ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Датчики с прямым использованием ионизирующего действия излучений из "Применение радиоактивных изотопов для контроля химических процессов" Принцип работы датчиков с прямым использованием ионизирующего действия излучения основан на ионизации газов при воздействии ядерных корпускулярных излучений (а- и р-излуче-ния). Круг задач, решаемых с помощью таких датчиков, в настоящее время еще ограничен распространение получили лишь ионизационные манометры и измерители скорости газовых потоков. [c.139] Условно к приборам с прямым использованием ионизирующего действия излучений можно отнести также устройства для снятия электростатических зарядов. Условность состоит в том, что такие устройства, применяемые в производстве кинопленки, на заводах синтетических волокон и других предприятиях, не являются собственно приборами, измеряющими значение какого-либо технологического параметра. [c.139] Ионизационные манометры. Датчик ионизационного манометра (рис. 62) представляет собой ионизационную камеру 1, внутри которой на одной из стенок помещают источник ионизирующего излучения 2 (обычно используют а-излучатели). [c.139] Камеру специальным патрубком соединяют с системой, в которой необходимо измерять давление. Коллекторный электрод 3 камеры присоединяют к измерительной электронной схеме. [c.140] При постоянной температуре и неизменном составе газа шкала ионизационного манометра (т. е. зависимость между током насышения камеры и давлением газа) будет линейной в том случае, если удельная ионизация линейно зависит от давления и если во всем диапазоне измеряемых давлений пробеги а-частиц заметно превышают линейные размеры камеры. В конечном счете оба требования сводятся к тому, чтобы размеры камеры были малы по сравнению с пробегом о-частиц при максимальном рабочем давлении. [c.140] При обычных размерах камер (несколько сантиметров) и чавлениях р, превышающих 0,1 мм рт. ст., значения f для двух рассмотренных частных случаев можно считать равными соответственно 1 и 1,2. При уменьшении давления значения i] возрастают и, следовательно, увеличиваются флуктуации тока каперы. [c.142] Нижний предел давления, измеряемого а-ионизационным манометром, ограничивается порогом чувствительности измерительного устройства, возрастанием флуктуаций тока, а также наличием тока вторичных электронов, выбиваемых а-частицами из электродов камеры. При уменьшении давления газа величина этого тока сначала становится сравнимой с ионизационным током, а затем превышает его, вследствие чего точность Измерения резко падает. [c.142] Нижний предел давлений, измеряемых а-ионизационными манометрами, выпускаемыми отечественной промышленностью (см. главу 5), составляет несколько тысячных миллиметра ртутного столба. [c.142] Ионизационные газоанализаторы. Зависимость ионизационного тока от состава газа, выражающуюся формулой (4-39), можно использовать для создания датчиков состава двухкомпонентной газовой смеси. В таком датчике давление газа поддерживают неизменным, а по величине ионизационного тока судят о концентрации компонентов. [c.142] При анализе состава смеси, в которой содержание одного из компонентов мало (доли процента), наивысшая чувствительность достигается в том случае, если ионизационная камера используется в области закона Ома (т. е. напряжение между электродами камеры меньше, чем напряжение насыщения). Если концентрации обоих компонентов сравнимы по величине, выгоднее работать в области насыщения в этом случае уравнение шкалы газоанализатора может быть получено непосредственно из уравнения (4-38а) с учетом формулы (4-39). [c.142] Чувствительность ионизационных газоанализаторов можно значительно повысить путем применения униполярных камер, в которых раздельно измеряются токи положительных и отрицательных ионов. Этот метод позволяет обнаруживать в воздухе ничтожные примеси некоторых паров и газов, резко уменьшающих подвижность отрицательных ионов (SOj, Sj, NH. , lj, I, Не и др.). Аналогичным образом можно обнаруживать и дымы, причем в данном случае камера должна работать в режиме, соответствующем участку закона Ома вольтамперной характеристики. [c.142] Если газ в рабочем объеме камеры неподвижен, то большая часть ионов участвует в создании ионизационного тока камеры (т. е. движется вдоль силовых линий электрического поля), и лишь незначительное число ионов рекомбинирует или диффундирует за пределы камеры. При движении газа часть ионов уносится газовым потоком из рабочего объема камеры, и поэтому по мере увеличения скорости газа ионизационный ток уменьшается. Таким образом, при постоянной геометрической форме датчика и неизменной плотности газа и потока ионизирующих частиц величина ионизационного тока однозначно определяется скоростью газового потока (или расходом газа). [c.143] Для приближенного определения уравнения шкалы расходомера введем несколько упрощающих предположений будем считать, что электроды камеры имеют прямоугольную форму и искажения электрического поля на ее краях отсутствуют. Кроме того, положим, что плотность ионизации (число ионов, образуемых в единице объема в единицу времени) постоянна во всем объеме камеры, а границы области ионизации совпадают с границами ее электрического поля. Наконец, условимся, что процессами рекомбинации и диффузии ионов можно пренебречь. [c.143] Таким образом, для скоростей газового потока, меньших граничной скорости Угр. (при и=игр. граничные плоскости проходят через противоположные ребра рабочего объема, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда), шкала расходомера является линейной, а для скоростей У Урр.—гиперболической. [c.144] Экспериментально установлено, что в широком диапазоне давлений подвижность ионов обратно пропорциональна давлению, а плотность ионизации при отсутствии рекомбинации ионов прямо пропорциональна давлению. Так как величина тока пропорциональна плотности ионизации (давлению), то в области больших скоростей (о игр.) показания расходомера не зависят от давления газа. При скоростях потока, меньших зависимость показаний от давления газа становится существенной и тем более заметной, чем меньше скорость газа V. Следует отметить, что локальные изменения давления, характерные для турбулентных газовых потоков, влияют на показания прибора даже при больших скоростях на показания расходомера влияют также изменения температуры газа и его состава. Вследствие этого точность измерений невелика и обычно не превышает 20% от измеряемой величины. Значительно большая точность измерений может быть достигнута при помощи импульсных расходомеров газа (см. стр. 168). [c.144] Вернуться к основной статье