Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

»»711394 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.07.77 (21) 2506381/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 25.01.80. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 28.01.80 (51) М. Кд.

501 . 9/18 е

Ввудврстввниый квиитвт

СССР ю авлам изабретвиий и вткрытий (53) УДК 531.787..91 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Карякин, Б. Н. Костенко и Н. В. Петькин (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области хемотроннки, в частности к устройствам для измерения колебаний давления при помоши электрохимических датчиков.

Известен электрохимический микрбарограф, используемый для измерения колебаний среды, в котором применен электрохимический датчик давления, ра- . ботаюший вместе с электретным датчиком давления (11.

Недостатком этого устройства является небольшой динамический дианвзон измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электрохимическое устройство для измерения колебаний давления, содержащее электрохимический диффузионный датчик, соединенный с составным эмиттерным повторителем питания датчика, состояшим из входного и выходного транзисторов, и дифференциальным измерительным усилителем с отрицательной обратной связью, и блок индикация 21.

Недостатком этого устройства является то, что расширению динамического диапазона препятствует внутреннее сопротивление электролита. Ток датчика создает. на этом сопротивлении падение напряже5 ния, которое уменьшает напряжение в катодной области, что при больших токах датчика приводит к нелинейной зависимости тока датчика от давления.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона при сохранении надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что введены дополнительно усилитель с отрицательной обратной связью, эмиттерный повторитель, резистор н две цепи положительной обратной. связи, каждая из которых состоит нз последовательно соединенных резистора и трех диодов, причем п составной эмиЪтерный повторитель подключен к входу дифференциального измерительного усилителя через дополнительный эмиттерный повторитель, а резистор, соединенный с эмнттером вход73

55 ного транзистора, и две цепи поло>кительной обратной связи подключены на базу входнОГО транзистора составного змит— терного повторителя, причем одна цепь положительной обратной связи анодом последнего диода подсоединена к выходу дифференциального измерительного усилителя, а вторая цепь анодом последнего диода подключена к выходу дополнительного усилителя, соединенного с выходом дифференциального измерительного уси— лителя.

Схема предлагаемого электрохими:еского устройства для измерения колебаний давления представлена на чертеже.

Устройство содержит диффузионный датчик 1 для преобразования колебаний давления в электрический сигнал, выполненный в виде двух заполиенных электролитом и соединенных между собой через капилляр 2 с двумя катодами 3 и 4 замкнутых камер 5, 6, одна стенка ко-! торых служит мембраной 7 (8), а внутри расположен сетчатый катод 9 (10); измерительный дифференциальный усилитель 11 постоянного тока с глубокой отрицательной связью, расположенный внутри дифференциального усилителя, и отдельным источником питания 12; на входы 13, 14 усилителя 11 подключены катоды 3,4 датчика; источник питания датчика, составленный из параметрического стабилизатор- напряжения 15 и составного змиттерного повторителя 16, вход последнего соединен с дополнительным эмиттерным повторителем 17, вход повторителя 17 соединен с одним из катодов 3,4-.

Выбор катода для нормального функционирования датчика безразличен, так как потенциалы катодов поддерживаются одинаковыми с точностью до нескольких милливольт, благодаря действию достаточно глубокой отрицательной обратной связи.

Катоды 3 и 4 для съема электрического сигнала соединены с общей точкой схемы через резисторы 18, 19, величина сопротивлений которых определяет чувствительность преобразования давления в напряжение. Усиленное измерительным усилителем 11 напряжение усиливается дополнительным усилителем

20 и регистрируется блоком индикации 21, который может быть удален от места расположения датчика. ,Цля увеличения напряжения на датчике (в прототипе оно поддерживается постоян94 1 ным) вводятся две цепи положительной обратной связи, причем каждая работает только для одной полуволны выходного напряжения измерительного усилителя 11.

Для положительной полуволны это достигается связью выхода измерительного усилителя с базой выходного транзистора составного повторителя 16 цепью 22, состоящей из диодов и резистора, и введением резистора 23, соединяющего базу выходного транзистора с эмиттером предыдущего эмиттерного повторителя.

Для отрицательной лолуволны используются инвертирующие свойства второго усилителя 20 и аналогичная цепь 24, соединяющая выход второго усилителя 20 с базой выходного транзистора составного повторителя 16.

Сопротивление резистора 23 выбирается из условия малого (меньше 100 мВ) падения напряжения на нем из-за протекания базового тока выходного транзистора повторителя 16 Сопротивления цепей

22 и 24 расчитываются из условия дополнительного падения напряжения (около 200 мВ) на резисторе 23 при максимальном выходном напряжении измерительного усилителя 11. Коэффициенты усиления второго усилителя 20 имеют значение- в пределах от — 1 до -2,5.

Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления работает следующим образом.

Когда давление прилагается слева или когда на правую мембрану действует разрежение, начинает увеличиваться ток левого электрохимического диода (9,4) и потенциал на его катоде 4 возрастает.

Вследствие наличия обратной связи в измерительном усилителе мгновенно изменяется потенциал на правом катоде на такую же величину. С помощью дополнительного и составного повторителей также приращение потенциала появляется на анодах. При очень больших давлениях сигнал на выходе измерительного усилителя становится положительным настолько, что цепочка диодов в цепи 22 не препятствует прохождению тока через резистор и на базе выходного транзистора повторителя 16 появляется дополнительный сдвиг напряжения, увеличивающий напря>кение на электрохимических диодах.

Сдвиг напряжения, начиная с некоторого порога, пропорционален выходному напряжению.измерительного усилителя и при

+4 .в соответствует давлению, например, 60 Па и току датчика 150 мкЛ, что

7 11394 полностью компенсирует внутренее падение напряжения на электролите и оставляет прежнее падение напряжения в катодной области равным 260 мВ. Таким образом, потенциал оседания остается малым и в катодном капилляре не осаждаются вредные примеси.

Одновременно с открытием первой цепи 22 запираются еще больше диоды цепи 24, так как на выходе дополнительного усилителя напряжение отрицательно.

Когда давление прилагается справа или на правую диафрагму 8 действует сжатие, то чачинает увеличиваться TQK правого диода (10,3). Но здесь, в отличие от предыдущего случая, потенциал на катоде 3 почти не изменяется, все приращения тока компенсируются током обратной связи. Для повышения напряжения питания на диодах датчика автоматически включается вторая цепь 24, так как на ней действует положительное выходное напряжение дополнительного усилителя. В тоже время первая цепь заперта отрицательным выходным напряжением измерительного усилителя 11. Сдвиг напряжения на анодах диодов датчика также способствует сохранению постоянного падения напряжения в катодной области датчика.

25

Таким образом, достигаются эффект компенсации внутреннего падения чапряжения и стабилизация напряжения в катодной области, препятствующая появлению нелинейности в выходном сигнале диффузионного электрохимического датчика при больших давлениях, что приводит к расширению 4< динамического диапазона датчика прималых питающих напряжениях, которые резко повышают надежность электрохимических датчиков, Формула изобретения

Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления, содержащее электрохимический диффузионный датчик, соединенный с составным эмиттерным повторителем питания датчика, состоящим из входного и выходного транзисторов; и дифференциальным измерительным усилителем с отрицательной обратной связью, и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, при сохранении надежности устройства, в него дополнительно введены усилитель с отрицательной обратной связью, эмиттерный повторитель, резистор и две цепи положительной обратной связи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора и трех диодов, причем составной эмиттерный повторитель подключен к входу дифференциального измерительного усилителя через дополнительный эмиттерный повторитель, а резистор, соединенный с эмиттером входного транзистора, и две цепи положительной обратной связи подключены на базу выходного транзистора составного эмиттерного повторителя, причем одна цепь положительной обратной связи анодом последнего диода подсоединена к выходу дифференциального измерительного усилителя, а вторая цепь анодом последнего диода подключена к выходу дополннтелЬного усилителя, соединенного с выходом дифференциального измерительного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 473919, кл, 501 4 9/18, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 519603, кл. 501 4 9/18, 1973 (прототип).

71139$

Составитель Н. Швыркова

Редактор Л. Бибер Техред М. Келемеш Корректор М. Вигула

Заказ 8998/28 Тираж 1019. Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул, Проектная, 4