Электрохимический преобразователь механических колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано , например в С1ейсмрметрии. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых механических колебаний и повышение .технологичности изготовления чув ствительного элемента . Чуйствительный элемент представляет собой выполненные их металлической фольги два измерительных электрода (ИЭ) 2 и 3, образующие элементарные каналы, параллельные продольной оси корпуса 1. ИЭ 2 и 3 выполнены в форме прямоугольного периодического зигзага и составляют совместно с электролитом 4 обратимую окислительно-восстановительную систему . Причем каждый повторяющийся элемент ИЭ 2 и 3 жестко зафиксирован в корпусе 1. Форма выполнения ИЭ 2 и 3 обусловлена необходимостью обеспече- . ния у словия полного реагирования ионов при одновременном сохранении гидродинамического сопротивления каждого элементарного канала таким, чтобы не возникали вторичные гидродинамические потоки, приводящие к сужению динамического диапазона измеряемых механических колебаний. 1 табл. 2 ил. е S (/ С

69) SU (и>

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (51)5 Н 01 С 9 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23.06.91. Бюл. 1в 23 (21) 3881879/21 (22) 08.04.85 (71) Специализированное конструкторско-технологическое бюро твердотельной электроники с опытным производСтвом Института прикладной физики

АН МССР (72) А.В.Препелица и В.П.Плешка (53) 621.317.39 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1058457 ° кл. Н О1 6 9/22, 1982. (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например в сейсмометрии. Бель изобретения — расширение динамического диапазона измеряемых механических колебаний и повышение,технологичности изготовления чувствительного элемента. Чувствительный элемент пред° ставляет собой выполненные их металлической фольги два измерительных электрода (ИЭ) 2 и 3, образующие элементарные каналы, параллельные продольной оси корпуса 1. ИЭ 2 и 3 выполнены в форме прямоугольного периодического зигзага и составляют совместно с электролитом 4 обратимую окислительно-восстановительную систему. Причем каждый повторяющийся элемент ИЭ 2 и 3 жестко зафиксирован в корпусе 1. Форма выполнения ИЭ 2 и 3 обусловлена необходимостью обеспече- . ния условия полного реагирования ионов при одновременном сохранении гидродинамического сопротивления каждого элементарного канала таким, что- Ж бы не возникали вторичные гидродинамические потоки, приводящие к сужению Ф ! динамического диапазона измеряемых механических колебаний, 1 табл. 2 ил.

1405606

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к электро1имическим преобразователям инерционного типа и может быть использовано в сейсмометрии, сейсмоло". гни .и других областях народного хо зяйства, где необходимо проводить из. мерения механических колебаний инфра,низкой частоты.

1Î

Цель изобретения — расширение динамического диапазона измеряемых меанических колебаний, а также повыение технологичности изготовления чувствительного элемента. 15

Сущность изобретения заключается в том, что в чувствительном элементе электрохимического преобразователя еханических колебаний, содержащем

ыполненные из металлической фольги ва измерительных электрода, обраэущие элементарные каналы, параллель-

ые продольной оси корпуса, составяющие совместно с электролитом обраимую окислительно-восстановительную 25 систему и установленные в корпусе на расстоянии, при котором произведение чисел Прандтля и Архимеда меньше

«3,001, измерительные электроды выпол. ены в форме прямоугольного периоди ческого зигзага, каждый повторяющий-. я элемент которого жестко зафиксиован в корпусе.

Выполнение измерительных электодов в виде периодического зигзаа прямоугольной формы обусловлено еобходимостью обеспечения условия полного реагирования ионов при одно ременном сохранении гидродинамичесйого сопротивления каждого элементар40 його канала таким, чтобы не возникали

Вторичные гидродинамические потоки, приводящие к сужению динамического диапазона измеряемых механических колебаний, 45

Выбор периодического зигзага любой другой формы (пилообразной, трапециевидной, синусоидальной) не обеспечивает одновременного выполйения обоих условий.

Кроме того, стороны повторяющихlcm элементов измерительных электродов йрямоугольной формы соединяют противоположные стенки корпуса по кратчай«шему расстоянию, поэтому устойчивость такого перйодического зигзага к меха-5 ническим воздействиям выше, чем у периодического зигзага любой другой формы, что обеспечивает сохранение идентичности и соосности элементарных каналов в широком диапазоне скоростей течения электролита.

Поскольку в предложенном чувствительном элементе элементарные каналы образованы повторяющимися элементами прямоугольного периодического зигзага измерительных электродов, то жесткая фиксация каждого повторяющегося элемента к внутренней поверхности корпуса позволяет обеспечить надежную фиксацию измерительных электродов.

При этом сохраняются идентичность и соосность всех элементарных каналов измерительных электродов, обеспечивающие сохранение ламинарности течения электролита в широком диапазоне скоростей, что приводит к расширению динамического диапазона измеряемых механических колебаний.

Следует отметить также высокую технологичность предложенного устройства и возможность изготовления блока, содержащего любое число электродов требуемой протяженности, при" чем на всем протяжении последнего элементарные канали в электродах идентичны и строго соосны, Указанные преимущества обусловле» ны возможностью одновременного формирования необходимого числа электродов в форме прямоугольного периодического зигзага на специально используемых для этого калибрах.

Поскольку калибры с измерительными электродами помещают в корпус и производят, например, спекание, каждая внешняя сторона зигзагообразных измерительных электродов жестко скрепляется с внутренней поверхностью корпуса, После удаления калибров образуется система с фиксированными электродами,„созданными одновременно, при одинаковых условиях, а потому идентичных.

На фиг.1 представлен чувствительный элемент электрохимического преобразователя механических колебаний; на фиг.2 — измерительные электроды с калибрами.

В качестве повторяющегося элемента рассматривается пространственная структура, заключенная между точками

"а" и "в" на фиг.l"„ ñoñòîÿùàÿ из двух горизонтальных и двух вертикальных сторон, 3

L Электрохимический преобразователь механических колебаний состоит из корпуса 1, в котором установлены измерительные электроды 2 и 3; образующие совместно с электролитом 4 обратимую окислительно-восстановительную систему. Элементарные каналы 5 параллельны продольной оси 6 корпуса 1, идентичны и соосны по всей. длине. Измерительные электроды 2 и 3 одновременно сформованы на калибрах

7 в виде периодического прямоугольного зигзага и жестко зафиксированы посредством спекания внешних сторон измерительных электродов 2 и 3 с внутренней поверхностью корпуса ° Измерительные электроды 2 и 3 установлены на расстоянии, при котором произведение чисел Прандтля и Архимеда меньше 0 001.

Устройство работает следующим образом. К измерительным электродам 2 и 3 прикладывается напряжение 0,20,8 В. При отсутствии внешнего механического .воздействия на электролит

4 между измерительными электродами

2 и 3 устанавливается линейное изменение,концентрации электроактивного вещества, а наличие градиента концентрации вызывает диффузионный поток электроактивных ионов на измерительный электрод 2, вследствие чего устанавливается фоновый ток преобразователя. При наличии внешнего механического воздействия на диффузионный поток электроактивиых ионов величина конвективного потока определяется силой внешнего механического сигнала. В зависимости от знака внешнего сигнала направление конвективнога потока может либо совпадать с направлением диффузионного потока:, либо быть противоположным ему. Выходной ток преобразователя будет колебаться относительно начального тока. Амплитуда

5606 этих колеоаний пропорциональна внешнему механическому воздействию.

Конкретный чувствительный элемент

5 электрохимического преобразователя механических колебаний для применения в сейсмоприемниках состоит иэ измерительных электродов, выполненных из пластиковой фольги толщиной 2010 50 мкм, одновременно сформованных в форме периодического прямоугольного зигзага на калибрах.. Электроды чувствительного элемента, длина кото" рого 2-10 мм, сечение 2 2 мм, уста15 новлены в корпусе из стекла, заполненном электролитом 2NKI+0,1NI

В данном конкретном примере диапазон измеряемых колебаний возрос на

1 8 дБ по сравнению с сейсмоприемни20 .ком, содержащим чувствительный эле,мент, выполненный в виде спирали

Результаты лабораторных сравнительных испытаний пяти образцов электрохимических преобразователей (ЭХП), три из которых (11 1-3) содержат чувствительный элемент, выполненный из металлической фольги„ свернутой в виде спирали, а два (У 4,5)— в виде периодического зигзага— представлены в таблице. Граница динамического диапазона определяется снижением чувствительности

35 преобразователя с дальнейшим увеличением амплитуды колебаний, Верхняя граница динамического диапазона равна амплитуде регистрируемого сигнала, при которой чувствительность электрохимических преобразователей снизилась на 10Х

Из таблицы следует, что эта величина для преобразователей ВФ 1-3... находится. в- пределах 300 мкм,j,, 4 а для преобразователей 99 4 5 — в пределах 900 мкм.! л

O о

° 1 ь

«Ь л

Ф

0О о

СМ

CO ь

РЪ

Ф о л

С!

all

CO

С0

D.

1 л

Ю

Ю е

СЮ

4Ф

* о! а

В

О л

Ф

СЧ

УЪ

° ° м

° ô а

Ю л

CO а ь л

A, Ю л

O о

ССЬ

CO

© е е е Ю

СФ)

Ч0

° Ф

Ф о

«Ь Ct

Ф о аСЕ

Ф л

Ф

© л

ССЪ

СЧ

° 0

©

ala

°

Ф!

afl

© л

0O .Ф о л д мс

Ф»

ССФ

° Ь

Ю"

СЧ л

CO

Ф

an

0О

СЭ

ССь

Ф о л

Ф»

СЧ. aac

CO о

«Са

Ю л

С0

D л

Ф

Ю к 1

gX

1 фЬ

° \

С ! Ch

1405606

I I 1

Ю

1 в

I л

«Ь

СЧ

t4 о л е» ю

6

5 «6

40 О

6 е

° 1

0Р и

4:

В и

; В

3 2

° g В

В 1 и

)!!

7 1405

Динамический диапазон механических колебаний характеризуется соотношением

20lg-A

А где А, и А соответствуют максимальной и минимальной величине регистрируемого сигнала, в результате расчета получаются следующие значения динамического диапазона:

Таким образом, выполнение элект родов ЭХП в форме Прямоугольного периодического зигзага с их жесткой фиксацией позволяет сохранить неизменными геометрические размеры и форму каждого элементарного канала при больших механических колебаниях и 25 .высоких скоростях течения электролита, идентичность и соосность,элемендля ЭХП В 1

Р 2

Р 3

В 4

Р 5 — 81 дБ — 79 дБ, 80 дБ, 99 ДБ, — 99 дБ.

606 . 8 тарных каналов по всей длине, вслед" ствие чего сохраняется ламинарность. потока электролита в межэлектродном пространстве, что позволяет расширить динамический диапазон измеряемых, колебаний по сравнению с известными чувствительными элементами ЗХП.

Формула изорретения

Злектрохимический преобразователь механических колебаний, содержащий кбрпус с электролитом, в котором размещен чувствительный элемент, содержащий два измерительных электрода, образующие совместно с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему, и выводы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых механических колебаний, каждый из измерительных электродов выполнен в виде прямоугольного повторяющегося зигзага, каждый из которых жестко закреплен на противоположных стенках корпуса.

l

1405606 . Э

Сос тавитель Ю. Кондрахина

Редактор А.Купрякова Текред M.Õîäàíê÷ Корректор И.Зрдейи

° 3В ЮФ Ю

Заказ 2569 Тираж 316 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4