01 離子腔室

一、前言

在這本由 TOM Petruzzellis 多年以前寫(xiě)的 鬼才們的電子傳感器實(shí)驗(yàn) 一本書(shū)中，給出了很多有趣的電子傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍旁诜饷嫔线@個(gè)用于測(cè)量空氣離子腔室傳感器， 應(yīng)該是作者最為得意和感到神奇的一個(gè)裝置了。值得他夸耀的應(yīng)該類(lèi)揣手這個(gè)實(shí)驗(yàn)所需要的材料非常便宜， 但效果卻很神奇通過(guò)簡(jiǎn)單制作的金屬離子腔室， 也就是在金屬罐中心固定一個(gè)金屬絲通過(guò)兩個(gè)互補(bǔ)達(dá)林頓小功率晶體管進(jìn)行電流放大之后，驅(qū)動(dòng)一個(gè) 100微安的電流表，之所以右邊還有對(duì)稱(chēng)的電路，主要是為了補(bǔ)償因?yàn)闇囟取穸人鶐?lái)的漂移。

(資料圖片僅供參考)

下面就簡(jiǎn)單介紹一下手頭制作的離子室的制作。在面包板上簡(jiǎn)單搭建的放大電路，看一下具體測(cè)量效果。通過(guò)這個(gè)測(cè)試， 也為后面高阻抗放大電路的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。下面就讓我們看一下這個(gè)既簡(jiǎn)單， 又神奇的離子腔室放大電路的功能吧。

二、制作過(guò)程

1、離子室制作

這個(gè)利用金屬飲料罐制作的離子腔室是測(cè)量空氣中離子的傳感器，制作它使用兩個(gè)部件一個(gè)是這種鋁質(zhì)飲料罐。另外一個(gè)是這種同軸電纜 BNC 接頭使用電鉆在金屬管底部打洞之后， 將 BNC 固定在金屬管底部。在固定BNC 之前， 在其中引線中焊接一個(gè)鍍鋅金屬絲， 作為離子室的中心電極。

▲ 圖1.2.1 制作離子室的兩個(gè)部件

將BNC接頭固定在金屬管底部，內(nèi)部焊接一個(gè)金屬鐵絲，這是最后安裝后的效果。

2、放大電路

下面介紹一下放大電路，離子室內(nèi)產(chǎn)生的電流非常微弱， 只有幾十個(gè) fA 左右需要進(jìn)行放大才行為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)， 這里只在面包板上搭建了其中一半的電路。使用到兩個(gè) 達(dá)林頓三極管的級(jí)聯(lián)， 完成對(duì)于電流的放大兩個(gè)達(dá)林頓三極管的型號(hào)分別為 BC517, MPSA64。

在電路中的 NPN型達(dá)林頓三極管是 BC517， PNP型三極管是 MPSA64這兩個(gè)三極管都非常容易購(gòu)買(mǎi)到。BC517的 hFE參數(shù)， 也就是電流放大倍數(shù)大約為 44000它的管腳分布從左到右分別為 C,B,E應(yīng)用相同的測(cè)試設(shè)備，測(cè)試 MPSA64可以看大它的電流放大倍數(shù)大約為 41100左右，管腳分布正好與 BC517想法， 從左到右分別為 C,B,E。

在面包板上搭建電流放大電路在 PNP 達(dá)林頓三極管集電極上，并聯(lián)了一個(gè) 10微法電容，用來(lái)消除輸出電壓信號(hào)中 50Hz 的干擾信號(hào)。這個(gè)電路是原始電路左邊部分，?直接使用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量 R2 上的輸出電壓。?這里給出了電路各元器件的參數(shù)，其中信號(hào)濾波電容 C1 實(shí)際上可以不用施加，使用示波器觀察輸出電壓信號(hào)的時(shí)候， 增加這個(gè)電容可以使得輸出波形更加平穩(wěn)。

▲ 圖1.2.2 電流放大電路

利用BNC屏蔽線將離子室與測(cè)量電路連接起來(lái)，電路的工作電壓選擇 9V， 這個(gè)電壓是經(jīng)過(guò)測(cè)試得到的。如果工作電壓太高， 上面放大電路容易飽和。太低， 則電路的放大倍數(shù)就會(huì)降低。將輸出電壓接入數(shù)字萬(wàn)用表同時(shí)將信號(hào)接入示波器?？梢钥吹酱藭r(shí)， 電路輸出電壓大約為 0.6V 左右。

三、電路測(cè)試

使用這種離子型煙霧傳感器來(lái)增加空氣中的離子其中核心部分具有弱放射性的 镅 241，?它發(fā)出的 alpha 射線可以使得空氣中產(chǎn)生大量的例子。這是將其核心放射性金屬片拆卸下來(lái)，在其上方空氣中會(huì)出現(xiàn)大量的離子 下面利用前面的離子腔室來(lái)測(cè)量一下它表面的離子電流。

將離子室放在放射源上面， 可以看到電路輸出電壓馬上就飽和了。然后隨著時(shí)間慢慢恢復(fù)手持放射源在離子室前面放置一會(huì)兒， 可以看到強(qiáng)烈的射線在離子室內(nèi)空氣里產(chǎn)生了大量的離子。從這個(gè)角度在看一遍。

▲ 圖1.3.1 利用離子源電離空氣

使用丁烷噴火槍噴射離子腔， 可以看到電路輸出電壓瞬間飽和了。 這說(shuō)明在火焰周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生大量的離子。這是小型的打火機(jī)， 同樣也會(huì)使得空氣中的離子大大增加 煙霧可以降低空氣中的離子。

▲ 圖1.3.2 煙霧可以降低空氣離子數(shù)量

※ 總??結(jié) ※

本文討論了利用 兩個(gè)達(dá)林頓三極管放大空氣中離子電流的實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)晶體管分別是NPN型和PNP型達(dá)林頓三極管。利用金屬飲料罐做成了簡(jiǎn)易的離子室測(cè)試了镅-241 放射源產(chǎn)生的空氣電離現(xiàn)象，利用這個(gè)裝置， 讓我們觀察到了空氣中離子導(dǎo)電的現(xiàn)象。

參考資料

[1]Download Electronics Sensors for the Evil Genius :54 Electrifying Projects: https://vdoc.pub/download/electronics-sensors-for-the-evil-genius-54-electrifying-projects-3glidmqop47g

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