175161. lajstromszámú szabadalom • Mérőműszer levegőben és más gázkeverékekben jelenlévő összetevők kimutatására
3 175161 4 mérőcella alkalmazásánál két különbözőképpen szennyezett gázkeveréket összehasonlíthatunk. A találmány szerinti mérési eljárás lényege: a mérendő gázkeveréket a kamra felülettel koncentrikusan elhelyezett mikron négyzet nagyságrendű felületű elektródával rendelkező ionizációs kamrába vezetjük, az ionizációs kamrát villamos feszültség alá helyezzük és az ionizációs áramot árammérő műszerekkel és/vagy regisztrálóval kijelezzük. Előnyösen alkalmazható a találmány, ha a mérendő gázkeverékkel egyidejűleg a referencia gázkeverékeket is egy, a kamra felületével koncentrikusan elhelyezett mikron négyzet nagyságrendű elektródfelületű elektródával rendelkező ionizációs kamrába vezetjük és a mérendő gázkeverék és a referencia gázkeverék ionizációs áramának különbségét árammérő műszerrel és/vagy regisztrálóval kijelezzük. A találmány szerinti mérés megvalósítható olyan műszerrel, amelynél a kamra felülettel koncentrikusan mikronnégyzet nagyságrendű felületű 2 elektródával és a gázkeverék be- és kivezetésére szolgáló 4 befúvónyílással, illetve 10 kivezetőnyílással rendelkező 1 ionizációs kamra 5 nagyfeszültségű tápegységre és a 2 elektródán keresztül 6 és 7 mérőköri ellenállás és 8 erősítő közbeiktatásával 9 árammérő műszerre és/vagy a 11 regisztrálóműszerre van kapcsolva. Az ionizációs árán: erőssége váhozik a vizsgált gázkeverék áramlási sebességének megváltozásakor is, ez a hiba csak nehezen szűrhető ki, ezért előnyös kivitele a műszernek az, ha az 1 ionizációs kamra A vizsgáló kamrával és B referenciakamrával rendelkezik. A találmány szerinti mérés során a levegőt, ill. a gázkeveréket ionizáljuk. Az ionizáció célja az, hogy a levegőben ill. a gázkeverékben lévő elektromos töltéshordozók számát megnöveljük, mit cl ezek önmagukban elenyészően kevés töltéshordozőt tartalmaznak. A töltéshordozók számának (koncentrációjának) növelésére az egyik út az un. ütközési ionizáció, mely a gáztérben lévő töltéshordozók rugalmatlan ütköztetése segítségével történik. Egy élesen meghatározott energia érték elérése után az ütköző elektronok kiütnek egy elektront az eltalált atomból s az atom pozitív töltésű ionra (pezion) és szabad elektronra esik szét. Ezt az energiaértéket ionozási energiának nevezik, s az ehhez tartozó U. érték az ionozási feszültség vagy ionizációs potenciál. Egy gázkeverék ionizációs potenciálja függ alkotórészeitől, s így ha egy gázkeverékben az alkotók aránya megváltójuk, az ionizációs potenciál értéke is változik. Egy gázban lévő hordozók mozgási sebessége (v) a következő összefüggés alapján határozható meg: 4 2e E X v = -----------.-----------------3 mo • 10~7 ahol X a közepes rugalmas ütközési veszteség mo az elektron nyugalmi tömege (nio = 0,9107* 10-27 g) X a közepes szabad úthossz e a villamos elemi töltés (e = 1,602.10“ 19 As) E a villamos térerősség Tekintve, hogy a villamos térerősség kivételével az összefüggés többi tagja anyagi, ill. fizikai állandó, állapítható, hogy a töltésherdozók mozgási sebessé - ge és ezzel mozgási energiája is egyedül a térerősség függvénye. Az ütközéses ionizációhoz szükséges térerősség függvénye. Az ütközéses ionizációhoz szükséges térerősség értéke az összefüggésből számítható, értéke pl. a levegőt alko - tó két alapgázra, oxigénre : Ej =519 kV/cm nitrogénre : Ej = 658 kV/cm Ezt a magas értéket az alkalmazott eljárásnál a korona vagy csúcshatás segítségével lehet elérni. Egy elektród felületén a térerősség adott feszültség esetén annál nagyobb lesz, minél kisebb az elektródacsúcs görbületi sugara. Az ionizációt biztosító kezdeti térerősség érték függvénye a csúcs görbületi sugarának. A legkedvezőbb érték a görbületi sugárra esetünkben a 10~6 m, 10~5 m, nagyságrendbe esik. A csúcs közvetlen környezetében ionizációs zóna van. Itt a jelenlevő szabad töltéshordozók ionozni tudnak - kialakul egy stabil, konstans ionizációs áram, melynek nagysága jellemző a hordozógáz ionizációs potenciáljára. A csúcs környezetében kialakuló nagy helyi térerősség a távolság függvényében csökken. A csökkenés mértékét befolyásolja az elektróda-elrendezés, melyen az ionizáció létrejön. Különböző elektródaelrendezések esetén a villamos térerősség alakulásának számítógépes modellezése alapján arra a felismerésre jutottunk, hogy az ionizációs térerősség értéke koncentrikus gömböknél a két gömb közötti távolságtól gyakorlatilag független, közel állandó. Az előzőekben leírt elméleti összefüggések teremtették meg az alapot a levegőben és gázkeverékekben jelenlevő összetevők kimutatására szolgáló 1 ionizációs kamra szerkezeti kialakításához. Az 1 ionizációs kamra kialakításánál főszempontként szerepel, hogy a koncentrikus gömb elrendezés az elektród elhelyezéssel megvalósuljon, (a belső gömb minél jobban közelítse meg az „ideális pont” fogalmát, sugara nagyságrendileg l)“6 m, 10~5 m.) az ionizációs áram erősségének megváltozását, azaz a hordozógáz szennyeződését egyetlen ionizációs kamrával lehessen érzékelni. Az ionizációs áram erőssége azonban változik a vizsgált gázkeverék áramlási sebességének megváltozásakor is, és ez a hiba egyetlen kamra esetén csak nehezen szűrhető ki. Emiatt általánosabb jelleggel alkalmazható az iker ionizációs kamra, amely lehetőséget 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
