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Submitted on 1 Jan 1958
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Enregistrement continu de la conductibilité ionique de
l’air au voisinage du sol
O. Salvador, H. Masson
To cite this version:
124
ENREGISTREMENT CONTINU
DE
LACONDUCTIBILITÉ
IONIQUE
DE L’AIR AU VOISINAGE DU SOL Par O. SALVADOR et H.MASSON,
Laboratoire de
Physique Météorologique,
Faculté des Sciences de Dakar.Résumé. - La méthode de mesure utilisée est la méthode du courant gazeux. Un courant d’air est envoyé à l’intérieur d’un condensateur cylindrique dont l’armature extérieure est à la terre et l’armature intérieure connectée successivement aux bornes + et 2014 d’une
pile à travers une forte résistance R = 1011 ohms.
L’armature centrale capte les petits ions de signe contraire à son propre signe, d’où apparition aux bornes de la résistance R d’une différence de potentiel proportionnelle à la grandeur à mesurer. Cette tension est mesurée au moyen d’un électromètre à condensateur vibrant.
L’enregistrement, à pointés, s’effectue en trois temps : 1) Conductibilité
positive.
20142) Conduc-tibilité négative. 2014
3) Marquage du zéro.
Selon la vitesse du courant d’air utilisé, l’appareil peut fonctionner soit en compteur d’ions, soit en enregistreur de conductibilité.
Abstract.
2014 The method of measurement used is thatinvolving a gas stream. A current
of air is made to flow through a cylindrical condenser the outer electrode of which is earthed and the inner electrode successively connected up to the + and 2014 terminals of a
battery via a powerful resistance R = 1011 ohms.
The central electrode traps those small ions which are of opposite sign to itself, and this pro-duces a difference in potential at the resistor terminals which is proportional to the magnitude it is required to measure. This voltage is then measured by means of a free-condenser type
electro-meter.
The reading to be registered is obtained in 3 stages, as follows : 1) Positive conductance.
2014
2) Negative conductance. 2014
3) Zero marking.
This apparatus can be used either as an ion counter or as a conductance indicator, depending
upon the velocity of the air flow.
PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 19, DÉCEMBRE 1958, PAGE 124 A.
But. - Le
dispositif qui
va être décritpermet
de mesurer par la méthode connue du courant gazeux,la conductibilité de l’air. Suivant la vitesse du
courant d’air
utilisé,
l’appareil
peut
fonctionner soit encompteur
d’ions(dénombrement
despetits
ions contenus dans
l’air)
pour un courant d’air de faiblevitesse,
soit enenregistreur
deconductibilité,
pour un courant d’air de vitesse suffisante.
Principe.
-L’appareil
est dérivé dutype
Ebertet Gerdien. Il est constitué par un condensateur
cylindrique.
Lecylindre
extérieur est à la terre.Une
pile
établit à travers une forte résistanceRe = 1011
ohms une différence depotentiel
de ±
9 volts entre les deux armatures. Un courantd’air est
envoyé
à l’intérieur ducylindre.
L’électrode centrale
attire,
suivant la borne de lapile
àlaquelle
elle est connectée les ionspositifs
ou
négatifs.
Lacapture
de ces ions provoque uncourant de
compensation
débité par lapile.
Lecourant crée une différence de
potentiel
aux bornesde la résistance
Re.
Un électromètre à condensateur vibrant
permet
de mesurer cette différence depotentiel.
Description.
- 1° COLLECTEUR D’IONS :1
Tube extérieur :
longueur
L == 30 cm ; diamètreintérieur 2 b = 5 cm.
Électrode
intérieure :longueur 1
= 20 cm;2a
= 1,8
cm.Potentiel
appliqué :
9 volts.Le collecteur
proprement
dit et la résistance 1 X 1011 sont enfermés dans un boîtiermétallique
étanche aux
poussières.
Une résistance de20 W - 125 V
permet
de maintenir undegré
d’humidité suffisamment bas à l’intérieur du boîtier. Le relais
permettant
le court-circuit se trouveégalement logé
à l’intérieur du boîtier. La mise encourt-circuit de cette résistance lors des inversions de
polarité
permet
lacharge
et ladécharge rapide
du condensateur constitué par le collecteur. Lemoteur
d’aspiration
et son hélice sont extérieurs auboîtier,
et réunis au tube extérieur par un raccordsouple.
20 CONDENSATEUR VIBRANT. - Le bloc
conte-nant le condensateur vibrant est directement fixé
au boîtier du collecteur. L’électro-aimant en fer
feuilleté,
parcouru par un courant de 1 000cycles/
seconde,
met en mouvement undiaphragme
enacier.
Diaphragme
et électro-aimant ont étépré-levés sur un écouteur
téléphonique
de hautequalité.
L’électro-aimant estégalement
parcouru par le courant continu d’anode du tube oscillateur. Lecourant d’excitation de 1 000
cycles/seconde
estfourni par un oscillateur à
résistances-capacités,
125 A
contenu dans le boîtier de
l’amplificateur.
La dis-tance entre lediaphragme
et l’électro-aimant estde
0,02
mm et la distance entre lediaphragme
etl’armature fixe de
0,01
mm. Enpratique,
cesdis-tances sont
réglées
expérimentalement
afin d’obtenir le meilleur rendement.L’état
de
surface des armatures du condensateur vibrant a uneimportance
trèsgrande ;
la valeur etla stabilité du
potentiel
de contact endépendent
essentiellement. Les.surfaces de l’armature fixe et
de l’armature mobile sont
plaquées
or etparfai-tement
polies.
H. Palewski[1] préconise
deplacer
FIG. 2. -
Amplificateur.
Le châssis de l’amplificateur, isolé de la terre, est connecté à, une borne de l’alimentationdésignée par le signe rappelé en (1) sur les figures 1 et 2.
le condensateur dans un gaz neutre
(argon)
contenusdans une enceinte étanche au vide. Dans notre
réalisation,
l’enceinte estsimplement
étanche auxpoussières.
Le fonctionnement restecependant
correct et stable(potentiel
de contact : 30milli-volts).
L’armature fixe est reliée à l’électrode interne du collecteur d’ions par une résistance de
2 000 mégohms
et à l’entrée’de
l’amplificateur
par un condensateur à air de 20 cm. Cette résistance de 2 000mégohms
etle condensateur de 20 cm sont contenus dans le bloc condensateur vibrant.
°
3° AMPLIFICATEUR ET DÉTECTEUR. -°-°- Ils sont
contenus dans le même boîtier
cubique,
lui-même fixé sur le bloc condensateur vibrant.L’amplifi-cateur
comprend
deux tubes batteries IL4 àcou-plage
résistance-capacité.
Afin de réduire l’effetmicrophonique,
lepremier
tube est enfermé dans unl’intermédiaire d’une membrane en caoutchouc mousse.
Le détecteur du
type
synchrone comporte
untube IR5. Le
signal
amplifié
estappliqué
à lagrille
G3. Unsignal
synchrone provenant
direc-tement de l’oscillateur 1
000 cycles
estappliqué
à lagrille
G1. Suivant saphase,
lesignal
appliqué
sur G3 provoque une
augmentation
ou unedimi-nution du courant
anodique.
C’est cette variation de courant que l’on utilise dans la mesure.Le
gain
de conversion du condensateur vibrantest environ
0,1.
Legain
de tension del’ampli-ficateur est environ 4 000.
Une tension
amplifiée
de0,1
voltappliquée
à lagrille
G3 du tube détecteur donne une variation de tension sur lacharge
constituée par la résistance dumicroampèremètre
(750
Sol
égale
à0,50 V,
soit ungain
en tension de0,5.,Le gain
total est ainsi. 0,1 x 4 000 x 0,5 = 200.Ceci en l’absence de contre-réaction.
Celle-ci,
utilisée au taux de 100
%
réduit legain
à 1. Ce tauxde contre-réaction. réduit
également
dans lefac-teur de 1 à 200 la dérive et les variations de
gain.
L’impédance
d’entrée,
appliquée
aux bornesde
Ré
( fig.1)
estsupérieure
à 1 X 1015 ohms. Leréglage
du condensateur Cb( fig.
2)
aux bornesde l’électro-aimant
permet
de mettre exactementen
phase
ou enopposition
dephase
lessignaux
appliqués
sur G3 et G1. Leréglage
se faitcommo-dément à
l’oscilloscope.
Onobserve,
à l’aide decelui-ci,
la forme dusignal
obtenu sur l’anode dutube I R5. Une tension continue de
quelques
milli-volts estinjectée
à l’entrée du condensateur vibrant. Suivant leréglage
de Cb on obtient les formes suivantes :Le
réglage
A est évidemment leplus
favorable.Enregistrement.
-L’enregistrement
est dutype
à
pointés.
Il y a unpointé
toutes les deux minutes. La résistance dugalvanomètre
est de 750 ohms etsa sensibilité de 54 - 0 - 54
microampère.
Lavitesse
dedéplacement
dupapier
est de1,5
cm parheure.
CQmmutation. -
La commutation
(fin.
3)
a pourbut
d’appliquer
successivement à intervalles de deuxminutes,
les ténsions suivantes sur lesarma-tures du condensateur collections d’ions : 1°
+ 9 V - ; 20 - 9 V + ; 30
court-circuit. Les_pointés
successifs del’enregistreur,
ensyn-chronisme avec les tensions
appliquées,
donneront donc : 1° une courbe despetits
ionspositifs ;
2° une courbe despetits
ionsnégatifs ;
3° une courbereprésentant
la dérive du zéro.La commutation de ces trois tensions
(+
9V,
- 9V,
0V)
se fait par l’intermédiairede
deuxrelais,
eux-mêmes commandés pardeux
cames,fixés sur un. axe entraîné dans le
rapport 1/3
par lemoteur assurant les
pointés
del’aiguille.
Ces cameset leur axe ont été
ajoutés
à l’intérieur del’enre-gistreur.
Une troisième came commande un relais
placé
dans le boîtier du collecteurd’ions,
dont le rôleest,
ainsi que nous l’avons
déjà
vu, de court-circuiter larésistance
Ré,
permettant
ainsi ladécharge
et lacharge
rapide
du condensateur collecteur.Les
tensions +
9 V restentappliquées
environ 2 minutes et lepointé
del’aiguille
se fait à la fin de cetemps.
Théorie de la mesure. -- Soit
un condensateur
cylindrique,
entre les armaturesduquel
estmain-tenue une différence de
potentiel
V. On sait que siun courant d’air de vitesse U passe à l’intérieur de
ce
cylindre
les ions de mobilitp k et designe
con-traire à celui de l’électrode centrale seront
captés
entotalité par cette dernière si la vitesse du courant
d’air est inférieure à une vitesse limite
Il
U f 1 kcv C .t’ d d
1 = -b2 2
(7 == capacité du condensateur.b -a
Si nous admettons pour les
petits
ions unemobi-lité moyenne k
- 1,5
cm/seconde/V
la vitesse limite calculée avec lescaractéristiques
ducollec-teur d’ions est
UI # 1 m/seconde.
10 La vitesse du courant gazeux U est inférieure à la valeur limite
Ul
L’appareil
fonctionne encompteur
d’ions.Lorsque
latension +
9 V estappliquee
à l’électrode centrale et lerégime
permanent
établi,
laperte
decharge
due à l’afflux depetits
ions estA
cettedéperdition
decharge
correspond
uncourant i :
d’où aux bornes de la résistance
Ric,
une différencede potentiel
.127 A
20 La vitesse du courant gazeux U est
supérieure
à la valeur limiteUi.
L’appareil
fonctionne enenregistreur de
conduc-tibilité. Seuls sontcaptés
les ionspénétrant
dans lecylindre
à une distance de l’axe inférieure à unevaleur ro définie par
et
Fm, 3. -
Enregistrement.
Commutation. Alimentation.Le courant i débité est alors :
On sait que la conductibilité est définie par d’où
Il en résulte aux bornes de la résistance
Re
unedifférence de
potentiel
V étant
toujours
la différence depotentiel
auxÉtalonnage
del’appareil
enregistreur
de conduc-tibilité. -[L’appareil
fonctionne actuellement enenregistreur
de conductibilité.Il n’est pas nécessaire de connaître avec
exac-titude la vitesse du courant d’air. Il suffit de s’assurer
qu’elle
estsupérieure
à la vitesse limite.La résistance
Ré
est mesurée par la méthode de-déperdition
decharge.
La
capacité
mesurée en tenantcompte
de lacapacité
de laportion
dusupport
de l’électrode centrale recevant le courant d’air estPcur étalonner
l’amplificateur,
onapplique
unedifférence de
potentiel
connue aux bornes de larésistance
Re
et on mesure la déviationcorres-pondante
del’aiguille
surl’enregistreur.
Nous avonstrouvé
qu’une
différence depotentiel
de 50 mVcorrespond
à la déviation totale del’aiguille
d’un côté ou de l’autre du zéro.La conductibilité
qui correspond
à toute lalargeur
de lagraduation
est donc :On
peut
réduire la sensibilité del’appareil.
La déviation est linéaire.Mesures. Courtes obtenues. - Le laboratoire est
situé à 7 km de
Dakar,
dans unerégion
nonpolluée.
La courbe
ci-jointe
(fig.
4) représente
la variation de la conductibilitépositive
etnégative
en fonctiondu
temps
le 6 mai 1958. La courbe médianeindique
la dérive du zéro... La
précision
des mesures est essentiellementdéterminée par la
précision
aveclaquelle
ondéter-mine la
capacité
du collecteur d’ions et larésis-tance
Re
= 1011 ohms. Onpeut
admettre que cetterésistance et cette
capacité
sont mesurées avec uneprécision
d’environ 5%,
cequi
donne uneprécision
de 10
%
pour la détermination de x. L’erreur depointé
est inférieure à 10%.
L’appareil
est actuellement en servicedepuis
un mois. Il donnejusqu’à
présent
satisfaction.Nous
exprimons
nos remerciements auxLabo-ratoires de Constructions
Électroniques
LECEMqui
se sontchargés
de la réalisation del’appareil.
Manuscrit reçu le 16 juin 1958. BIBLIOGRAPHIE
[1]
PALEWSKY(H.),
SWANK(B.
K.) et GRENCHIK(R.),
Rev. Sc. Instr., 1947, 18, 305 à 308.[2]
SMITH(L. G.),
« The calibration of acontinuously
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