Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления Советский патент 1980 года по МПК G01L9/18 

1

Изобретение относится к области хемотроники, в частности к устройствам для измерения колебаний давления при помогши электрохимических датчиков.

Известен электрохимический микр барограф, используеьлый для измерения колебаний среды, в котором применен электрохимический датчик давления, работающий вместе с электретным датчиком давления |.

Недостатком этого устройства является небольшой динамический диапазон измерений.

Наиболее близким по технической суоцности к изобретению является электрохимическое устройство для измерения колебаний давления, содержащее электрохимический диффузионный датчике, соединенный с составным эмиттерным повторителем питания датчика, состоящим из входного и выходного транзисторов, и Д1 еренциальным измерительным усилителем с отрицательной обратной связью, и блок индикации 2|.

Недостатком этого устройства является то, что расширению динамического диапазона препятствует внутреннее сопротивление электролита. Ток датчшсе создает. па этом сопротивлении падение напряжения, которое уменьшает напряжение в катодной области, что при больших токах датчика приводит к нелинейной зависимости тока датчика от давления.

.Целью изобретения является расширение динамического диапазона при сохранении надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что введены дополнительно усилитель

с отрицательной обратной связью, эмиттерный повторитель, резистор и две цепи положительной обратной, ев язи, каждая из которых состоит ИЗ последовательно соединенных резистора и трех диодов, причем

составной эми ерный повторитель Подключен к входу дифференциального измерительного усилителя через дополнительный эмиттерный повторитель, а резистор, соединенный с эмиттером вход37

ного транзистора, и две цепи поло сительной обратной связи подключены на базу входного транзистора составно1о эмит- терногх) повторителя, причем одна цепь положительной обратной связи анодом последнего диода подсоединена к выходу днс1)ференциального измерительного усилителя, а вторая цепь анодом последнего диода подключена к выходу дополнительного усилителя., соединенного с выходом дифференциального измерительного усилителя.

Схема предлагаемого электрохимичесК.ОГО устройства для измерения колебаний давления представлена на чертелсе.

Устройство содержит диффузионный датчик 1 для преобразования колебаний давления в электрический сигнал, выполненный в виде двух заполненных электролитом и соединенных между собой через капилляр 2 с двумя катодами 3 и 4 камер 5, 6, одна стенка которых служит мембраной 7 (8), а внутр расположен сетчатый катод 9 (10); измерительный дифференциальный усилитель 11 постоянного тока с глубокой отрицательной связью, расположенный внутри дифференциального усилителя, и отдельным источником питания 12; на входы 13, 14 усилителя 11 подключены катоды 3,4 датчика; источник питания датчика, составленный из параметрического стабилизатора напряжения 15 и составного эмиттерного повторителя 16, вход последнего соединен с дополнитепь 1ым эмиттерным повторителем 17, вход повторителя 17 соединен с одним из катодов 3,4.

Выбор катода для нормального фугпсционирования датчика безразличен, так как потенциалы катодов поддерживаются одинаковыми с точностью до нескольких милливольт, благодаря действию достаточно глубокой отрицательной обратной связи.

Катоды 3 и 4 для съема электрического сигнала соединены с общей точкой схемы через резисторы 18, 19, величина сопротивлений которых определяет чувствительность преобразования давления в напрял ение.- Усиленное измерительным усилителем 11 напряжение усиливается дополнительным усилителем 20 и регистрируется блоком индикации 2 который может быть удален от места расположения датчика.

Для увеличения напряжения на датчике (в прототипе оно поддерживается постоян3944

ным) вводятся две цепи п сложи те Шэ ной обратной связи, .причем канадая работает только для одной полуволны выходного напряжения измерительного усилителя 11. 5 Для положительной полуволны это достигается связью выхода измерительного усилителя с базой выходного транзистора составного повторителя 16 цепью 22, состоящей из диодов и резистора, и вве° дением резистора 23, соединяющего базу выходногО транзистора с эмиттером предыдущего эмиттерного повторителя.

Для отр1щателыюй полуволны используются И 1вертиру1ощие свойства второго усилителя 20 и аналогичная цепь 24, соединяющая выход второго усилителя 2О с базой выходного транзистора составного повторителя 16..

Сопротивление резистора 23 выбирает° ся из условия малого (меньше 10О мВ) падения напряжения на нем из-за протекания базово1Х) тока выходного транзистора повторителя 16. Сопротивления цепей 22 и 24 ра.считывают ся из условия дополнительного падения напряжения (около 200 мВ) на резисторе 23 при ма1ссимальном выходном напряжении измерительного усилителя 11, Коэффициенты уси.ления второго усилителя 20 имеют значение- в пределах от - 1 до -2,5.

Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления работает следующим образом.

Когда давление прилагается слева или когда на правую мембрану действует разрежение, начинает увеличиваться ток левого электрохимического диода (9,4) и потенциал на его катоде 4 возрастает. Вследствие наличия обратной связи в измерительном усилителе мгновенно изменяется потенциал на правом катоде на такую же величину. С помощью дополнительного и составного повтори-х-елей также приращение потенциала появляется на анодах. При очень больщих давлениях сигнал на выходе измерительного усилителя становится положительным настолько, что цепочка диодов в цепи 22 не препятствует прохождению тока через резистор и на базе выходного транзистора повторителя 16 появляется дополнительный сдвиг напряжения, увеличивающий напряжение на электрохимических диодах. Сдвиг напряжения, начиная с некоторого порога, пропорционален выходному напряжению, измерительного усилителя и при +4.в соответствует давлению, например, 60 Па и току датчика 150 мкЛ, что полностью компенсирует внутренее падение напряжения на электролите и оставляет прежнее падение напряжения в катодной области paBitbiM 260 мВ. Таким образом. поте1щиал оседания остается малым и в катодном капилляре не осаждаются вредные примеси. Одновременно с открытием первой цепи 22 запираются еще больше диоды цепи 24, так как на выходе дополнитель ного усилителя напряжение отрицательно Когда давление прилагается справа или на правую диафрагму 8 действует сжатие, то начинает увеличиваться ток правого дкода (10,3). Но здесь, в отличие от 1тре{4адущего случая, потенциал на катоде 3 почти не изменяется, все приращения тока компенсируются током обратной связи. Для повьииения напряжения питания на диодах датчика автоматически включается вторая цепь 24, так как на вей действует положительное выходное напряйсение дополнительного усилителя. В тоже время первая цепь заперта отрицательньгм выходным напряжением измерительного усилителя 11. Сдв напряжения на анодах диодов датчика та же способствует сохранению постоянного падения напряжения в катодной области датчика. Таким образом, достигаются эффект компенсации внутреннего падения напряж ния и стабилизация напряжения в катодно области, препятствующая появлению нелинейности в выходном сигнале диффузионного электрохимического датчика при бол ших давлениях, что приводит к расширен динамического диапазона датчика пр малых питающих напряжениях, которые резко повьш1ают ааде сность электрохимических датчиков. 7 46 Формула изобретения Электрохимическое устройство для измерения колебаний давления, содержащее Электрохимический диффузионный датчик, соединенный с составным эмиттерным повторителем питания датчика, состоящим из входного и выходного транзисторов, и дифференциалыл.ш измерительным усилителем с отрицательной обратной связью, и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, при сохранении надежности устройства, в него дополнительно введены усилитель с отрицательной обратной связью, эмиттерный повторитель, резистор и две цепи положительной обратной связи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора и трех диодов,- причем составной эмиттерный повторитель подключен к входу дифференциального измерительного усилителя через допЪлнительный эмиттерный повторитель, а резистор, соединенный с эмиттером входного транзистора, и две цепи положительной обратной связи подключены на базу выходного транзистора составного эмиттерного повторителя, причем одна цепь положительной обратной связи анодом последнего диода подсоединена к выходу дифференциального измерительного усилителя, а вторая цепь анодом последнего диода подключена к выходу дополнительного усилителя, соединенного с выходом дифференциального измерительного усилителя; Источники информации, принятые во вйимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №473919, кл. G01U 9/18, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР №519603, кл. QOI U 9/18, 1973 (прототип).

S

л