Диффузионный преобразователь Советский патент 1977 года по МПК H01G9/22 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям механических сигналов (акустических, вибрационных, сейсмических и др.) в электрические, основанные на принцииах электрохимической диффузионной кинетики.

Известно, что выходные характеристики диффузионных преобразователей сильно завнсят от температуры. Существует ряд методов устранения влияния температуры на точность показаний диффузионных преобразователей - термостатирование, использование корректировочных таблиц, использование идентичных преобразователей или терморезисторов.

Наиболее близким ио технической сущности является диффузионный преобразователь с автоматической комненсацией температурных изменений. Указанный преобразователь нредставляет собой трехэлектродную электрохимическую ячейку, заполненную электролитом, образующим с электродами окислительно-восстановительную систему. В качестве термокомпенсирующего элемента используется терморезистор, подключенный через нагрузочные сопротивления к катодам электрохимической ячейки. Если диффузионный преобразователь и терморезистор находятся в одинаковых температурных условиях, то при измеиеиии температуры окружающей

среды изменение величииы сонротивлеиия терморезистора корректирует изменение тока диффузионного нреобразователя таким образом, что ток нагрузки меньнш зависит от темнературы окружающей среды ио сравнению с током преобразователя. Однако псиользование для термокомпенсации указанных вьиие элементов не приводит к эффективному уменьщению влияния температурных изменений, поскольку он1ибки, связанные с компенсацией температуры, могут быть вызваны, кроме изменения температуры, изменением напряжения питания, стареннем компенсационных элементов, разбросом их характеристик. Больнюй разброс температурных коэффициеитов диффузионных преобразователей, терморезисторов и других термокомпенсирующих элементов не позволяет выбрать онтимальных значений параметров их без дальнейщего длительного экснериментального уточнения результатов. В связи с этим не ироисходит эффективная компенсация температурных погрещностей.

Целью изобретения является уменьщение влияния темиературы на выходные характеристики преобразователя. Указанная цель достигается тем, что диффузионный преобразователь снабжен источником иеременного напряжепия, подключенного к аноду через нагрузочное сопротивление, а к катоду - через разделительную емкость, причем отрицательный полюс источника постоянного напряжения подключен к катоду через индуктивность.

На чертеже схематически показан диффузионный преобразователь, где 1-электрохимическая ячейка; 2 - катод; 3 - анод; 4- электролит; 5 - источник постоянного напряжения; 6 - источник переменного напряжения; 7 - индуктивность; 8 - разделительная емкость; 9, 10 - нагрузочные сопротивления соответственно по диффузионному току и по току миграции.

Диффузионный преобразователь представляет собой электрохимическую ячейку 1, выполненную в виде стеклянного сосуда, заполненного электролитом, в качестве которого можно использовать, например, водный раствор 2«/(/+0,2«/2, в который погружены платиновые электроды (катод 2 и анод 3). Электроды совместно с электролитом образуют окислительно - восстановительную систему ( + 2е). Эта система способна проводить ток при любом, отличном от нуля, постоянном напряжении на электродах. Источник постоянного напряжения 5 своим положительным полюсом подключен к аноду 3 через нагрузочное сопротивление 9, а отрицательным полюсом - к катоду 2 через индуктивность 7. Источник переменного напряжения подключен к аноду 3 через нагрузочное сопротивление 10, а к катоду 2 через разделительную емкость 8 (для разделения переменной н постоянной составляющих тока, текущего через ячейку 1).

Устройство работает следующим образом.

Электрические свойства электрохимической ячейки при постоянном токе определяется переносом ионов трийодида J, имеющихся в небольшом количестве и участвующих в окислительной и восстановительной реакциях соответственно на аноде и катоде. Перенос ионов трийодида / в электрохимической

ячейке определяется естественной концентрационной конвекцией. Величина этого диффузионного тока зависит от внешнего механического сигнала, температуры и конфигурации межэлектродпого пространства. При приложении переменного напряжения к электродам ток через границу электрод-раствор протекает не только за счет электрохимической реакции, но и за счет переменной напряженности электрического поля, существующего в электролите. При высоких частотах электролиз становится невозможен, ионы не разряжаются на электродах, а только испытывают колебания около них и переменный ток через ячейку определяется, в основном, миграцией ионов. Величина миграционного тока зависит от температуры и не зависит от воздействия механического сигнала. Таким образом, опорное напряжение позволяет осуществить электрохимическую реакцию на электродах

и создать условия для протекания диффузионного тока через ячейку. Этот ток несет информацию о внешнем механическом сигнале и температуре. Переменное напряжение создает миграционный ток через ячейку, который характеризует уже не электропроводность, а совокупность многих свойств раствора и ячейки, включая и температуру.

Была испытана двухэлектродная электрохимическая ячейка с платиновыми электродами длиной 100 мм, диаметром 3000 мкм и расстоянием между ними 1 мм, электролитом 2л/С/-|-0,2л/2. Параметры электрической схемы: мкф, L 120 мкгн, Ry, Re 10 см, источник постоянного напряжения 0,7 в,

потенциостат П 5611, источник переменного напряжения 0,325в частотой 140 кгц от генератора ГЗ-33. При изменении температуры окружающей среды от 22 до 44°С выходной сигнал в виде отношения диффузионного

тока к миграционному не зависел от температуры.

Таким образом использование предложенного устройства позволяет значительно снизить температурные влияния и тем самым повысить точность измерения внешних механических воздействий и, кроме того, за счет отсутствия термокомпенсирующего элемента упростить схему термокомпенсации диффузи онного преобразователя.

Формула изобретения

Диффузионный преобразователь, содержащий двухэлектродную электрохимическую ячейку с электролитом, подключенную анодом через одно из двух нагрузочных сопротивлений к положительному полюсу источника постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния температуры на выходные характеристики преобразователя, он содержит источник переменного напряжения, подключенный к аноду через второе нагрузочное сопротивление, а к катоду -через разделительную емкость, причем отрицательный полюс источника постоянного напряжения подключен к катоду через индуктивность.

1