Пристрій для реєстрації іонних струмів

Реферат: UA 75559 U UA 75559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки реєстрації малих іонних струмів та може бути використана в системах газоаналізу пристроїв мас-спектрометрії та хроматографії. У цих пристроях визначення концентрації складових газової суміші здійснюється за рахунок іонізації суміші, селекції складових у магнітному або електричному полі за рахунок різного співвідношення маси іонів до їх заряду та реєстрації іонного струму. При цьому концентрація 10 окремих складових може досягати 20-30 %, а деяких складових 10- %. Наприклад норми допустимої концентрації оксиду азоту (NOХ) на виході промислових димарів складають 400 мГ 3 3 на м , а діоксинів 0,1 нГ на м . Відомо використання для вимірювання малих іонних струмів або світлових потоків багатоланкових електронних помножувачів. Принцип дії цих пристроїв заснований за взаємодії поверхні дінода у вакуумі з малим світловим потоком або малим іонним струмом та виходом вторинних електронів з поверхні дінода, концентрації вторинних електронів на поверхні наступного дінода електричним полем. При великій напруженості електричного поля між дінодами струм вторинних електронів значно переважає вхідний струм, що дозволяє при великій кількості дінодних ланок досягти великої чутливості пристрою. Відомо, що багатоланкові електронні помножувачі мають обмеження мінімального вхідного сигналу величиною темнового струму та максимального вхідного струму величиною допустимої щільності струму останнього дінода, що обмежує допустимий діапазон вхідного сигналу. Відомий пристрій реєстрації імпульсних світлових сигналів [А.С. СРСР № 401894, МПК G01J 1/00, 1973 р.] складається з багатоланкового фотоемісійного приймача, виходи якого підключені до входів лінії затримки, навантаженої на хвильові опори та послідовно підключених підсилювача імпульсів, стробуючого пристрою, лічильника імпульсів та основного порогового пристрою. Однак, такий реєстратор має обмежену чутливість, оскільки в ньому при амплітудній дискретизації не забезпечується подавления темнового струму. Відомий також пристрій для реєстрації іонних струмів [Чечик Н.О., Файнштейн С.М. Электронные умножители, ГИТТЛ, 1957.-440 с.], що містить джерело вхідного струму, з'єднане з електронним помножувачем, який має N дінодів, N-1 гальванічно розділених джерел постійної напруги та контролер. Крім того, пристрій містить дільник напруги. Таке технічне рішення дозволяє розширити діапазон допустимих вхідних сигналів за рахунок залежності струму вторинних електронів від напруги на діноді, але потребує виміру напруги дінодів та врахування цієї залежності для визначення вхідного сигналу, що ускладнює пристрій та підвищує похибку вимірювань. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий пристрій для реєстрації іонних струмів, в якому введенням нових елементів та зв'язків забезпечилось би спрощення конструкції та підвищення функціональних можливостей пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для реєстрації іонних струмів, що містить джерело вхідного струму, з'єднане з електронним помножувачем, який має N дінодів, N-1 гальванічно розділених джерел постійної напруги та контролер, згідно з корисною моделлю, містить N-1 вимірювальних резисторів та N-2 двоканальних двопозиційних керованих перемикача, причому між першим та другим дінодами через вимірювальний резистор підключено перше джерело постійної напруги, вивід першого керованого перемикача підключений до аналогового входу контролера, причому кожний дінод, вимірювальний резистор, керований перемикач та джерело постійної напруги утворюють каскад. Кожний дінод, починаючи з третього, підключений до вимірювального резистора та другого входу другого каналу керованого перемикача, а другий вивід вимірювального резистора підключений до виходу першого каналу керованого перемикача та джерела постійної напруги наступного каскаду, вихід другого каналу керованого перемикача підключений до першого входу другого каналу керованого перемикача наступного каскаду, перший вхід другого каналу керованого перемикача підключений до виходу другого каналу керованого перемикача попереднього каскаду, другий вхід першого каналу кожного керованого перемикача підключений до позитивного виводу джерела постійної напруги, перший вхід першого каналу кожного керованого перемикача підключений до негативного виводу джерела постійної напруги та виходу першого каналу керованого перемикача попереднього каскаду, а керовані перемикачі підключені до виходів контролера. При такій побудові пристрою кожний підключений дінод працює при незмінній напрузі, що визначає незмінний коефіцієнт емісії вторинних електронів, тобто незмінне співвідношення між його вихідним та вхідним струмом, а змінюється кількість підключених дінодів. При мінімальному вхідному сигналі задіяні усі ланки, що забезпечує максимальну чутливість, яка обмежена темновим струмом, а при максимальному вхідному сигналі тільки одна ланка, струм якої обмежений допустимою щільністю струму дінода. 1 UA 75559 U 5 10 15 20 25 30 35 Алгоритм роботи пристрою полягає у початковому вимірюванні вхідного сигналу з вимірювального резистора R1. Якщо вихідний струм не перевищує заданого порогового рівня, підключається напруга на другий дінод і вихідний сигнал знімається з наступного резистора. Після деякої затримки, необхідної для завершення перехідних процесів, підключається наступний дінод. Якщо вихідний струм перевищує пороговий рівень, вимірюється вихідний струм і, за кількістю підключених дінодів визначається та реєструється величина вхідного сигналу. Таким чином досягається необхідний технічний результат - розширення допустимого діапазону вхідних сигналів реєстратора іонного струму. На Фіг. 1 наведена структурна схема корисної моделі, а на Фіг. 2 наведена схема варіанта практичної реалізації запропонованого пристрою. Пристрій для реєстрації іонних струмів (Фіг. 2) складається з контролера 1, який містить аналоговий та аналогово-цифровий перетворювач, електронного помножувача 2, що має N дінодів, в якому між сусідніми дінодами, починаючи із другого до N, підключені керовані перемикачі K1-KN-2 та до кожного керованого перемикача підключено через вимірювальний резистор джерело постійної напруги з другого до N-1, тобто E2-EN-2, а між 1 та 2 дінодами через вимірювальний резистор підключено перше джерело постійної напруги Е1 та вивід KN-2-гo керованого перемикача підключений до аналогового входу контролера 1, високочастотного транзисторного інвертора 3 - мікросхеми IR2155 з самотактуванням високовольтних, високошвидкісних МОП-транзисторів обо IGBT-транзисторів з вихідними каналами нижнього та верхнього рівнів, трансформатора 4, що має N-1 вторинних обмоток та випрямлячів. Пристрій працює наступним чином. На мікросхему 3 подається постійна напруга живлення, яка перетворюється в змінну напругу прямокутної форми. Первинна обмотка трансформатора TV 4 підключена до дільника напруги, що створений конденсаторами С3, С4 та силовими ключами VT1, VT2. Трансформатор TV 4, що складений з декількох секцій та містить каскади, намотаний на Пподібне нестандартне осердя. Каскади підключаються до електронного помножувача 2 за допомогою керованих перемикачів K1-KN-2, якими керує контролер 1. На перший дінод D1 електронного помножувача 2 потрапляє пучок електронів із джерела Івх. Після цього з вимірювального резистора R1 знімається сигнал. Якщо рівень сигналу недостатній для вимірювання, то контролер 1 підключає за допомогою керованого перемикача К1 джерело постійної напруги Е2 (джерело постійної напруги Е1 підключено завжди, а джерела постійної напруги Е2-EN-1 спочатку відключені). Надалі сигнал знімається з резистора R2. Підключення джерел постійної напруги відбувається доти, поки можна буде виміряти сигнал. Вимірявши сигнал, контролер відключає джерела постійної напруги Е2-EN-1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Пристрій для реєстрації іонних струмів, що містить джерело вхідного струму, з'єднане з електронним помножувачем, який має N дінодів, N-1 гальванічно розділених джерел постійної напруги та контролер, який відрізняється тим, що містить N-1 вимірювальних резисторів та N-2 двоканальних двопозиційних керованих перемикачів, при цьому між першим та другим дінодами через вимірювальний резистор підключено перше джерело постійної напруги, вивід першого керованого перемикача підключений до аналогового входу контролера, причому кожний дінод, вимірювальний резистор, керований перемикач та джерело постійної напруги утворюють каскад, кожний дінод, починаючи з третього, підключений до вимірювального резистора та другого входу другого каналу керованого перемикача, а другий вивід вимірювального резистора підключений до виходу першого каналу керованого перемикача та джерела постійної напруги наступного каскаду, вихід другого каналу керованого перемикача підключений до першого входу другого каналу керованого перемикача наступного каскаду, перший вхід другого каналу керованого перемикача підключений до виходу другого каналу керованого перемикача попереднього каскаду, другий вхід першого каналу кожного керованого перемикача підключений до позитивного виводу джерела постійної напруги, перший вхід першого каналу кожного керованого перемикача підключений до негативного виводу джерела постійної напруги та виходу першого каналу керованого перемикача попереднього каскаду, а керовані перемикачі підключені до виходів контролера. 2 UA 75559 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3