of the selective filter 4, and the voltage produced by the source 5 of alternating voltage. These amplitudes and phase differences are measured by measuring circuit 6.

Пример Амплитуда полезного сигнала, наводимого зар женными частицами на измерительный электрод, из мен етс  в пределах U,, 200,с,200 мк CQ Амплитуда U2 помехи, наводимой с от клон ющей камеры 1 на измерительный электрод 2 по частоте f 30 Гц, сое тавл ет 30 мкВ0 Амплитуда помехи, вызванной флуктуацией концентрации зар женных частиц в потоке газа в диапазоне частот 1 Гц00.10 кГц, составл ет 60 мкВс По правилу суперпози ции амплитуда помехи на измерительном электроде 2 будет равна 90 мкВ,Example The amplitude of the useful signal induced by charged particles on the measuring electrode varies within U ,, 200, s, 200 micron CQ The amplitude U2 of the interference induced from the tilting chamber 1 to the measuring electrode 2 at a frequency f 30 Hz, supposes 30 μV. The amplitude of the interference caused by fluctuating the concentration of charged particles in the gas stream in the frequency range 1 Hz00.10 kHz is 60 μV. According to the superposition rule, the interference amplitude on the measuring electrode 2 will be 90 μV,

женилgot married

f - F f - -r,f - F f - -r,

где Р - частота переменного бипол рного напр жени , вырабатываемого источником 5 переменного напр жени  .(см0 U4(t) и U2(t) на фиг.2). Это напр жение может иметь как синусоидальную, так и пр моугольную форму Под действием переменного электрического пол  в отклон ющейwhere P is the frequency of the alternating bipolar voltage generated by the alternating voltage source 5 (cm0 U4 (t) and U2 (t) in Fig. 2). This voltage can be either sinusoidal or rectangular under the action of an alternating electric field in a deflecting

камере 1 зар женные частицы, наход щиес  в потоке газа, приобретают поперечную потоку газа составл ющую скорости и часть из них оседает в отклон ющей камере 1. В результате объемный зар д частиц в потоке арза оказываетс  промодулированным по плотности с частотой F (CMO q,,(t), фиг.2). Затем поток газа поступает в измерительный электрод 2 и наводит на нем электродвижущую силу, причем частота этой электродвижущей силы оказываетс  равной частоте F. Кроме того, на полезный сигнал, снимаемый с измерительного электрода 2, накладываетс  сигнал от флуктуации концентрации зар женных частиц в потоке газа (q. (t), фиг,2), который может иметь произвольную частоту и амплитуду , и сигнал, наводимой с отклон ющей камеры 1, с частотой f. Поскольку избирательный фильтр 4 настроен на частоту F, то сигналы с другими частотами подавл ютс  (ослабл ютс ). Поэтому удаетс  избавитьс  от помех, наводимых с отклон ющей камеры с частотой f, и значительно уменьшить вли ние помех, вызванных флуктуацией концентрации зар женных частиц в потоке газа, что позвол ет повысить чувствительность устройства. Амплитуда выделенного избирательным усилителем 4 сигнала U3(t) пропорциональна величине электрического объемно- The chamber 1 charged particles in the gas flow acquire the velocity component of the transverse gas flow and some of them settle in the deflecting chamber 1. As a result, the volume charge of the particles in the arz flow becomes density modulated at a frequency F (CMO q, , (t), FIG. 2). The gas flow then enters the measuring electrode 2 and induces an electromotive force on it, the frequency of this electromotive force being equal to the frequency F. In addition, a signal from the measuring electrode 2 is superimposed on the signal from the fluctuation of the concentration of charged particles in the gas flow ( q. (t), fig. 2), which can have an arbitrary frequency and amplitude, and a signal induced from the deflecting chamber 1, with a frequency f. Since the selective filter 4 is tuned to frequency F, signals with different frequencies are suppressed (attenuated). Therefore, it is possible to get rid of interference induced from the deflecting chamber with a frequency f, and to significantly reduce the influence of interference caused by fluctuations in the concentration of charged particles in the gas flow, which allows increasing the sensitivity of the device. The amplitude of the signal U3 (t) selected by the selective amplifier 4 is proportional to the electrical volume

го зар да частиц в газе, а знак зар да частиц преобладающей концентрации определ етс  по разности фаз между сигналом, поступающим с выхода избирательного фильтра 4, и напр жением , вырабатываемым источником 5 переменного напр жени . Эти амплитуды и разность фаз измер ютс  измерительной схемой 6.the charge of the particles in the gas, and the sign of the charge of the particles of prevailing concentration is determined by the phase difference between the signal coming from the output of the selective filter 4 and the voltage produced by the alternating voltage source 5. These amplitudes and phase differences are measured by measuring circuit 6.

Пример Амплитуда полезного сигнала, наводимого зар женными частицами на измерительный электрод, измен етс  в пределах U,, 200,с,200 мкВ, Q Амплитуда U2 помехи, наводимой с отклон ющей камеры 1 на измерительный электрод 2 по частоте f 30 Гц, сое тавл ет 30 мкВ0 Амплитуда помехи, вызванной флуктуацией концентрации зар женных частиц в потоке газа в диапазоне частот 1 Гц00.10 кГц, составл ет 60 мкВс По правилу суперпози ции амплитуда помехи на измерительном электроде 2 будет равна 90 мкВ,Example The amplitude of the useful signal induced by charged particles on the measuring electrode varies within U ,, 200, s, 200 µV, Q The amplitude U2 of the interference induced from the deflecting chamber 1 to the measuring electrode 2 at a frequency f 30 Hz, em 30 µV0 The amplitude of the interference caused by fluctuating the concentration of charged particles in a gas stream in the frequency range of 1 Hz. 10.10 kHz is 60 µV. According to the superposition rule, the amplitude of the interference on the measuring electrode 2 will be 90 µV,

5five

Избирательный фильтр 4, настроенный на частоту F 2f 60 Гц, позвол ет подавить Ua до уровн  8 мкВ, а jUj до 10 мкВ, т0е„ чувствительность устройства увеличивалась в 5 раз0The selective filter 4, tuned to the frequency F 2f 60 Hz, makes it possible to suppress Ua to the level of 8 µV, and jUj to 10 µV, so that the sensitivity of the device increased 5 times

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  объемно плотности электрических зар дов частиц в газе, состо щее из последовательно установленных по потоку газа отклон ющей камеры и измерительного электрода, а также измерительной схемл и источника знакопеременного напр жени  частоты F, выход которого соединен с первым входом измерительной схемы, отличающеес A device for measuring the volume density of the electric charges of particles in a gas, consisting of a deflecting chamber and a measuring electrode sequentially installed in a gas flow, as well as a measuring circuit and a source of alternating frequency voltage F, the output of which is connected to the first input of the measuring circuit, different 503666503666 тем, что, с целью повышени  чувствительности устройства за счет уменьшени  уровн  помех, наводимых на измерительном электроде с отклон ющей камеры и при флуктуаци х концентрации зар женных частиц в потоке газа, в устройство введены избирательный фильтр с полосой пропускани  частоты JQ F, вход которого соединен с измерительным электродом, а выход - с вторым входом измерительной схемы, и делитель частоты с коэффициентом разделени  2, вход которого соединен с 15 первым входом измерительной схемы и с выходом источника знакопеременного напр жени , а выход - с отклон ющей камерой „In order to increase the sensitivity of the device by reducing the level of noise induced on the measuring electrode from the deflecting chamber and during fluctuations of the concentration of charged particles in the gas flow, a selective filter with a frequency bandwidth JQ F, whose input is connected, is introduced into the device with the measuring electrode, and the output with the second input of the measuring circuit, and a frequency divider with a separation factor of 2, the input of which is connected to the 15th first input of the measuring circuit and to the output of the alternating source Eni and exit - with the deflection chamber " Поток газаGas flow 9iM9iM лl фиг 2fig 2