Электрохимический преобразователь температуры

Электрохимический преобразователь температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЩ

ИЗОВР ТИН ИЯ

К АВТОРСКОМУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Овветсиик

Соцреалистических

Республик (») 518646

Вс=- с отпал онйй

::: ."л;.от на

Д,1ЯАЛ (61) P,îïîëíèòeëüíîå к авт. свнд-ву (22) Заявлено02.12.74 (21) 2080253/10 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.06.76.,Бюллетень №2З (51) М. Кл.

G 01 К 7/26

Тоеударотееинай комитет

Воаата теииистрое СССР ао делам изобретений и еткрмтий (53) УДК 621.35 (088.8) (45) Дата опубликования описания 22.Q7.76

Б. И. Ильин, Г. А. камешек, В. Я. Бартенев, И. А. Эайденман и Г. М.. Сорокина (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к электрохимическим преобразователям, а именно к эле-. ментам, чувствительным к тепловому воз,действию внешней среды, и может быть использовано для измерения и регулирования температуры в жидкостях, газовой фазе, а также дпя измерения температуры ,поверхностей твердых тел, в. том числе биологических объектов, Известен электрохимический преобраэо- .у ватель температуры, чувствительным элементом которого является электролит, сс держащий в качестве растворителя жидкость, вязкость которой существенно зависит от температуры t 1) . Температурна чувстви- та тельиость такого устройства не превышает

6-7% град. С, а сопротивление постоянно»

1му току составляет 100-150 ком, чтоприиодит K необходимости использования дорого

<стояшей и сложной высокоомиой ansapam- gg ры для считывания выходного сигнала,.

Такая низкая чувствительность этой системы не позволяет. создать на ее осйо ве температурные датчики, конкурентноспо» собные в сравнении, например, с по;упро- 25

1водниковыми элементами аналогичного назначения.

Бель изобретения - повышение чувствительности.

Для этого в - редлагаемом преобразователе термочувствительный элемент выпол нен в виде- полимерной многослойной Йат-

I рицы иэ-соединенных между собой ка иотт. но- и анионнообменных пленок.

В матрицу введен электролит, со держа щий растворитель (например, воду), наличие которого приводит к диссоциация фиксированных зарядов матрицы, определяю

lItHx ее селективность, а ионизированные молекулы электролита служат переносчика ;ми электрического тока.

Поскольку откликом на изменение тем пературы среды яттяется падение потенциала на матрице, при условии поддержания определенной величины импульса поляоиэующего тока, устройство содержит, два1 электрода. Посредством этих же электро(, ов производится считывание выходного электрического параметра.! Х 1.! 4 f J 3

>»!ятриця; являю!!!аист! термоч;1 вс Гв1! > 1>Пьным злемеитОм, Обладает Я :си!Натри>lной проводимостью ))Î;IÿpèçaIIIII! 1 !Ятриц!>! Iff.l мульсами тока, иапряапениылли так, !то анод расположен со стороны области с 1!сложительиыми Фиксированными зарядялли, вызывае т энач1!Тельно боль»!Ое паде ние потенцяала, чем при поляризации таким же т Ок о м, H o Об р Ят и Ой пол яр н ос т и . Т е> р л! О» метричpским пяралкзтрОм goTpОйствя яBJIЯ ется изменение ск1. !ка потенциала при пОл яр и зац и и м я тр ицы и Ол Ожи тел ь 1ы м и и м и ул h ами тока.

Абсолютная. вы ичиьа ъчектрических параметров и характер термо1.1етрическэй

Жривой рассллятрива ОМОЙ системы - w акт рол итматр ица зл ектрох! Ит за висят эт ! ее физических и злектрохимический свой..тв (гдэтность фиксировапных заря,.эв и их щеличина; концентрация электролита, вели-

Чина заряда и масса катионов и анно»э!з электролита; природа растворителя и другие), паде»ия напр-женил . а электродах и геометрических размеров термэчувствительной матрицы. !

1Я фиг. 1 изображено предла1аеллое устройство; на фиг. 2 — типи !Ные термэ:метрические криьые; на,. пг, 3 - термо2 метрические кривые устрой .Тва с 10 - V расФворам1 KC L и СЯСЬ-1 при величине поляризуюшего тока 0,0,!.6Ь! A.

Устройство содержит термочувствитель> ную многослойную л!Ятриц 1, состоя!дую, например, из двух слоев, B од»о vf из отррых фикс!ц1оваи ь!л!!! зарядами являются кятио!!! (Напуиллер — N (СНЗ) @ группы), а в другом -а»ионы 1»апример, -бОЭ группы), Терл!эчувствитьчьцая матрица пэмещс11Я в корпус 2 из дизлектрика. С помо!цью эаж!!мцои шайбы 3> выполненной также из лизлеКТрик., и л.еталлических крышек 4 и 5 матрица упчэтня ется, так что ток ил. ет возможность протекать

I только через ее рабочую поверхность.

Крышки 5 и 4„герл!стиэиру!О. ие:,1абэчий объем устройства, -и пхи-. Пэляризи, у1эщпми злектрэдами пэми.!э этого являют! я ! !элп!!Т1: !ваю!ПИ1! Матрицу электролит введен в индифферентные матрицы б и 7, плотно зажатые между ее поцерх11остйл!и и герметизцрующими крышками 4 и 5.

Иосредстволл по;!яризуюших злектродов иа систему подается импульс постоянного pRKa. Это вызывает перемещение подвиж(> ных анно»ов If катионов, содер>жащ!лхся B матрице 1, к соотв тствую цим злектродам, -1 р1>чел! поскольку одна из областей матрицы в качестве фиксирова!шых зарядов

Имеет пэложительиь!е по»ноге»1;ые груп,ы, !!а другая отрицательные, подвижш !е анионы распо,"!а! аются про!1л!ушественпо в области с и ол ожи тел ь н!>! м и ф1! кс ир Оваl! ни! Ми зар яда ми, а катионы — в области с отрицательHNMII. Иозтол!у положительный поляриэуюший импульс тока приводит к обеднению границы резкого перехода зарядов противоположного з»ака носителями зарядов, бла» годаря чему резко увеличивается ее сопротивление и возникает скачок потенциала.

При определен!ц.!х импульсах тока падение

1!GTo1ö!И1цf a B переходной обл асTI; велико, что величина падения потенциала 8 прилега!юш1!х к границе областях не вносит

- заметного вклада, так как конце1 трация под! 1!ж!а.!х ионов к них гораздо вь!ше. Воз»»икающий таким образок. градиент концентрацийстиллулируот движение ионов в направл енин, обратном приложенному электрическомуу пол!о, Ъ1ачение скачка потенциal!JI »a матрице отражает уста»овившееся динамическое равновесие между этими Io» токами. Изменение тел!»ературы наружной

I ра»ицы матрицы .Приводит к изменению подвиж»остен ионов» перераспределению соотношения между потоками. Б результате ко1ше1,трации ионов в переходной области принимает новое значение, что и определяет смеше!ше величин!>! потенциала.!!а фиг, 2 приведены тцпич»ые термомстрические кривые преобразователя темпеpaTypbI, где в качестве термочувствитель»ого элемента используют интерполимерную матрицу, приготовленную путом термической сшивки под давлением катионно- и аниэнноэбменнэй пленок на основе полистиролГульфэната натрия и четвертичных солей по.Пивпнилпиридипа. Электролитом служил 0,01 водный раствор КСЯ .

)!редлагаеллое устройство позволяет про® изводить измерение температуры в интервале от 0 до +50 С с относительной чувствительностью не менее 50;о град.С при абсолютной чувствительности 150-200 мв/rpap.

Измерение отрицательных температур от 0 до -50oC с такой же чувствительностью осуществляется с использованием неводных растворов электрол !Та (например, спиртовых) .

)1редставлепные на фиг. 2 термометрические крив!.1е имеют три характерных учас„о тка. Включение тока, например, при 2,э С приaopèт к установлению максил!ального значения потенциала, который с повышением температурл линейно снижается по рр

20 i.â/ãð Ip, Средний участок кривых в интервале 2 — 2,5 С характеризуется наибольшей скорость!о смещения потенциала, которая ссставляет 150 — 200 мв/гряд. или соответствует oTffof ительной чувстви@" 1тельности go 50%,/град. С, Р, наконец, I

538646

l0!

5 участок относительной независимости смещения потенциала от температуры.

С ростом силы поляризующих импульсов тока средний участок кривой смешается в сторону более высоких температур. Это позволяет с высокой чувствительностью изменять температуру в ц,.проком диапазоне, налагая на систему импульсы тока определенной силы.

Закономерности переноса ионных носи» телей заряда, характеризующихся различным эффективным сечением (например, величиной заряда, массой), через матрицы, имеюшие границу резкого перехода областей с фиксированными ионными зарядами противоположного знака, позволяют реализовать преобразователи температуры, выходные параметры которых по своему характеру и величине различны. 1{а фиг. 3 приведены, например, термометрические кривые устройства с 10 Л растворами

КС и СаС 2 при величине поляризуюше.го тока 0,016trlA. Таким образом в случае электроли1а, содержалего катионы с

+-2 большей величиной заряда {Са 1 уча<-. ток наивысшей чувствительности расипп1ился с 2 до 3 С, Формула изобретения

Электрохил1ическпй преобразователь т» пературы, содержащий заполненный эл»ктрлнтом,герметичный корпус, с расположенныл1и в нем термочуиствите: ьными жн.м»п" том и электродал и, о т л и ч а к1 ш If и с я тем, что, с целью повышения чувствл тельности, термочувствительный элемент выполнен в виде полимерной многослойно. матрицы из соединенных между собой катионно- и анионнообл енных пленок, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лвт. св, № 316008, М. кл. (01

К 7/26 от 06.05.70 r. (прототип)

2, Лвт. св. М. 418908, М. кл. И 01

О 9/22 от 06.03.72 r, 5 1 Й646 б. Г

1ЯХФ

4Фа, гю/

РИ

«®ги я

Заказ 1845/254 Тираж 14 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушскаа наб„д. 4/5

Филиал ППП Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И:. Орлова

Редактор Т. Иванова Техцедй. Андрейчук Корректор Д . Мельниченко