Электрохимический преобразователь механических колебаний Советский патент 1991 года по МПК H01G9/22 

Изобретение относится к измери- |тельной технике, в частности, к элeктpokимичecким преобразователям инерционного типа и может быть ис- пользовано в сейсмометрии, сейсмологии и других областях народного хо- |зяйства, где необходимо проводить иэ- |мерения механических колебаний инфра- |иизкой частоты,

Цель изобретения - расширение ди намического диапазона измepяe ыx механических колебаний, а также повышение технологичности изготовления чувствительного элемента.

Сущность изобретения заключается в том, tjTO в чувствительном элементе электрохимического преобразователя механических колебаний, содержащем выполненные из металлической фольги два измерительных электрода, обраэу ющие элементарные каналы, параллель ные продольной оси корпуса, составляющие совместно с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему и установленные в корпусе на расстоянии, при котором произведение |чисел Прандтля и Архимеда меньше 0,001, измерительные электроды выпол ены в форме прямоугольного периоди- ческого зигзага, каждьй повторяющий - ся элемент которого жестко зафиксирован в корпусе.

Вьтолнение измерительных электродов в виде периодического зигзага прямоугольной формы обусловлено необходимостью обеспечения условия Полного реагирования ионов при одно- ременирм сохранении гидродинамичес- ого сопротивления каждого элементар .Ного канала таким, чтобы не возникал рторичные. гидродинамические потоки, Приводящие к сужению динамического диапазона измеряемых механических колебаний.

Выбор периодического зигзага любой другой формы (пилообразной, Трапециевидной, синусоидальной) не Обеспечивает одновременного выполнения обоих условий.

Кроме того, стороны повторяющих- Ся элементов измерительных электродо (шрямоугольной формы соедин1пот проти- роположные стенки корпуса по кратчай ему расстоянию, поэтому устойчивост такого периодического зигзага к меха Ническим воздействиям выше, чем у Периодического зигзага любой другой формы,что обеспечивает сохранение

,

10

15

20 25о

ел

40

45

55

идентичности и соосности элементарных каналов в широком диапазоне скорост ей течения электролита.

Поскольку в предложенном чувствительном элементе элементарные каналы образованы повторяющимися элементами прямоугольного периодического зигзага измерительных электродов, то жесткая фиксация каждого повторяющегося элемента к внутренней поверхности корпуса позволяет обеспечить надежную фиксацию измерительных электродов .

При этом сохраняются идентичность и соосность всех элементарных каналов измерительных электродов, обеспечивающие сохранение ламинарности течения электролита в широком диапазоне скоростей, что приводит к расширению динамического диапазона измеряемых механических колебаний.

Следует отметить также высокую ° технологичность предложенного уст- ройства и возможность изготовления блока, содержащего любое число электродов требуемой протяженности, причем на всем протяжении последнего элементарные каналы в электродах идентичны и строго соосны.

Указанные преимущества обусловлены возможностью одновременного фор- .мирования необходимого числа электродов в форме прямоугольного периодического зигзага на специально используемых для этого калибрах.

Поскольку калибры с измерительными электродами помещают в корпус и производят, например, спекание, каждая внешняя сторона зигзагообразных измерительных электродав жестко ;скрепляетсяс внутренней поверхностью корпуса. После удаления калибров образуется система с фиксированными электродами,созданными одновременно, при одинаковых условиях, а потому идентйчньпс.

На фиг,1 представлен чувствительный элемент электрохимического пре- Ъбдазователя механических колебаний, на фиг,2 - измерительные электроды с калибрами..

В качестве повторяющегося элемента рассматривается пространственная структура, заключенная между точками а и в на фиг. состоящая из двух горизонтальных и двух верт укальных сторон.

Электрохимический преобразователь механических колебаний состоит из корпуса 1, в котором установлены измерительные электроды 2 и 3; образующие совместно с электролитом 4 обратимую окислительно-восстановител1 - ную систему. Элементарные каналы 5 параллельны продольной оси 6 корпуса 1, идентичны и соосны по йсей. длине. Измерительные электроды 2 и 3 одновременно сформованы на калибрах 7 в виде периодического прямоугольного зигзага и жестко зафиксированы посредством спекания внешних сторон измерительных электродов 2 и 3 с внутренней поверхностью корпуса. Измерительные электроды 2 и 3 установлены на расстоянии, при котором произведение чисел Прйндтля и Архимеда меньше 0,001.

Устройство работает следующим образом. К измерительным электродам 2 и 3 прикладывается напряжение 0,2- 0,8 В. При отсутствии внешнего механического .воздействия на электролит 4 между измерительными электродами 2 и 3 устанавливается линейное изменение .концентрации электроактивнбго вещества, а наличие градиента концентрации вызывает диффузионный пото электроактивных ионов на измерительный электрод 2, вследствие чего устанавливается фоновый ток преобразователя. При наличии внешнего механического воздействия на диффузионньй поток электроактивных ионов величина конвективного потока определяется силой внешнего механического сигнала. В зависимости от знака внешнего сигнала направление конвективного потока может либо совпадать с направлением диффузионного потока, либо быть противоположным ему. Выходной ток пре0

5

этих колебаний пропорииона.цьна внешнему механическому воздействию.

Конкретный чувствительный элемент электрохимического преобразователя механических.колебаний для применения в сейсмоприемниках состоит из измерительных электродов, выполненных из пластиновой фольги толщиной 20- 50 мкм, одновременно сформованных в форме периодического прямоугольного зигзага на калибрах.. Эл-ектроды чувствительного элемента, длина которого 2-10 мм, сечение 2-2 мм , установлены в корпусе из стекла, запол- - ненно м электролитом 2Ж1+0,1KI j.

В данном конкретном примере диапазон измеряемых колебаний возрос на Т8 дБ по сравнению с сейсмоприемни- 0 .ком, содержащ1Ш чувствительньш эле- ,мент, выполненньй в виде спирали

Результаты лабораторных сравни- тельных испытаний пяти образцов электрохимических преобразователей (ЭХП), три из которых (№1-3) содер- жа т чувствительный элемент, выпол- ненный из металлической фольги, свернутой в виде спирали, а два (№ 4,5) - в виде периодического зигзага - представлены в таблице. Граница динамического диапазона определяется снижением чувствительности преобразователя с дальнейшим увеличением амплитуды колебаний. Верхняя граница динамического диапазона равна амплитуде регистрируемого сигна

40

ла, при которой чувствительность электрохимических преобразователей снизилась на 10%ш .

Из таблицы следует, что эта вели- , чина для преобразователей №№ 1-Зч. ; находится, в пределах 300 мкм,.,

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например в С1ейсмрметрии. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых механических колебаний и повышение .технологичности изготовления чув ствительного элемента. Чуйствительный элемент представляет собой выполненные их металлической фольги два измерительных электрода (ИЭ) 2 и 3, образующие элементарные каналы, параллельные продольной оси корпуса 1. ИЭ 2 и 3 выполнены в форме прямоугольного периодического зигзага и составляют совместно с электролитом 4 обратимую окислительно-восстановительную систему . Причем каждый повторяющийся элемент ИЭ 2 и 3 жестко зафиксирован в корпусе 1. Форма выполнения ИЭ 2 и 3 обусловлена необходимостью обеспече- . ния у словия полного реагирования ионов при одновременном сохранении гидродинамического сопротивления каждого элементарного канала таким, чтобы не возникали вторичные гидродинамические потоки, приводящие к сужению динамического диапазона измеряемых механических колебаний. 1 табл. 2 ил. е S (/ С

образователя будет колебаться относи- а для преобразователей №№4, 5 - в тельно начального тока. Амплитуда пределах 900 мкм.

Фиг,1

.2