空气离子导电实验

01 离子腔室

一、前言

在这本由 TOM Petruzzellis 多年以前写的 鬼才们的电子传感器实验 一本书中，给出了很多有趣的电子传感器实验能够放在封面上这个用于测量空气离子腔室传感器，  应该是作者最为得意和感到神奇的一个装置了。值得他夸耀的应该类揣手这个实验所需要的材料非常便宜， 但效果却很神奇通过简单制作的金属离子腔室，  也就是在金属罐中心固定一个金属丝通过两个互补达林顿小功率晶体管进行电流放大之后，驱动一个 100微安的电流表，之所以右边还有对称的电路，主要是为了补偿因为温度、湿度所带来的漂移。

下面就简单介绍一下手头制作的离子室的制作。在面包板上简单搭建的放大电路，看一下具体测量效果。通过这个测试， 也为后面高阻抗放大电路的设计做准备。下面就让我们看一下这个既简单，   又神奇的离子腔室放大电路的功能吧。

二、制作过程

1、离子室制作

这个利用金属饮料罐制作的离子腔室是测量空气中离子的传感器，制作它使用两个部件一个是这种铝质饮料罐。 另外一个是这种同轴电缆 BNC 接头使用电钻在金属管底部打洞之后，  将 BNC 固定在金属管底部。在固定BNC 之前， 在其中引线中焊接一个镀锌金属丝， 作为离子室的中心电极。

▲ 图1.2.1 制作离子室的两个部件

将BNC接头固定在金属管底部，内部焊接一个金属铁丝，这是最后安装后的效果。

2、放大电路

下面介绍一下放大电路，离子室内产生的电流非常微弱，  只有几十个 fA 左右需要进行放大才行为了简单起见，   这里只在面包板上搭建了其中一半的电路。使用到两个 达林顿三极管的级联，  完成对于电流的放大两个达林顿三极管的型号分别为 BC517,  MPSA64。

在电路中的 NPN型达林顿三极管是 BC517， PNP型三极管是 MPSA64 这两个三极管都非常容易购买到。BC517的 hFE 参数， 也就是电流放大倍数大约为 44000它的管脚分布从左到右分别为 C,B,E应用相同的测试设备，测试 MPSA64可以看大它的电流放大倍数大约为 41100左右，管脚分布正好与 BC517想法， 从左到右分别为 C,B,E。

在面包板上搭建电流放大电路在 PNP 达林顿三极管集电极上，并联了一个 10微法电容，用来消除输出电压信号中 50Hz 的干扰信号。这个电路是原始电路左边部分， 直接使用数字万用表测量 R2 上的输出电压。 这里给出了电路各元器件的参数，其中信号滤波电容 C1 实际上可以不用施加，使用示波器观察输出电压信号的时候， 增加这个电容可以使得输出波形更加平稳。

▲ 图1.2.2 电流放大电路

利用BNC屏蔽线将离子室与测量电路连接起来，电路的工作电压选择 9V，  这个电压是经过测试得到的。如果工作电压太高， 上面放大电路容易饱和。太低， 则电路的放大倍数就会降低。将输出电压接入数字万用表同时将信号接入示波器。可以看到此时，  电路输出电压大约为 0.6V 左右。

三、电路测试

使用这种离子型烟雾传感器来增加空气中的离子其中核心部分具有弱放射性的 镅 241， 它发出的 alpha 射线可以使得空气中产生大量的例子。这是将其核心放射性金属片拆卸下来，在其上方空气中会出现大量的离子 下面利用前面的离子腔室来测量一下它表面的离子电流。

将离子室放在放射源上面，   可以看到电路输出电压马上就饱和了。然后随着时间慢慢恢复手持放射源在离子室前面放置一会儿，   可以看到强烈的射线在离子室内空气里产生了大量的离子。从这个角度在看一遍。

▲ 图1.3.1 利用离子源电离空气

使用丁烷喷火枪喷射离子腔，  可以看到电路输出电压瞬间饱和了。  这说明在火焰周围会产生大量的离子。这是小型的打火机，  同样也会使得空气中的离子大大增加 烟雾可以降低空气中的离子。

▲ 图1.3.2 烟雾可以降低空气离子数量

※ 总  结 ※

本文讨论了利用 两个达林顿三极管放大空气中离子电流的实验，两个晶体管分别是NPN型和PNP型达林顿三极管。利用金属饮料罐做成了简易的离子室测试了镅-241 放射源产生的空气电离现象，利用这个装置，   让我们观察到了空气中离子导电的现象。

参考资料

[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