Электрокинетический датчик дав-лЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01L9/18 

(54) ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а более конкретно - к измерителям переменных микродавлений.

Известный электрокинетический датчик переменных давлений представляет собой корпус, разделенный пористой перегородкой из диэлектри/ка на две камеры/ заполненные электрокинетической . жидкостью, например йщетоном. В каждой Кс1мере помещается по электроду tl

Величина потенциала протекания электрокинетической жидкости через пористую перегородку прямо пропорциональна диэлектрической постоянной жидкости, ее удельному сопротивлению и дзета-потенциалу, возникающему при взаимодействии электрокинетической жидкости с твердым телом. Недостатком известных электрокинетических датчиков этого типа является высокое (сотни килоом) выходное сопротивление, вследствие чего на вход подключаемых к ним измерительных приборов наводятся помехи, ограничивающие возможность измерения низких давлений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является

устройство, использукндееся в качестве электрокинетического акселерометра повышенной чувствительности. В этом датчике применены две пористые перегородки, выходной сигнал снимается- с двух крайних обкладок-электродов , а две центральные обкладки накоротко соединены между собой 2.

Недостатком этого датчика также

0 является невысокая чувствительность вследствие большого выходного сопротивления .

В связи с ЭТИМ;улучшения соотноЬения сигнал-помеха в известных электрокинетических датчиках целесообразно добиваться уменьшением выходного сопротивления, т, е. увеличением площади пористой перегородки , либо увеличением коэффициента

0 передачи электрокинетического датчика путем более тщательной очистки рабочей жидкости. Однако увеличение площади пористой перегородки не позволяет создавать малогабаритные конструкции, а очистка рабочей жидкости очень трудоемка и возможна лищь до известного предела. К тому же во время хранения и эксплуатации электрокинетического датчика рабочая жидкость постоянно загрязняется.

так как находится в непосредственном контакте с корпусом датчика, электродами и пористой перегородкой, а .жидкости, обладаквдие наибольшей электрокинетической активностью, весьма агрессивны, так как имеют полярную структуру молекул. Иэменив(Шийся вследствие загрязнения рабочей жидкости коэффициент передачи можно восстановить перезаполнением датчика свежей жидкостью.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет улучшения соотношения сигнал-помеха, расширение нижней границы диапазона измерения давлений с помощью электрокинетического преобразователя, а также обеспечение возможности регулировки коэффициента передачи электрокинетического датчика давлений.

Указанная цель достигается тем, что в него введены источник постоянного напряжения и резистор со средней точкой-, причем два крайних электрода соединены между собой через резистор, источник постоянного напряжения подключен к средней точке резистора и среднему электроду, который соединен с металлическим корпусом .

Величина сопротивления резистора для уменьшения его шунтирующего влияния должна быть по величине близкой к величине выходного сопротивления электрокинетического датчика.

Переменный выходной сигнал может сниматься через конденсатор с крайнего электрода относительно заземленного корпуса, В этом случае корпус выполняет роль экрана для сигнальных наружных электродов от внешних электромагнитных полей.

На чертеже изображена схема , электрокинетического датчика давлени

Электрокинетический датчик дав.ления состоит из металлического корпуса 1, двух пористых перегородок 2, двух наружных сигнальных электродов 3, одного внутреннего электрода 4, резистора со средней точкой R, источника 5 постоянного напряжения, стеклянной втулки б, стеклянной шайбы 7 и конденсатора 8.

Пористые перегородки и электроды собираются в стеклянной втулке. На втулку надеваются части металлическогр корпуса. Выводы электродов и час/ги металлического корпуса припаивакЙгся к втулке стеклоприпоем. На практике корпуса электрокинетических датчиков обычно делаются металлическими. В случае неметаллического корпуса датчика в жидкость вблизи датчика с двух сторон можно просто рвести дополнительные электроды, которые надо замкнуть со средним электродом.

Электрокинетический датчик работает следующим образом.

На границе рабочей жидкости и поверхности пористой перегородки образуется двойной электрический слой, образованный ориентированными в направлении твердого тела полярными молекулами жидкости. Вблизи двойного эл ектрического слоя концентрируются находящиеся в жидкости-ионы одного знака, образующие электрический заряд, притягивающий ионы другого знака. Причем чем меньше концентрация ионов в жидкости, тем меньше их связь с двойным электрическим слоем, а следовательно, больше возникающий при перетоке жидкости потенциал на торцах пористой перегородки. При подключении к электродам датчика источника электрического напряжения концентрация ионов жидкости в капиллярах уменьшается, так как ионы собираются к противоположно заряженным электродам. Вследствие этого возрастает потенциал, возникающий на торца пористой перегородки при перетоке через нее жидкости, т.е. возрастает коэффициентпреобразования электрокинетического датчика давления. Кроме этого, вблизи электродов при подаче на них электрического напряжения происходит ориентация молекул полярной жидкости в направлении электрода. Причем молекулы с обеих сторон элек-трода ориентируются в сторону электрода одинаковыми - полюсами, т.е. вблизи электрода возникает электрический заряд, созданный одноименно заряженньми полюсами молекул. При перетоке жидкости этот заряд смещается в сторону перетока, в резуль тате чего наводимый этим зарядом на электрод потенциал уменьшается. Величина этого заряда пропорциональна напряжению электрического поля.

Благодаря очистке жидкости от ионов внутри капилляров и определенной ориентации молекул полярной жидкости вблизи электродов, на которые подается электрическое напряжение, возрастает величина изменения потенциала электрода при перетекании жидкости, следовательно улучшается соотношение сигнал-помеха. Изменением величины постоянного напряжения на электродах можно регулировать концентрацию ионов в капиллярах, обусловленную ориентацией полярных молекул вблизи электродов, определяющих коэффициент преобразования электроки,нетического датчика давления.

Формула изобретения

Электрокинетический датчик давления, содержащий металлический корпус, в котором размещены три электрода, отделенные друг от друга дву.мя пористыми перегородками, погруженными в электрокинетическую жидкость, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности.

в него введены источник постоянного напряжения и резистор со средней точкой, причем два крайних электрода соединены между собой через резистор, источник постоянного напряжения подключен к средней точке резистора и среднему электроду, который соединен с металлическим корпусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Электрохимические преобразователи первичной информации. Под ред. Е.М, Добрынина и П.Д. Луковце,ва, М., Машиностроение, 1969, с. 57, рис. 9.

2.Касимзаде М.С. и др. Электрокинетические преобразователи информации . М., Энергия, 1973, с. 99, рис. 45 (прототип).