Диффузионный датчик механических сигналов
Патент 775765
Авторы
Диффузионный датчик механических сигналов
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЖИТЕЛЬСТВУ
Союз Советсиик
Социалистических
Республик
<щ775765 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 1101.79. (23) 2712820/18-10 с присоединением заявки Но (23) Приоритет
Опубликовано 30,1080. Бюллетень HP 40
Дата опубликования описания 10. 11. 80 (51)м. К.3
H 01 G 9/22
G 01 L 9/18
Государственный комнтет
СССР оо делам изобретениЯ н открытий (53) УДН 531 ° 787 °.91(088.8) (72) Авторь изобретения
Ю.Н.Осипов и A.È.Æåëîíêèí (73) Заявитель (54) ДИФФУЗИОННЫЙ ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ
СИГНАЛОВ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения механических сигналов, таких.как ускорение, ско- 5 рость, перемещение, давление и др.
Известен диффузионный датчик, содержащий корпус, ограниченный с двух сторон упругими мембранами и заполненный электролитом f1) . Внутри кор- 1л пуса установлена пластина с отверстиями, в которой расположен катод, а по обеим сторонам от катода — сетчатые аноды.
К недостаткам такого датчика относятся нестабильность его рабочих характеристик во времени и зависи мость их от температуры окружающей среды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство, содержащее ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами и заполненный электролитом корпус, полость которого разделена на две камеры перегородкой с выполненным в ней каналом, два электрода, один из которых - . катод — расположен в верхней камере, другой — анод — в нижней, и мостовую измерительную схему, в два смежных плеча которой включены регулировочные сопротивления, соединенные с источником питания, а в противоположные плечи — сопротивление нагрузки н электроды (2 .
Наличие в этом устройстве мостовой измерительной схемы позволяет осуществлять компенсацию начального (фонового) тока, однако характеристики этого устройства зависят от температуры окружающей среды.
Цель изобретения — повьввение стабильности характеристик датчика при изменении температуры.
Указанная цель достигается введе нием дополнительной, камеры, заполненной электролитом и соединенной с нижней камерой каналом, и двух дополнительных электродов, один из которых расположен в дополнительной камере и с:оединен с катодом датчика, а второй размещен в нижней камере и подключен к общей точке регулировочных сопротивлений.
На чертеже представлено предлагаемое устройство в разрезе.
Датчик содержит корпус 1 из инерт,ного материала, ограниченный с торцо775765 вых сторон упругими мембранами 2 так же из инертного материала. Внутренний объем корпуса 1 разделен перегородкой 3 на верхнюю и нижнюю камеры.
Камеры сообщаются между собой узким каналом 4, выполненным в перегородке
3 ° B нижней камере установлен анод
5, а в верхней — катод б. Полость датчика заполнена электролитом 7.
Датчик содержит дополнительную камеру 8, которая сообщается с нижней
10 камерой датчика каналом 9. В дополнительной камере 8 и в нижней камере датчика установлены соответственно электроды 10 и 11. Катод 6 и анод 5 датчика включень» в одно из плеч изМс.oHTå:>üío?I мостовой схемы, вторым 35 плечо?:..".»оста является сопротивление нагрузки 12, а в противоположные два
cI;»:. †:.жных плеча включены регулировочные сопротивления 13 и 14, соединенные с истОчникОм 15 питаниЯ. ДОпОл-,Щ ни-.å>II.Hûé электрод 10 соединен с катодом б датчика, а элек-.ðîä 11 подключе1, к Общей . » О -»кР»>РГулирОВОчных сопрот?»в лени?» 1 3 и 1 4 .
После включения источника 15 питания в течение некоторого времени (порядка нескольких суток) происходит процесс разделения ионов окисленной и восстановленной формы. При этом ионы окисленной форме» собираются в нижней (анодной) камере, а ионы восстановленной формы (иодид) — в верхней (катодной) камере. Б конце процесс-., релаксации фоновый ток датчика достигаеT стационарного значения, величина которого определяется концентрацией окисленной формы ионов (иода) в анодной камере, расстоянием между анодом и катодом и температу">îH F.»»»1»II»eI! среды. Поскольку более тяжелая форма ионов (иод) находится 4О в»:, 3,, а 6»>>»ее .He? I»3H (?»og?!g)
;o » nзмерительном канале 4 про1;=:с ..:-."-".,"Ле-:и<>,» конвекции практичес"-1-» gòo:„ с ?в,:Р 1 а про»»есс доставки на
:--:лсктрод и >нов Окисленной формы осу>»иффузии
»а анолной камере. При этом между анодом 5 и катодом 6 устанавливается практически линейный закон распредеЛРНИЯ КОНЦЕ HТIЗЫЦHИ ?»OHOB ОКИСЛРHHOA формь». .oò исходного значения концентрации на аноде до нулевой концентрации (в случае предельного тока диффу:>ии) на катоде. После достижения начальным током датчика стационарного
III:-,чения производят уравновешивание моста (путем изменения величин регусопротивлений 13 H 14) добиваЯсь равен -"::вз потенциалов чО— ».;з1" а и О -»О, 7 а .
При наличии внешнего механического щ)
» и Гна па ч а диффуэ ион ньIй ГIОток электро активных ионОв 1»акладь»ваРтся ДОпОлнительный, конвективный поток ионов
Окисленной Ьормы, вызванный конвективным движением электролита. При этом у величина конвективного потока ионов пропорциональна величине внешнего механического сигнала, а направление конвективного потока ионов определяется знаком механического воздействия. Если направление диффузионного и конвективного потоков совпадают, то это приводит к увеличению выходо ного тока датчика. При этом потенциал точки а мостовой схемы больше потенциала точки б и, таким образом, выходным сигналом датчика является разность потенциалов точек а и 6 мостовой схемы. Если же направление конвективного потока противоположно диффузионному, то выходной ток датчика . уменьшается, в результате чего потенциал точки а оказывается меньше потенциала точки 6 и, следовательно, выходной сигнал, снимаемый с измерительной схемь», изменяет знак.
При возрастании температуры окружающей среды вследствие увеличения фонового тока равновесие моста нарушается, а потенциал точки а возрастает относительно 1»oòåíöèàëà точки
6. В исходном состоянии концентрация ионов окисленной формы в дополнительной камере 8 такая же, как и в анодной камере датчика. Увеличение температуры внешней среды и связанное с ним возрастание потенциала точки а относительно потенциала б приводит к тому, что на дополнительный электрод 10, расположенный внутри дополнительной камеры 8, подается более высокий потенциал, чем на дополнительный электрод 11, расположенный в анодной камере датчика. Это приводит к тому, что электрод 10 работает как анод, т. е. на нем генерируется окисленная форма ионов, а электрод
11 работает как катод, т. е. на нем происходит oKHOJIBH?IE . электроактивных ионов. В результате количество ионов окисленной формы в камере 8 возрастает, а в анодной камере уменьшается.
Уменьшение концентрации ионов окисленной формы в анодной камере датчика вызывает пропорциональное уменьшение фонового тока датчика и, следовательно, уменьшение потенциала точки а измерительной схемы. Процесс заканчивается тогда, когда потенциалы точек а и 6 будут равны, т. е. равновесие моста будет восстановлено. При этом начальный ток датчика (при новой, более высокой по сравнению с базовой температуре) достигает значения, соответствующего величине начального тока при базовой температуре.
Таким образом, при колебаниях температуры внешней среды относительно базовой температуры Т, при которой о
Осуществлено уранновешивание мостовой измерительной схемы, происходит перекачка ионов окисленной формы из анодной камеры в дополнительную камеру 8 и обратно.
775765
Формула изобретения
Составитель И.Полуйина
Редактор И.Грузова Техред N.Ïåòêî Корректор О Билак
Заказ 7775 64 Тираж 844 Подписное
ВНИИПИ 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
При этом осуществляется б1 абйлизация таких характеристик датчика, как чувствительность и начальный (фоновый) ток при изменении температуры внешней среды. Укаэанная стабилизация характеристик датчика осуществляется также и при изменении концентрации электроактивных ионов, связанном с диффузией кислорода внутрь объема датчика (например, через торцовые мембраны).
Диффузионный датчик механических сигналов, содержащий ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами и заполненный электролитом корпус, полость которого разделена нд две камеры перегородкой с выполненным в ней каналом, два электрода, один из которых — катод — расположен в верхней камере, другой — анод — в нижней, и мостовую измерительную схему, в два смежных плеча которой включены регулировочные сопротивления, соединенные с источником питания, а в противоположные плечи — сопротивление нагрузки и электроды, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности характеристик датчика при изменении температуры, в него введены дополнительная камера, заполненная электролитом .и соединенная с нижней камерой каналом, и два дополнительных электродов, один из которых расположен в дополнительной камере и соединен с катодом датчика, а второй расположен в нижней камере и подключен к общей точке регулировоч 5 ных сопротивлений.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США Р 3359465, кл. 317231, опублик. 19.12.67.
Щ 2, Авторсоке свидетельство СССР
М 518659, кл. G 01 L 9/18, 29. 08 ° 74 (прототип).