Диффузионный датчик механических сигналов Советский патент 1980 года по МПК H01G9/22 G01L9/18 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь, зоваяо для измерения механических сигналов, таких.как ускорение, скорость, перемещение, давление и др.

Известен диффузионный датчик, содержащий корпус, ограниченный с двух сторон упругими мембранами и заполненный электролитом 1. Внутри корпуса 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 дре камеры перегородкой с выполненным в ней каналом, два электрода, один из которых катод - расположен в верхней камере, .ЛрУгой - 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 2 J .

Наличие в этом устройстве мостовой измерительной схечы позволяет осуществлять компенсацию начального (фонового) тока, однако характеристики этого устройства зависят от тем- . пературы окружающей среды.

Цель изобретения - повышение стабильности характеристик датчика при изменении температуры.

Указанная цель достигается введением дополнительной. Кс1меры, заполненной электролитом и соединенной с нижней камерой каналом, и двух дополнительных электродов, один из которых расположен в дополнительной камере и чеоединен 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,но1чэ материала, ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами 2 также 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. В нижней камере установлен анод 5, а в верхней - катод 6. Полость датчика заполнена электролитом 7. Датчик содержит дополнительную камеру 8, которая сообщается с нижней 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 включены в одно из плеч измерительной мостовой схемы, вторым плечом моста является сопротивление нагрузки 12, а в противоположные два смежных плеча включены регулировочные сопротивления 13 и 14, соединенные с источником 15 питания. Дополнительный электрод 10 соединен с катогдом 6 датчика, а электрод 11 подключен к общей .точке; регулировочных сопротивлений 13 и 14.

После включения источника 15 пи тания в течение некоторого времени (порядка нескольких суток) происходит процесс разделения ионов окисленной и восстановленной формы. При этом ионы окисленной собираются в нижней (анодной) камере, а ионы восстановленной формы (нодид) - в верхней (катодной) камере. В конце процесса релаксации .фоновый ток датчика достигает стационарного значения, величина KOTOPOI O определяется концентрацией окисленной формы ионов (иода) в анодной камере, расстоянием между анодом и катодом и температуpoii вне1.1.1ней среды. Поскольку более тяжел.ая формс ионов (иод) находится апизу,, а более легкая (иодид) - ввер..у, то н измерительном канале 4 процезс йстестзенной конвекции практичеК; отсутствует, а процесс доставки н электрод ионов окисленной форг/ы осугцеств.пяется только за счет диффузии иа анодной самере.|При этом между анодом 5 и катодом 6 устанавливается практически линейный закон распределения концентрации ионов окисленной форг-ui ; от исходного значения концентрации на аноде до нулевой концентрации (в случае предельного тока диффу;зии) на катоде. После достижения начaльныIv1 током датчика стационарного значения производят уравновешивание моста (путем изменения величин регулировочных сопротивлений 13 и 14), добиваясь равенства потенциалов точек а и б моста.

ПрА наличии внешнего .механическог сигнала на диффузионный поток электрактивных ионоз наклад лвается дополнительный, конвективный поток ионов окисленной формы, вызванный конвекти ным движением электролита. При этом

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 выходного 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 б мостовой схемы. Если же направление конвективного потока противоположно диффузионному, то выходной ток датчика . уменьшается, в результате чего потенциал точки а оказывается меньше потенциала точки б и, следовательно, выходной сигнсш, снимаемый с измерительной схемы, изменяет знак.

При возрастании температуры окружающей среды вследствие увеличения фонового тока равновесие моста нарушается, а потенциал точки а возрастает относительно п отенциала точки б. 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 В, 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 окисление 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 б 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 Q базовой температуры Т , при которой осуществлено уравновешивание мостовой измерительной схемы, происходит перекачка ионов окисленной формы из анодной камеры в дополнительную камеру 8 и обратно.

При этом осуществляется Стабилизация таких характеристик датчика, как чувствительность и начальный (фоновый) ток при изменении температуры внешней среды. Указанная стабилизация характеристик датчика осуществляется также и при изменении концентрации электроактивных ионов, связанном с диффузией кислорода внутрь объема датчика (например, через торцовые мембраны).

Формула изобретения

Диффузионный датчик механических сигналов, содержащий ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами и заполненный электролитом корпус, полос-гь 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

5 - -.два смежных плеча которой включены регулировочные сопротивления, соединенные с источником питания, а в противоположные плечи - сопротивление нагрузки и электроды, отличающийся 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

o 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 3359465, кл. 317231, опублик. 19.12.67.

2,Авторсоке свидетельство СССР

0 518659, 1сл. G 01 L 9/18, 29.08.74 .(прототип) .

iribix