Диффузионный преобразователь линейной скорости

 

1. ДИФФУЗИОННЫЙ ПРЕОБРАЗЬВА-ТЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ, содержащий заключенные в герметичный заполненный; электролитом корпус анодный и катодные объемы, разделенные Диффузионными каналами, измерительные камеры, расположенньш между катодными объемами и соединеннъгё измерительным каV налом между собой и с катрднь1ми объемами , аноды и катоды, установленные в анодном, катодных объемах и в измерительных камерах, а также экранные электроды, размещенные в измерительном и диффузионных каналах, и источники питания, один из которых подключен к аноду и катодам анодного и като.ных объемов и к экранным электродам, а другой, имеющий среднюю точку, подключен положительными полюсами к анодам и средней точкой через резисторы и катодам измеритель ньпс камер, отличающийся тем, что, с целью повьипения точносрти преобразования, в него введен : эяектрод неполного реагирования, который установлей в измерительном ка; нале между измерительншш камерами и подключен к средней точке другого источйика, при этом измерительный канал вьпкшнен плоскопараллельным, а катоды измерительных камер, электрод неполного реагирования и экранные электроды установлены на нижней стороне измерительного канала, причем длина катодов больше длины измерительной камеры в сторону электрода .неполного реагирования на полторы высоты измерительного канала, а в стррону экранных электродов на величину (Л : Vv - дё -- длина выступакяцей части катода измерительной камеры, л - высота измерительного канала, V - максимальная скорость течения электролита в измерительном канале, - коэффициент диффузии. Oi 2, Преобразователь по п.1, о т О л и ч а ю щ и и с я тем, что длина 00 /, электрода неполного реагирования вьтолнена в соответствии с выражением «- {т-Ч -(it)} ..где t - максимальное время действия ускорения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) (> 1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ О ИЙ (21) 3713430/24-10 (22) 05.12.83 (46). 07.06.85. Бюл. У 21 (72) Я,Ф.Яцек, В.О.Васин и Л.А.Нежданова (71) Севастопольский приборостроительный институт (53) 621..317.39(088.8) (56) 1. Фиш И.Л. и др. Диффузионные . преобразователи неэлектрических величин.",Киев.- Техника, 1979, с. 96-99.

2, Авторское свидетельство СССР

9 679836, кл. С 01 L 9/18, 1978 (прототип). (54)(57) 1. ДИФФУЗИОННЬЙ ПРЕОБРАЗОВА

ТЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ, содержащий заключенные в герметичный заполненный электролитом корпус анодный и катод-, ные объемы, разделенные диффузионными каналами, измерительные камеры, расположенные между катодными объемами и соединенные измерительным каналом между собой и с катодными объемами, аноды и катоды, установленные в анодном, катодных объемах и в измерительных камерах, а также экранные электроды, размещенные в измерительном н диффузионных каналах, и источники питания, один из которых подключен к аноду и катодам анодного и каторжных объемов и к экранным электродам, а другой, имеющий среднюю точку, подключен положительными полюсами .к анодам и средней точкой через резисторы и катодам измеритель ных: камер, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точнос-.

4(51) С 01 Р 3/00;ð С 01 Ь 9/18 ти преобразования, в него введен жектрод ненолного реагирования, который установлен в измерительном ка; кале между измерительными камерами и подключен к средней точке другого источника, при этом измерительный канал выполнен нлоскопараллельным, а катоды измерительных камер, электрод неполного реагирования и экранные электроды установлены на нижней сто- роне измерительного канала, причем длина катодов больве длины измерительной камеры в сторону электрода неполного реагирования на полторы высоты измерительного канала, а в стрроиу экранных электродов на seличину д „2 ЭТ ° где 6- - длина выступающей части катода измерительной камеры, k " высота измерительного канала, Y - максимальная скорость течения электролита в измерительном канале, Р - коэффициент диффузии.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что длина

/, электрода неполного реагирования выполнена в соответствии с выражением д — — „ - En (2-ехР(->t))) где t - максимальное время действия ускорения.

1160314

Изобртение относится к электрохимическим преобразователям информации1 в частности к преобразователям линейной скорости механических объектов в электрический сигнал, н мо- 5 жет быть применено в системах автоматического регулирования и контроля в различных областях нароДного хозяйства.

Известен диффузионный преобразо- 1О ватель линейной скорости, представляющий собой совмещенные в одном корпусе безмембранный акселерометр с токовым выходом и тетрод-интегра-. тор, которые имеют гальваническую 15 связь через электролит f1) .

Недостатком данного нреобразователя является наличие двух нромежуточных звеньев преобразования: расхода электролита в электрический -20 ток и преобразование этого тока в изменение концентрации реагента в ( измерительном отсеке тетрода инте.гратора. Эти звенья дают основную метрологическую погрешность преобра, 25 зования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является диффузионный преобразователь неэлектричес- ЗО ких величин, содержащий корпус, два чувствительных объема, между которыми введены две измерительных камеры, содержащие аноды и катоды и соединенные между собой каналами, с раз« мещенными в яих считывающими катодами и электродами перехвата. Преобразователь содержит также два источника питания, один нз которых подключен к электродам чувствительных 4О объемов, а другой, имеющий среднюю точку, положительными полюсами подключен к анодам, а средней точкой (отрицательный полюс) через резисторы вЂ, к катодам измерительных ка- 45 мер f2).

Недостатком известного преобразователя является то, что при измерении знака ускорения (при уменьшении скорости до нуля) количество реагента в измерительных камерах не будет равным (концентрации будут разными).

Разность концентраций реагента, после прекращения действия ускоре55 ния определяется выражением

ДС= 2Co(1-2ppp ()+ РкР()

V 5 1 2VS и

1 где

1„г г

Г" длина выступающей части катода измерительной камеры, - высота измерительного канала, где С вЂ” исходная концентрация электролита, — скорость электролита в канале, — сечение канала, — объем измерительной камеры, — время действия ускорения.

Данная разность концентраций реагента определяет основную метрологическую погрешность и снижает точность преобразования, Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Указанная цель достигается тем, что в диффузионный преобразователь линейной скорости, содержащий заклю ченные в герметичный заполненный электролитом корпус анодный и катодные объемы, разделенные диффузионными каналами, измерйтельные камеры, расположенные между катодными объемами и соединенные измерительным ка- налом между собой и с катодными . объемами, аноды и катоды, установ- ° ленные в анодном,катодных объемах и в ,измерительных камерах,а также экранные электроды, размещенные в диффузйонном и измерительном каналах, и источники питания, один из которых подключен к аноду и катодам анодного и катодных объемов и к экранным электродам, а другой, имеющий среднюю точку, подключен положительными полюсами к анодам и средней точкой через ре зисторы к катодам измерительных камер, введен электрод неполного реагирования, который установлен в из- . мерительном канале между измерительными камерами н подключен к средней точке другого источника, при этом измерительный канал выполнен плоскопараллельным, а катоды измерительных камер, электрод неполного реагирования и экранные электроды установлены на нижней стороне измерительного канала, причем .длина катодов больше длины измерительной камеры в сторону электрода неполного реагирования на полторы высоты измерительного канала, а в сторону экранных электродов на величину

1160314 4

Ч вЂ” максимальная скорость течения электролита в измерительном канале, )) — коэффициент диффузии, при этом длина L электрода не$ полного реагирования вьптолнена в соответствии с выражением

t.= — у — (— t — Гп/2 - exp (- — tj j

4V h / v V

-.7. Э !

Я. e где t — максимальное время действия ускорения.

На чертеже представлен диффузионный преобразователь линейной ско15 рости и схема его включения, общий

Вкд в

Преобразователь включает в себя корпус 1, анодкьй объем 2 и катодные объемы 3 и 4,в которых расположены анод 5 и катоды 6 и 7. Анодкый и катодные объемы связаны между собой через диффузионные каналы 8 и 9. .Катодные объемы через какал 10 соединены с измерительными камерами

11 и 12, которые сообщаются между собой через плоскопараллельный измерктельный канал 13. Экранные электроды 14-17 расположены в каналах, 8-10 и работают в режиме полного реа-® ! гкрования.

В измерительных камерах.расположены аноды 18 и 19, а также катоды

20 и 21. В измерительном канале расположен симметрично относительно из .3$ мерительных камер э(тектрод 22 неполного реагирования. Преобразователь содержит анодный источник 23 питания, подключенный к аноду 5, к катодам 6,7 и 12 экранным электро- 40 дам 14-17, а также источнйк питания измерительных камер, имеющий сред. нюю точку и состоящий из двух встречно включенных источников 24 и 25, положительные полюса которых под- 4$ ключены к анодам 18 к 19 измерительных камер, а отрицательные полюса, являющиеся средней точкой второго источника, подключены к электроду

22 неполного реагирования и через $0 резисторы 26 и 27 — к катодам 20 и 21 измерительных камер. Выходное напряжение пропорциональное линейной скорости корпуса снимается с катодов 20 и 21 в точках А и В. Резис- $$ торы Зб и 27 и источники 23-25 обеспечивают необходимые режимы рабОты электродов и всего преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени концентрации реагента в любой точке преобразователя одинаковы и равны С>

После включения источников 23-25 в цепях электродов !8-21 протекает предельный ток диффузии, который создает на сопротивлениях ?6 и 27 одинаковые падения напряжения. Следовательйо, выходное напряжение

О„,„=о.

По .истечении подготовительного времени в камерах 2-4 установится разная плотность электролита из-эа того, что весь реагент -будет сосредоточен в анодной камере 2. При движении преобразователя, как указа-! но стрелкой на чертеже (слева направо), под действием ускорения вдоль оси .чувствительности возникает течение электролита из анодного объема

2 через канал 8 в катодный объем 3, а также по каналам 1О и 13 через камеры 11 и 12 и далее в камеру 4 и по каналу 9 в анодный объем 2, Благода(пя тому, что катод !6 работает в режиме полного реагирования, в камеру

1f поступает электролит без реагента и вытесняет из него электролит с концентрацией Со. Этот электролит реагирует на электродах 2! и 22.

Поглощенный реагент на электроде

2 будет выделяться в измерительной камере 12 вследствие того, что сопротивление электрической цепи измерительной камеры 11 увеличится из-эа выноса из нее реагента, а сопротивление электрической цепи камеры 12 уменьшится из-за вноса в нее реаген та. На аноде измерительной камеры 12 выделяется количество реагента, равное количеству реагента, вытесненному из камеры 11 ° Размеры катода

21 — вправо и катода 20 — влево выполняются такими, чтобы на них при те-. чении электролита было полное поглощение реагента. Поэтому из измерительной камеры 12 в катодную камеру

4 поступает электролит .без реагента.

Превышение длины этих катодов по сравнению с анодами определяется высотой канала (! и максимальной ско« ростью электролита Р в канале при ко эффициенте диффузии электролита Э,и определяется по формула

4Ч Ь

У,.г

1160314

ВНИИПИ Заказ 3767/42 Тираж 897,Подписное

Филиал ПОП патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4

Размер катода 21 - влево и катода 20 вправо выполняются больше анодов 18 и 19 на 1,5 высоты канала 10 с целью предотвращения диффузии реагента из .измерительных камер 11 и 12 на электрод 22 в режиме покоя.

Из этого следует, что на выходе схемы появится напряжение 0 „„, пропорциональное линейной скорости .движейия преобразователя..

При уменьшенни скорости или пол,ной его остановке на чувствительный элемент действует ускорение обрагного знака, а на симметричных элек= тродах, кроме электрода 22, будут происходить аналогичные процессы..

Для определения параметров элек-. трода 22 и его режима работы.следует исходить из условия, что на нем будет. поглощаться реагеит, необходимый для компенсации погрешности концентрации С. Решение уравнений для диффузионного тока с ограниче нием по первому члену ряда позволяет определить необходимую длину электрода 22 неполного реагирования (, - - — (— 1 — п(2-.exp(- — 1))) .Данное выражение получено при ус>,ловни, что ширина анодов 18 н 19 одинакова и равна ширине электрода

22.

Экспериментальное исследование

1О .на лабораторном макете подтвердило достоверность расчетных параметров корректирующего электрода 22. При этом погрешность измерения скорости уменьшилась не менее, чем на порядок.

Предлагаемый преобразователь линейной скорости за счет введения электрода неполного реагирования. между измерительными камерами, зада ния ему необходимого режима работы нри оптимальном выборе его длины и подключении его к общей точке источника питания измерительных камер обладает высокими метрологическими характеристиками преобразования измеряемой скорости, что расширяет sosможные области его применения.