3 空气离子测量仪器[11]
    空气离子测量仪是测量大气中气体离子的专用仪器,它可以测量空气离了的浓度,分辨离子正负极性,并可依离子迁移率的不同来分辨被测离子的大小。一般采用电容式收集器收集空气离子所携带的电荷,并通过一个微电流计测量这些电荷所形成的电流。测量仪走要包括极化电源、离子收集器、微电流放大器和直流供电电源四部分。根据收集器的结构不同,又可以划分为圆筒式和平行板式两种类型。

 

图1圆筒式离子收集器结构

    圆筒式收集器由两个同心圆筒组成,外部圆筒为极化极,内部圆筒为收集极(见图1)。这种收集器结构简单,常用于一些要求体积较小的测量项目。但存在以下儿个缺点:(1)灵敏度较低,不适合作空气本底测量;(2)收集器前端的绝缘支架附着了离子以后,会形成一个排斥电场,妨碍离子进入收集器,造成测量误差;(3)圆筒型电场为不均匀电场,不适合作离子迁移率测定。
    平行板式离子收集器的收集板与极化板为互相平行的两组金属板,这种收集器可采用多组极板结构(见图2)。

图2平行板式离子测量仪结构

    在不影响离子迁移率的前提下使极板距离较小,而使收集器截面相对大一些,以增大取样量,提高灵敏度。由于平行板电场属于均匀电场,它不但可以测量离子浓度,而且适合用来测定离子迁移率。
    正、负离子随取样气流进入收集器后,在收集板与极化板之间的电场作用下,按不同极性分别向收集板和极化板偏转,把各自所携带的电荷转移到收集板和极化板上。收集板上收集到的电荷通过微电流计落地,形成一股电流;极化板上的电荷通过极化电源(电池组)落地,被复合掉,不影响测量。 一般认为每个空气离子只带一个单位电荷,离子浓度就可以由所测得的电流及取样空气流量进行换算。离子浓度可以由所测得的电流及取样空气流量换算出来,见下式:

式中：:N一单位体积空气中离子数目,个/clllJ;
I一微电流计渎数,A;
q一基本电荷电量,1.610-9库仑;
Ⅴ一取样空气流速,cm3/sec;
A一收集器有效横截面积,cm2。
离子迁移率:
空气离子在华位强度(1V/m)电场作用下的移动速度称为称为离子迁移率,
离子迁移率的计算公式：

式中：:Κ一收集器离子迁移率极限cm2·S;
d一收集板、极化板之间的距离,cm;
VX一收集器中气流速度,cm/s;
L一收集板长度,cm;
U一极化电压,Vo
    目前从国外进口的测试设备主要产自美国和日本,国内生产空气离子测试设各的厂家主要有漳州连腾电子有限公司、石家庄无线电四厂和上海申发检测仪器厂。国内外测试设备的共同特点是采用平行板电容器作为离子采集器,通过抽胚1设备使空气离子经过采集器,捕获空气中的离子,通过检测电流或电压来确定空气中的离子数[12]。
    美国A1phaLab公司生产的空气离子测试仪是目前应用较广泛的测试仪器,可以达到最小10个/cm3的测量精准度,而且操作简便。主要存在问题是读数的不稳定性。因为试验操作过程中环境因素和人为囚素的影响,使得在利用该仪器进行测试的时候所得数据不很稳定,降低了测试结果的可信度。
    日本Andes公司的Intivro ITC403A型空气离子测试仪配备了笔记本电脑,安装有专用的应用程序,己经在一定程度上使得负离子的测试自动化,并且能够对测量结果进行较为直观的显示。
    国内空气离子测试仪器技术领先的是福建省漳州市连腾电子公司的DLY系列空气离子测量仪。其中的DLy-2型空气离子测量仪首创了镀金二级平行收集板收集器,电荷复合时问缩短,收集效率提高,离子浓度检测范围(10~1,999×109)个/cm3。综合考虑各项指标均达到国际先进水平。
    冀志江、王彦勋、金宗哲等发明了静态法空气离子测量仪。所谓“静态法”是指测定离子采集器上的电荷,而不是测定电流。静态测试空气离子浓度的方法是采用带电体(初始电量Q0)在空气中自由放电,并通过对带电体剩余电荷(Q)与放电时间(t)的关系(Qt)进行科学分析从而得出带电体周围空气中离子浓度的测量方法。采用此理论的仪器已经研发成功,自动化程度较高,并且在一定程度上克服了平板式离子测量仪本身固有的缺点。