Чувствительный элемент диффузионного датчика механических сигналов

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >940274 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 01. 12 . .80 (21) 3212048/18-10 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет.

Опублнковаио30.06.82. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 02 . 07. 82 (53)М. К.п.

Н 01 G 9/22

9кудлрствснкы3 коннтат

CCCP пв явлан изобретекий в открытий (53) УД3 531 787..91(088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Желонкин и Ю. Н. Осипов

Научно-производственное объединение

"Квант" (71) Заявитель (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДИФФУЗИОННОГО

ДАТЧИКА МЕХАНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измеритель.ной технике, в частности, может быть использовано в диффузионных преобразователях механических сигналов, предназначенных для регистрации ускорений, скоростей, смещений, перепадов давления и др.

Известен чувствительный элемент для диффузионных преобразователей .механических сигналов, состоящий из измерительного электрода, представляющего собой пористую инертную электропроводную массу, заключенную в полую оболочку из инертного материала, на- 1з пример титана, с наружной стороны покрытой непроводящим слоем окисла титана и имеющей в центральной части отверстия для ввода и вывода электролита, причем вышеуказанная пористая мас-20 са составлена из карбида титана, и противоэлектрода, выполненного из металла платиновой группы (1).

Известен также чувствительный элемент для диффузионных преобразовате.-. лей механических сигналов, состоящий из измерительных электродов и противоэлектродов, выполненных из платиновой сетки и расположенных в полой оболочке из инертного материала, например пентона, снабженной отверстиями для ввода и вывода электролита, причем для повышения чувствительности наружная поверхность противоэлектродов частично перекрыта перегородками из диэлектрика, а между электродами расположена поперечная перегород".. ка P)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому к предлагаемому является чувствительный элемент, включающий измерительный электрод и противоэлектрод, размещенные по периферии отверстий, выполненных в донных стенках стаканов, обращенных один к другому донными стенками, электри3 94027 чески изолированных друг от друга и выполненных из токопроводящего материала, например титана, наружные по верхности которых покрыты оксидным непроводящим слоем, найример из двуоки- си титана, а токоотводы подсоединены к наружным поверхностям стаканов (3).

Основной недостаток вышеописанных чувствительных элементов - дополнительное падение уровня выходного сигнала на верхней границе частотного диапазона (начиная с 0,5 †. l Гц) связанное с тем, что концентрация электроактивных ионов на входе в измерительный канал всегда меньше их концентрации на противоэлектроде (аноде), за исключением .случаев, когда входной сигнал имеет достаточно большую постоянную составляющую.

При этом вышеуказанная разность концентраций (а следовательно, и падение чувствительности) возрастает с частотой внешнего сигнала. Это объясI няется значительным диффузионным сопротивлением пространства между изме- рительным электродом катодом и противоэлектродом (анодом), связанным с удлинением пути электроактивных ионов от анода к катоду, поскольку . расстояние между ними, как правило, превышает десятые доли .миллиметра (при меньших расстояниях между анодом и катодом имеет место опасность их короткого замыкания).

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика на верхней границе частотного диапазона (порядка

05-1Гц)Указанная цель достигается тем, что в чувствительном элементе диффузионного датчика механических сигналов, содержащем подложку из инертного к электролиту металла, покрытую непроводящим слоем, измерительный электрод, размещенный на стенке измерительного канала, выполненного в подложке, и противоэлектрод, противоэлектрод выполнен в виде кольцевого пленочного слоя, нанесенного на непроводящий слой одной из торцовых сторон подвижки.

На чертеже показан чувствительный элемент, общий вид.

Он состоит из подложки 1, выполненной из инертного к электролиту (иод-иодид) металла, например, титана, в которой выполнен измерительный канал, представляющий собой, например, систему параллельных цилиндри4 1 ческих отверстий диаметром 0,1-0,2мм стенки канала покрыты пленочным рабочим слоем 2 из металла платиновой группы, являющимся измерительным электродом. Электрод 2 имеет электрический контакт с телом подложки 1.

Наружная поверхность подложки покрыта непроводящим слоем 3, например, из двуокиси титана. Непосредственно на непроводящий слой одной из торцевых сторон подложки нанесен кольцевой пленочный слой 4 из металла платиновой группы. Этот пленочный слой является противоэлектродом. Током 5 имеет электрический контакт с пленочным рабочим слоем измерительного электрода 2, а токоотвод 6 подсоединен к противоэлектроду 4.

Таким образом, предложенный чувствительный элемент представляет собой модуль, где оба электрода (катод и анод) расположены на общей подложке и электрически изолированы друг от друга. При этом расстояние между катодом и анодом равно толщине непговодящего слоя из двуокиси титана-порядка 0,5 - 0,8 мкм.

Предложенный чувствительный элемент работает следующим образом.

Электроды чувствительйого элемента подключают к источнику постоянного напряжения порядка 0,5 В, причем противоэлектрод соединяют с положи" тельным полюсом, а измерительный электрод - с отрицательным полюсом батареи. После включения источника питания в чувствительном элементе устанавливается стационарное распределение концентрации электроактивных ионов . максимальная концентрация на аноде и практически нулевая концентрация на стенках измерительного канала катода. При этом, поскольку расстояние между анодом и катодом в данном чувствительном элементе составляет доли микрона, то концентрация электроактивных ионов на входе в измерительный канал практически равна исходной концентрации (на аноде).

В цепи чувствительного элемента уста @ йавливается начальный (фоновый) ток порядка десятой доли миллиампера. При наличии внешнего механического сигнала возникает поток электроактивных ионов через чувствительный элемент.

Поскольку концентрация электроактивных ионов на поверхности измерительно" го канала равна нулю, а на входе в канал имеет максимальное значение, 5 94027 то доставка указанных ионов к считы вающему электроду, осуществляемая с помощью диффузии, происходит по минимальному пути. Это означает, что предлагаемый чувствительный элемент практически не вносит запаздывания в выходной сигнал, связанного с удлинением диффузионного пути электроактивных ионов и поэтому обладает ми" нимальным временем релаксации пере" 10 ходного процесса и оптимальной амплитудно-частотной характеристикой (обладающей минимальным спадом амплиту" ды на верхней границе).

Предлагаемый чувствительный эле- 1$ мент позволяет поднять чувствительность диффузионного преобразователя на верхней границе его частотного диапазона (1 Гц) в 2 - 3 раза. Это делает АЧХ преобразователя в области высоких частот (порядка 1 - 5 Гц) более.равномерной. Например, если при известных чувствительных элементах наклона АЧХ в сторону высоких частот составляет величину порядка20 дб/дек, gg то при использовании предлагаемого чувствительного элемента тот же на-. клон может быть уменьшен до 12 -;

15 дБ/дек.

Применение предлагаемого чувстви; тельного элемент в диффузионных преобразователях первичной информации rio3 зволит расширить номенклатуру датчиков, используемых в народном хозяйстве.

Формула изобретения

Чувствительный элемент диффузионного датчика механических сигналов, содержащий подложку из инертного к электролиту металла, покрытую непроводящим слоем, измерительный электрод, размещенный на стенках измерительного накала, выполненного в подложке, и противоэлектрод, о т л и ч а ю .-., шийся тем, что, с целью повыше" ния чувствительности датчика на верхней границе частотного диапазона, противоэлектрод выполнен в.виде кольцевого пленочного слоя, нанесенного на непроводящий слой одной из торцовых сторон подложки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIN И 3295027 кл. 317-230, опублик. 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

11 418745, кл. Н 01G 9/22, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

N 641517, кл. H 01G 9/22, 1976 )прототип) .

940274

Корректор Ю,. Макаренко

Подписное

Составитель И. Полунина

Редактор И. Ковальчук Техреду T. Фанта

Заказ 4681/76 Тираж 761

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l$0)$ Москва Ж-Я Рауаская наб. g. 4Д

Филиал IlAR "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4