Измерение концентрации, полярности и подвижности ионов производится с помощью спектрометров ионов или индикаторов ионов. Спектрометры ионов являются очень сложными лабораторными, стационарными установками и требуют квалифицированного обслуживания. Индикаторы ионов, просты по устройству, но имеют очень грубую шкалу, не позволяют определять полярность ионов и их концентрацию при наличии: ионов обоих знаков и т. д. 
                 Массового производства спектрометров, индикаторов ионов практически нет. Поэтому, многие организации лишены возможности определять концентрацию аэроионов. Ниже описывается простой счетчик легких ионов, который собирается из недефицитных деталей. Главное достоинство счетчика по сравнению с известными ионометрами - прямой отсчет измеряемой концентрации, возможность длительного наблюдения за количеством ионов во времени. Прибор рассчитан на измерение концентраций ионов в диапазоне 10³ - 10⁷ элементарных зарядов с предельной подвижностью в диапазоне от 2 см³ до 0,015 см²/(в*сек). Прибор предназначен для работы в воздухе с t=+20+5С, с атмосферным давлением 750+30 мм рт. ст. и относительной влажностью воздуха 60+10%. В работе прибора используется метод измерения падения напряжения на известном сопротивлении. Радиус внешнего электрода коаксиального конденсатора 1,0 см, внутреннего - 1,5 мм. Длина электродов 10 см. Средний расход воздуха 500 см³/сек. Напряжение между электродами регулируется плавно от 0 до 100 В.
                   Воздух, содержащий ионы, засасывается через раструб в коаксиальный конденсатор небольшим вентилятором. На внешнюю обкладку конденсатора подается напряжение, полярность которого одинакова со знаком измеряемых ионов. На вторую обкладку этого конденсатора присоединяется второй полюс батареи. В результате однозначные (с внешней обкладкой) ионы осядут на измерительном электроде и создадут падение напряжения на измерительном сопротивлении. Противоположно заряженные ионы осядут на внешней обкладке и не будут учтены счетчиком. Падение напряжения на измерительном сопротивлении фиксируется ламповым вольтметром:

U=IR==RneФ                  (1)

где I - ток через измерительное сопротивление, R - измерительное сопротивление, Ом, е - элементарный заряд иона (1,6 10 -19 кулон), n - количество ионов в 1 см³ воздуха в сек., Ф - объем воздуха, прошедшего в секунду через прибор, см³/сек. Следовательно, если проградуировать ламповый вольтметр непосредственно в концентрациях ионов n, то можно прямо по шкале отсчитывать концентрацию ионов в см³/сек. Формула (1) справедлива при измерении ионов, подвижность которых больше или равна предельной. Предельная подвижность ионов определяется по формуле:

       (2)

где C - емкость конденсатора в см, U - напряжение на внешней обкладке, В. Все ионы с подвижностью больше K будут уловлены и учтены. Устанавливая на конденсаторе напряжение U, можно улавливать ионы с выбранным пределом подвижностей. Очевидно, что для счета ионов другого знака достаточно изменить полярность напряжения на обкладках конденсатора. Для этого в приборе предусмотрен переключатель напряжения.

       Принципиальная схема счетчика ионов показана на рисунке. Падение напряжения на сопротивлениях R₁₀-R₁₂, вызванное ионным током, поступает на сетку электрометрического двойного тетрода 2Э2П, включенного по мостовой балансной схеме. Ламповый мост составлен из переменного сопротивления R₉, и внутренних сопротивлений левой и правой половин тетрода. Применение двойного тетрода обусловлено тем, что колебания тока эмиссии ламп, качество вакуума, флюктуации накала, температурные изменения и т. д. параметров ламп и деталей в электрометрическом режиме взаимно компенсируются в одной лампе. Окончательная балансировка производится непосредственно перед измерением, для чего стрелка сбалансированного заранее микроамперметра с усилителем на полупроводниках устанавливается на ноль (<ноль точно>). Разность потенциалов на сопротивлении R₈, нарушает баланс, и стрелка микроамперметра с усилителем на полупроводниках показывает соответствующее количество ионов. Проволочные сопротивления R₅R₆ и R₇ являются делителем напряжения и обеспечивают необходимые напряжения питания анода, первой и второй сетки, а также накала лампы. В качестве источника напряжения питания используются четыре батареи типа КБС-Л-0,5. Ток, потребляемый прибором, не превышает 50 мА. Напряжение источников питания контролируется микроамперметром в третьем положении платы переключателя П₃, а регулируется напряжение проволочным переменным сопротивлением R₄.
                Усилитель собран по мостовой балансной схеме на двух транзисторах типа П14, индикатором служит микроамперметр М-24 со шкалой 0- 300 мкА. Плечи моста составлены из двух половин сопротивления R₂, и сопротивлений эмиттерно-коллекторных переходов. В данном усилителе полное отклонение стрелки микроамперметра со шкалой 0 - 300 мкА происходит при входном токе 20 мкА. Изменения питающего напряжения и окружающей температуры одинаковы для обеих ветвей, они компенсируются балансной схемой и поэтому не вносят погрешности в измерения. Переменное сопротивление R₁, служит для установки тока базы при первоначальной настройке. Питание этого усилителя осуществляется от батареи карманного фонаря типа КБС-Л-0.5. Потребляемый ток около 2 мА. Ток питания от батареи контролируется во втором положении переключателя П₃, и, в случае надобности, устанавливается переменным сопротивлением R₃.
                  Напряжение на измерительный конденсатор подается от любой батареи галетного типа. В данном приборе используется батарея на 100В типа 105ПМЦГ-0,05. Потребляемый ток составляет 0,5 мА.
                  Установка нужного напряжения (предельной подвижности) осуществляется потенциометром R₉, по микроамперметру в четвертом положении переключателя П₃.
                  В приборе также предусмотрен переключатель входных сопротивлений П₂, переключатель знака измеряемых ионов П₁. Конструктивно прибор оформлен в стальном оцинкованном корпусе. В центре, по осевой линии корпуса расположен измерительный конденсатор с отсеком для лампы и монтажа.
                  Измерительный конденсатор представляет собой латунную никелированную трубку внешним диаметром 22 мм. Длина трубки - 100 мм. По центру трубки располагается измерительный электрод диаметром 3 мм. 
                Налаживание электрометра сводится к установке режима лампы 2Э2П согласно паспортных данных, а также: к проверке характеристики U_ВЫХ от U_ВХ. Для снятия характеристики входное напряжение подается между сеткой и минусом источника питания. Источником входного напряжения может быть батарея с магазином сопротивлений, включенным по схеме потенциометра. Характеристика U_ВЫХ от U_ВХ должна иметь вид прямой линии.
                 По графику зависимости K от U находят предельную подвижность K и наносят ее на шкалу. Это деление будет соответствовать наименьшей предельной подвижности, которую сможет измерить прибор (самые тяжелые ионы). Затем, снижая напряжение на конденсаторе и пользуясь графиком, проставляют по шкале другие значения предельных подвижностей ионов.
                 Перед началом измерений корпус счетчика заземляется.  Потенциометром R9 по шкале микроамперметра устанавливают предельную подвижность ионов, концентрацию которых необходимо измерить. И, наконец...
 
   Читать далее >>