用于測量離子濃度的方法和設備與流程

相關申請的引證

本申請要求于2016年3月28日提交的美國臨時申請系列號第62/313,873號的權益，其全部內容通過引證結合于此。

本發明廣泛地涉及用于測量注入至限定空間中的離子(具體地，負離子)的流動的設備和方法。

背景技術：

負空氣離子生成可用作清潔空氣的手段。負空氣離子生成如下操作：將電子添加至空氣分子，并且隨后這些帶負電荷顆粒粘結至空氣傳播的污染物，并且隨后移動至如同墻壁和地板的帶更多正電荷的表面。整體過程將來自受保護空間中的空氣的污染物移動至可利用傳統方法輕易清潔的另一地點或空間。

由于該過程包括投射附接至空氣分子的電子流，所以產生從離子發生器到受保護空間的負電流。更高的電流促使更有效的清潔。因此，清潔有效性可由離子發生器的電流指示或者與其相關。各種因素可降低電流，諸如電離器接地不足、低陽極電壓、通風口堵塞等。如果任意因子降低電子流動，則得到的過程具有降低的有效性。如果離子未達到預期空間，則空氣清潔過程也可受影響。如果離子電流在它們達到離子發生器電路的過程中短路而未通過預期空間行進，則可出現這種情況。本公開的方面涉及基于來自離子發生器的電流通過受保護空間中的導電表面的測量值，來確定將離子投射至限定空間中的有效性。

離子測量的非限制性方面可基于測量離子密度，例如，每立方厘米的數百萬的離子。一個這種方法是gerdien管，其測量由于一定容積中的離子的消散而造成的該容積中的電荷移除速率。額外的各種非限制性方法可被利用，但是這些方法通常測量計量設備本地的離子密度。當離子密度的測量值(多個測量值)不考慮離子流的路徑時，它們可能不能準確地反映離子流通過受保護空間的速率。

圖1示出現有技術。設備100可操作以便將離子注入空氣流105中。設備100使用連接至陰極102和陽極103的高壓電源101。在陽極103與陰極102之間的區域中，產生負離子106。風扇104吹送包含于空氣流105中的離子。另一設備107測量離子發生器周圍區域中的離子濃度。

技術實現要素：

在一個方面中，本公開涉及用于測量限定空間中的離子濃度的設備，該設備包括：電源；離子發生器，具有連接至電源的陽極和陰極；風扇，將陽極與陰極之間的路徑中的空氣移動至限定空間；至少一個導電表面，在限定空間中；電阻器，連接在陰極與至少一個導電表面之間；以及測量電路，連接至電阻器以用于測量跨電阻器的電壓或通過電阻器的dc電流中的一個。所測量的跨電阻器的電壓或通過電阻器的直流電(dc)中的一個與限定空間中的離子濃度成比例。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出用于將離子注入空氣流中以及測量離子源附近的離子濃度的設備的現有技術示意圖。

圖2示出根據本文描述的各方面的強調來自離子發生器的電流的電氣圖。

圖3示出根據本文描述的各方面的電路的示圖。

圖4用圖表示根據本文描述的各方面的離子電流測量電路。

具體實施方式

盡管將描述“一組”各個元件，但是將理解，“一組”可包括任意數量的相應元件，包括只有一個元件。另外如本文使用的，盡管傳感器可被描述為“感測”或“測量”相應值，但是感測或測量可包括確定指示相應值或與相應值相關的值，而不是直接感測或測量該值本身。所感測或測量的值可進一步提供至額外部件。例如，值可提供至控制器模塊或處理器，并且控制器模塊或處理器可對值進行處理以確定有代表性的值或代表所述值的電特性。

此外，盡管本文中可使用諸如“電壓”、“電流”和“電力”的術語，但是對于本領域技術人員來說顯而易見的是，當描述電路或電路操作的方面時，這些術語可更換。

連接參考(例如，附接、耦接、連接和接合)應被廣義解釋，并且除非以另外方式表示，否則連接參考可包括一批元件之間的中間構件以及元件之間的相對移動。因此，連接參考不必推斷兩個元件直接連接并且彼此成固定關系。在非限制性實例中，連接或斷開可選擇性被配置為提供相應元件之間的電連接、啟用相應元件之間的電連接、禁用相應元件之間的電連接等。

本公開的方面涉及用于測量通過受保護空間行進的注入離子的設備和方法。從僅通過舉例的方式且結合附圖進行的以下書面描述中，對于本領域普通技術人員來說，本公開的方面將更好理解并且更加顯而易見。示例性附圖僅用于說明性目的，并且在附圖中反映的尺寸、位置、順序和相對尺寸可變化。

圖2示出根據本公開的將離子流210注入空氣中的離子發生器200。離子發生器200包括高壓電源204、陽極205、陰極206以及安全電阻器209。如本文使用的，“安全電阻器”209是在出現短路或故障時防止或限制電流的電流限制電阻器。高壓電源204提供陽極205與陰極206之間的電力以產生離子210。如所示的，風扇可使得陽極205與陰極206之間的空氣流動以便將離子210移動或攜帶離開陽極205或陰極206。離子210通過受保護空間203流動至受保護空間周圍或受保護空間內的至少一個導電表面207。在這個意義上，至少一個導電表面207可在離子210或離子流的空氣路徑中。

響應于離子210接觸表面207，導電表面207傳導或支持電子流211。電子流211使得電流212流動通過經由導體202串聯連接在導電表面207與陰極206或電源204之間的第二電阻器208。第二電阻器208中的電流在第二電阻器208上產生電壓，該電壓可隨后通過電路213(諸如伏特計)測量。通過電路213測量的電壓可與流動通過受保護空間203的電子的數量(并且因此，大量離子)成比例。可選地，導電表面207可連接至大地接地201。

圖3示出用于包括本公開的方面的另一離子發生器301的示圖。圖3的方面與先前描述的部件相似，并且因此，在此可適用相似描述，除非以另外方式描述。先前的離子發生器200與離子發生器301之間的差異是離子發生器301利用主電源(mainspowersupply，市電供電)314。離子發生器301可包括高壓電源306、陽極308、陰極303以及安全電阻器302。離子發生器301可進一步包括電源312，該電源具有示出為變壓器的直流電(dc)隔離屏障316。電源312包括跨dc隔離屏障316兩端的高值電阻器313，其產生與通過受保護空間318的離子流317成比例的dc電壓。通過電路322測量dc電壓，其例如，經由指示燈321進一步指示離子流的大小(magnitude)。在一個非限制性方面中，可通過比較所測量的電壓(或電流)與查找表來確定離子濃度。

受保護空間318可包括在其中或其周圍的至少一個導電表面320以支持如上所述的電子流319，并且經由導電連接309與主電源314連接。通過電氣部件的電子流319形成封閉路徑。封閉路徑可包括但不限于例如，電串聯的以下元件：高壓電源306(負極端子)、保護電阻器或安全電阻器302、陽極308、陽極308之間或陰極303附近的負離子317、受保護空間318中的負離子317、導電表面320上的負離子319、主電源連接309、跨隔離屏障316兩端的電阻器313以及至高壓電源306的導電連接324。高壓電源306可經由陰極連接310與陰極303進一步連接。

圖4示出離子電流測量電路400的相關部件的示意圖。示意圖示出高頻變壓器401，該高頻變壓器阻擋dc并且傳送操作電離器電路(未示出)所需的交流電(ac)電力。橋電阻器402允許離子電流(其是dc)在變壓器401附近流動。來自dc離子電流的電壓在電阻器402上發展，并且可通過差分放大器404放大。模數轉換器405可將離子流電流的數字指示提供至處理器406，其可轉而照亮至少一個指示燈409。因此，如本文描述的，模數轉換器405、處理器406或指示燈409可有效地或可操作地顯示離子流的大小的指示(諸如，亮度或照亮/非照亮指示)。

本公開的方面可有效操作為測量通過包含導電表面或由導電表面包圍的空間行進的離子。通過建立從這些導電表面到離子發生器陰極的電連接，可確保測量的電流來自離子流。

通過受保護空間的離子電流是dc，并且通常非常小，大約10ua。因此，由于小的dc電流將與為離子生成電路供電的大ac電流合并，所以通過電阻器與主電源的直接連接的測量將極其困難。本公開的一個方面通過dc隔離屏障(在一個非限制性實例中，可能是開關模式電源的一部分)傳送來自主電源的電力來解決該難題。如本文描述的，使用屏障兩端的高頻率來傳送電力，由此允許或啟用來自離子流的電流。分開測量dc流動與操作離子發生器電路所需的電流(其是ac)。

因此，在本公開的一個非限制性實例中，上述方面通過測量通過受保護空間的有用離子流而為離子的測量提供新型替代方案。本公開的非限制性方面可被包括，其中，方法基于1)建立從用在離子發生器中的高壓電源的陰極到受保護空間內的導電表面的連接，以及2)測量通過在步驟1)中提及的連接的dc電流。該方法可使用通過受保護空間周圍或受保護空間內的導電表面流動至離子源的高壓電源陰極的電流的測量值，來表示通過受保護空間的離子流。

測量限定空間中的離子濃度的另一非限制性方法可包括：1)在限定空間中布置至少一個導電表面，2)生成從具有陽極和陰極的離子發生器到限定空間的離子流，3)測量電阻器兩端的電壓或通過電阻器的dc電流中的一個，該電阻器連接在陰極與至少一個導電表面之間，以及4)基于離子濃度與所測量的電壓或電流的比例來確定限定空間中的離子濃度。

本文描述的順序僅用于示例性目的，并且并非旨在以任意方式限制該方法，應理解的是，在不偏離所描述的方法的情況下，該方法的部分可以不同邏輯順序進行，額外或介入部分可被包括，或者所描述的該方法的部分可被劃分為多個部分，或者所描述的該方法的部分可被省略。

除了以上圖中所示出的許多其他可能的實施方式和配置由本公開預期。在某種程度上沒有描述的各種實施方式的不同特征和結構可被用于所期望的彼此組合中。一個特征可能沒在所有實施方式中說明并不意味著解釋為不存在，這樣做是為了說明的簡潔性。因此，不管新的實施方式是否明確說明，如所期望的形成新的實施方式可以混合以及匹配不同的實施方式的各個特征。本文中描述的特征的組合或置換由本公開覆蓋。

在本公開的一個非限制性方面中，本發明的實施方式可包括以下方面的至少子集的任意置換或組合：電源；離子發生器，具有連接至電源的陽極和陰極；風扇，將陽極與陰極之間的路徑中的空氣移動至限定空間；至少一個導電表面，在限定空間中；電阻器，連接在陰極與至少一個導電表面之間；測量電路，連接至電阻器以用于測量跨電阻器的電壓或通過電阻器的dc電流，其中，所測量的跨電阻器的電壓或通過電阻器的直流電(dc)中的一個與限定空間中的離子濃度成比例；dc隔離屏障，在電源與離子發生器之間，其中，電阻器跨隔離屏障兩端連接；顯示器，連接至測量電路以指示限定空間中的離子濃度，其中，至少一個導電表面的至少一部分在空氣路徑中；放大器，放大所測量的跨電阻器的電壓或通過電阻器的dc中的一個；處理器，基于所測量的跨電阻器兩端的電壓或通過電阻器的dc的成比例性確定離子濃度，其中，該比例在存儲器的查找表中；至少一個指示器，被配置為基于跨電阻器兩端的電壓或通過電阻器的dc的大小來照明，或者其中，該指示器是燈。

本書面說明書使用實例公開了包括最優模式的本發明的實施方式，并且還使任何本領域技術人員能夠實施本發明的實施方式，包括制造和使用任何裝置或系統并且執行任何結合的方法。本發明的專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。這些其他實例旨在被包括在權利要求的范圍內，如果它們具有不與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言非實質性不同的等同結構要素。