Электрохимический датчик механических сигналов

 

Союз Советских

Социалистических

Ркпубпик

О П»»»» .»в

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (»i 581519

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛбСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (51) М. Кл. (22) Заявлено 12.04.76 (21) 2345218/18-10

Н 01 Ст 9/22 с присоединением заявки №

Государствеииый комитет

Совета Министров СССР по делам иэобретеиий и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 25. 11.77. Бюллетень №4 (45) Дата опубликования описания 25.11.77 (53) УДК 531.787 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Осипов, А. И. Жепонкин и A. Ь. Мапиновский (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение дпя регистрации механических сигнапов (ускорен ие, скорость, пере мешен ие, не реп ад давления и др.).

Известен эпектрохимический микрофон, содержаший корпус, ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами. Внутри корпуса установлена пластина с отверстием, в котором расположен выполненный в виде щ сетки катод, по обе стороны от которого распопожены сетчатые аноды, Попость корпуса запопнена эпектропитом окиспитепьновосстановитепьной системы (1».

Это устройство обпадает нестабипышстью )5 рабочих характеристик при изменении температуры внепгней среды.

Известна также эпектрохимическая ячейка у сове р шеи ствов шиной кон стру к ци и, содержгпцая два эпектрода (21. Один электрод 20 образует сосуд, открьггый с одной стороны и снабженный перегородкой., Электрод .состоит из активного ещества. например серебра. Второй эие, выполненный также из серебра, обпадает значительно бопьшей 25 поверхностью, чем первый. Полость корпуса заполнена эпектропитом обратимой окиспительно-восстановитепьной системы .

Одним из недостатков такого типа датчиков также является нестабильность их рабочих характеристик, например начапьного тока и чувствитепьности, в условиях изменяюшейся температуры внешней среды. При этом нестабипьносгь достигает 2,5 — 3,о на градус.

Наиболее бпизким по технической сушности к предложенному явпяется устройство, содержашее корпус, ограниченный с торцовых сторон упру ими мембранами, две камеры, разделенные перегородкой с узким канапом, включающим преобразоватепь потока электро» активных ионов в электрический сигнап, эпектроды которого образуют совместно с эпектропитом камер датчика обратимую окиспитепьно-восстановительную систему131.

Это устройство также не обеспечивает необходимой точности измерений при изменении температуры внешней среды, потому что при изменении температуры меняется кяк вязкость электролита, так и коэффици581519 ент диффузии-электроактивных ионов, что приводит к изменению крутизны характеристики (чувствительности) датчика. При этом температурная нестабильность достигает порядка 3% на градус.

1Хель изобретения — повышение точности измерения при изменениях-температуры внешней среды.

Поставленная цель достигается тем, что щ в электрохимическом датчике механических сигналов. преобразователь потока электролита в электрический сигнал выполнен в виде кольцевого конусного канала, образованного выполненным в перегородке датчика 15 конусным отверстием и входящей в конусное отверстие. вставкой с конусным окончанием, Внутренняя поверхность конусного отверстия, также как и поверхность конусной вставки, покрыты слоем инертного металла, образуя щ сч итыв ающий электрод датч ика. Перегородка датчика соединена с термочувствительным элементом, например биметалл,.ческой пластиной, одна сторона которого жестко закреплена на корпусе датчика, а другая 25 размещена внутри кольцевого паза, выполненного в перегородке., На чертеже представлен предлагаемый электрохимический датчик.

Йатчик состоит из корпуса 1, выполнен- . 30 ного из химически стойкого материала, например пентона или фторопласта, ограничен ного с торцовых сторон упругими мембранами 2, также из химически стойкого матер ала, например бутилкаучука, а датчик запоа-35 нен электролитом, образующим с электрода и преобразователя окислительно-восстановительную систему, В перегородке датчика, разделяющей внутренний объем на две камеры, выполнено конусное отверстие, причем внут- 40 ренняя поверхность Э перегородки его образующей покрыта слоем инертного металла, например платины,в котором помещена вставка 4 с конусным окончанием, наружняя поверхность которого также покрыта слоем инертного 45 металла Токовывод от электрода, образованного металлом, выведен через уплотнение 5. Между отверстием и вставкой имеется зазор, образующий кольцевой -конусный измерительный канал длиной 3< и сечением

6 . Ho периферии перегородки датчика выполнеI( на кольцевая канавка, позволяющая перегородке перемещаться вдоль оси измерительного канала. В перегородке, с внешней стороны корпус *, закреплен термочувствительный элемент, преобразующий изменение температуры внешней среды в линейное перемещение, например биметаллическая пластина 6. Кроме того, датчик имеет противоэлектрод.

Датчик работает следующим образом.

При наличии механического сигнала (ускорение, давление) вследствие смешения жидкой инертной массы (электролит) > возникает перепад давления на преобразователе потока ионов в электрический сигнал, что вызывает, пропорциональный воздействию, поток ионов через измерительный канал, образованныи конусным отверстием и вставкой с конусным окончанием. В результате, в цепи датчика возникает электрический ток, пропорциональный внешнему воздействию и обратно пропорциональный гидродинамическому сопротивлению измерительного канала, представляющий собой разность между рабочим током электрода и его начальным током (ток при отсутствии механического сиг нала). При повышении температуры относительно некоторой произвольно выбранной бао зовой температуры, например 20 С„происходит деформация биметаллической пластины из-за различного линейного расширения металлов, составляющих пластину, что вызывает перемещение перегородки датчика и следовательно, перемещение отверстия относительно вставки вдоль оси. При этом уменьшается как эффективная длина измерительного канала, так и площадь его поперечного сечения. Происходит у меньшение величины начального тока электрода до значения, соответствующего базовой температуре. Величина гидродинамического сопротивления канала соответственно возрастает до значения, соответствующего базовой температуре. При понижении температуры внешней среды относительно базовой температуры перемещение свободного конца биметаллической пластины приводит к увеличению эффективных значений длины и площади поперечного сечения канала, что, в свою очередь, влечет возрастание начального тока до величины, соответствующей базовой температуре, а также уменьшение гидродинамического сопротивления канала до значения, соответствующего той же температуре.

Таким образом, в предлагаемой конструкции с помощью изменения геометрических параметров измерительного канала (длины

его и площади поперечного сечения) в сооТветствии с изменениями температуры окру жаюшей среды, обусловленного относитель ным перемещением элементов, образующих канал (перегородки с отверстием и вставки) обеспечиваются при произвольном. изменении температуры в пределах заданного интервала постоянные значения дня начального тока электрода и величины гидродинамического сопротивления измерительного канала, соответствующие произвольно выбранной базовой температуре. Это обеспечивает практически полную температурную компенсацию, т.е.

581519

Составитель H 1Ивырнов i

1 едактор Г. 11èàoâo Техред М. Левицкая !(о1:ректор Л. Власенко

Закую 4586/41 I nðàæ 976 l!олписпое !

И!11111!!! Государственного комитета Совеr; Министров СССГ по делам изобретений и открытий

1 .1. 3035, Москва, Ж-35, 1- аушскля ц пб., д. 4/5

Филиал П!!! "!!атент, и. Ужгород, ул. 1!! ооктная

1 постоянство начального тока и чувствитель ности датчика.

Формула изобретения

Эпектрохимический датчик механических сигналов, содержащий корпус, ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами, две камеры, разделенные перегородкой с узким каналом, включающим преобразователь потока электроактивных ионов в электрический сигнал, электроды которого образуют совместно с электролитом камер датчика обра гимую окислительно-восстановительную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при изменениях температуры внешней среды, преобразователь потока электролита в элек трический сигнал выполнен в виде кольцево го конусного канала, образованного выполпенным в перегородке датчика конусным от- верстием и входящей в него вставкой с конусхым окончанием, причем поверхности ко. нусного отверстия и конусной вставки, обращенные друг к другу, покрыты слоем инертного металла, образуя считывающий электрод датчика, а перегородка датчика соединена с термочувствительным элементом, одна сторона которого жестко закреплена на корпусе датчика, а другая сторона размещена внутри кольцевого пава, выполненного в перегородке, Источники информации, принятые во вничан ие пр и экспертизе:

1. Г!атент ClllA ¹ 3359465. кл. 317231, 1967.

2, Патент Франции ¹ 2086029, кп . Н 01 G 9/00, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР № 230433, кл..С 01 1/ 1 8, 1 967 .