1.7. Ионизационный метод

Ионизационный метод измерения основан на использовании явления протекания электрического тока через ионизированный газ. Если находящуюся между двумя электродами газовую среду (рис.2.28) подвергнуть ионизации, то при приложении к электродам напряжения возникнет упорядоченное движение электронов и положительных ионов ионизированного газа, называемое ионизационным током. Сила ионизационного тока зависит от приложенного напряжения и, параметров газовой среды и параметров стенок камеры. Поэтому ионизационный метод можно использовать в приборах для измерения плотности и скорости потока газа, температуры, давления, для качественного и количественного анализа газов и др.

Для ионизации газа в ионизационных датчиках используется термоионная эмиссия, рентгеновские лучи, радиоактивное излучение, эмиссия положительных ионов, тлеющий разряд и т.д. В ряде случаев ионизация газа является естественным процессом, и вследствие этого преобразователи приборов упрощаются. Степень ионизации газа зависит от его температуры, поэтому ионизационный метод иногда применяют для устройства термометров. Зависимость степени ионизации от плотности и давление газа можно использовать для устройства высотомеров, вакуумметров и т.д.

Принцип действия ионизационного датчика для анализа газа ясен из рис.2.28. Поток анализируемого газа 4 поступает в ионизационную камеру 1, где под воздействием каких-либо ионизирующих процессов (например, радиоактивного облучения) ионизируется. Возникающий при этом между электродами 3 ток будет зависеть от параметров газа в ионизационной камере (плотности, скорости потока и т.д.)

Если степень ионизации газа поддерживается постоянной, то зависимость ионизационного тока i от приложенного к электродам напряжения и и параметров среды , V и Т будет

. (2.30)

Поддерживая все параметры, кроме одного, неизменными, получим зависимости , i=f(V) и i=f(T), которые могут быть использованы в качестве градировочных формул в приборах для измерения плотности, скорости и температуры.

1.8. Электрохимический метод

Электрохимический метод измерения основан на электрохимическом преобразовании неэлектрической величины в электрический сигнал. Такое преобразование осуществляется в электролитической ячейке, представляющей собой сосуд с электролитом с погруженными в него электродами. При протекании электрического тока через раствор на границе электрод — раствор и раствор — электрод меняется природа носителей тока. Смена носителей тока обусловлена химическими реакциями, протекающими в растворе, в результате чего электроны от электрода передаются ионам, а от ионов — электродам.

Электромеханические преобразователи можно разделить на две группы: преобразователи, в которых электроды претерпевают изменения при прохождении тока (например, медные электроды в растворе CuSO₄), и преобразователи, в которых электроды не претерпевают изменений.

Принцип действия преобразователя виден из рис.2.29. Электрический ток проходит через электролит 1 и электроды 2 и 3. Сопротивление электрохимической ячейки проходящему току зависит от скорости подачи электролита. Функционирование преобразователя основано на том, что измеряемая неэлектрическая величина однозначно, связанная с перемещением жидкости около электрода 2, преобразуется в электрический сигнал.

Зависимость силы тока от падения напряжения и на границе электрод — раствор в случае окислительно-восстановительной реакции дается уравнением

(2.31)

где k — постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура;

е₀ — заряд электрона;

п — число электронов;

— коэффициенты переноса.

Электрохимические преобразователи оказываются весьма эффективными при исследовании низкочастотных процессов. Они применяются в качестве датчиков сигналов, детекторов, интеграторов и визуальных индикаторов.