Электрохимический датчик механических сигналов

(51) М.Н 01 9/2 рисоединением заявкиосударствеииый комитетСовета Министров СССРпо делам иэооретеиийи открытий 23) Приоритет43) Опубликовано 25,11.77, Бюлл ь 4 К 531.787(54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧСИГНАЛОВ ЕХАНИЧЕСК 1 зобретенце относит ике и может найти ся к измерительнойприменение дпя ресигнапов (ускорение, перепад давлете(сполож Известен эпектрохнмическнй микрофонсодержащий корпусвых сторон упругикорпуса установленв котором рс ограниченныи с торцоми мембранами. Внутри а пластина с отверстием ен выполненный в виде сетки катод, по обе стороны от которого расположены сетчатые аноды, Попость корпуса запопнена эпектропитом окиспитепьновосстановнтепьной системы 1.Это устройство обиадает нестабипышстью рабочих характеристик при изменении температуры вненгней среды.Известна также эпектрохимческая ячейка усоверщенствовщгпой конструкции, содержм(ая два эпектрода2. Один электрод образует сосуд, открьггый с одной стороны и снабженный перегородкой., Электрод .сос тоит нз активного дещества. например серебра. Второй электрод, выполненный также из серебра, обпадает значительно бопьшей поверхностью, че первый. Полость корпусазаполнена эпектропитом обратимой окиспитепьно-восстановитепьной системы .Одним из недостатков такого типа датчиков также является нестабильность ихрабочих характеристик, например начапьноготока и чувствнтепьности, в условиях изменяющейся тел(пературы внешней среды. Приэтом нестабньносгь достигает 2,5 - 3 % О на градус.Наиболее бпизким по технической сущности к предложе(п(ому явпяется устройство,содержащее корпус, ограниченный с торцовыхсторон упру( ими мембранами, две камеры, 5 разделенные перегородкой с узким канапом,включающим преобразоватепь потока электроактивных ионов в электрический сигнап, эпектроды которого образуют совместно с эпектропитом камер датчика обратимую окиспитепьно-восстановитепьную систему 131.Это устройство также не обеспечиваетнеобходимой точности измерений при изменении температуры внешней среды, потомучто при изменении температуры меняется 5 кяк вязкость электролита, так и коэффициент диффузии-электроактивных ионов, что приводит к изменению крутизны характеристики (чувствительности) датчика. При этом температурная нестабильность достигает порядка 3% на градус.511 ель изобретения - повышение точности измерения при изменениях-температуры внешней среды. Поставленная цель достигается тем, что 1 Ов электрохимическом датчике механическихсигналов. преобразователь потока электролита в электрический сигнал выполнен ввиде кольцевого конусного канала, образованного выполненным в перегородке датчика 15конусным отверстием и входящей в конусноеотверстие, вставкой с конусным окончанием,Внутренняя поверхность конусного отверстия,также как и поверхность конусной вставки,покрыты слоем инертного металла, образуя 2 Осчитывающий электрод датчика. Перегородка датчика соединена с термочувствительным элементом, например биметалл,.ческойпластиной, одна сторона которого жесткозакреплена на корпусе датчика, а другая 25размещена внутри кольцевого паза, выполненного в перегородке.На чертеже представлен предлагаемыйэлектрохимический датчик,Датчик состоит из корпуса 1, выполнен- . 30ного из химически стойкого материала, например пентона или фторопласта, ограниченного с торцовых сторон упругими мембранами 2, также из химически стойкого матерала, например бутилкаучука, а датчик запоюнен электролитом, образующим с электродаМвпреобразователя окислительно-восстановительную систему, В перегородке датчика, разделяющей внутренний объем на две камеры,выполнено конусное отверстие, причем внут Оренняя поверхность 3 перегородки его образующей покрыта слоем инертного металла, например платины,в котором помещена вставка 4 сконусным окончанием, наружняя поверхностькоторого также покрыта слоем инертного 45металла, Токовывод от электрода, образованного металлом, выведен через уплотнение 5. Между отверстием и вставкой имеется зазор, образующий кольцевойконусныяизмерительный канал длиной 1 и и сечением 5 О6 . По периферии перегородки датчика выполнеКна кольцевая канавка, позволяющая перегородке перемещаться вдоль оси измерительногоканала. В перегородке, с внешней стороныкорпуса, закреплен термочувствительный 55элемент, преобразующий изменение температуры внешней среды в линейное перемещение,например биметаллическая пластина 6. Кроме того, датчик имеет противоэлектрод.Йатчик работает следующим образом. При наличии механического сигнала (ускорение, двление) вследствие смещения жидкой инертной массы (электролит)возникает перепад давления на преобразователе потока ионов в электрический сигнал, что вызывает, пропорциональный воздействию, поток ионов через измерительный канал, образованныи конусным отверстием и вставкой с конусным окончанием. В результате, в цепи датчика возникает электрический ток, пропорциональный внешнему воздействию и обратно пропорциональный гидродинамическому сопротивлению измерительного канала, представляющий собой разность между рабочим током электрода и его начальным током (ток при отсутствии механического сиг нала). При повышении температуры относительно некоторой произвольно выбранной баозовой температуры, например 20 Спроисходит деформация биметаллической пластины из-аа различного линейного расширения металлов, составляющих пластину, что вызывает перемещение перегородки датчика и следовательно, перемещение отверстия относительно вставки вдоль оси. При этом уменьшается как эффективная длина измерительного канала, так и площадь его поперечного сечения. Происходит у меньшение величины начального тока электрода до значения, соответствующего базовой температуре. Величина гидродинамического сопротивления канала соответственно возрастает до значения, соответствующего базовой температуре. При понижении температуры внешней среды относительно базовой температуры перемещение свободного конца биметаллической пластины приводит к увеличению эффективных значений длины и площади поперечного сечения канала, что, в свою очередь, влечет возрастание начального тока до величины, соответствующей базовой температуре, а также уменьшение гидродинамического сопротивления канала до значения, соответствующего той же температуре.Таким образом, в предлагаемой конструкции с помощью изменения геометрических параметров измерительного канала (длины его и площади поперечного сечения) в соответствии с изменениями температуры окружающей среды, обусловленного относитель ным перемещением элементов, образующих канал (перегородки с отверстием и вставки) обеспечиваются при произвольном. изменении температуры в пределах заданного интервала постоянные значения дня начального тока электрода и величины гидродинамического сопротивления измерительного канала, соответствующие произвольно выбранной базовой температуре, Это обеспечивает практически полную температурную компенсацию, т,е.Зпк(и 4586/4 1 Гираж 97 6 11 олписное1 И 111111 Государственного комитета Совета Министров СССГпо депам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская ппб и, 4/5 Фипипц 1 П 1 "Патент", и, Ужгород, уп. 111 ин.ктная ч1 постоянство начального тока и чувствитепьности датчика. Формула изобретения5 Эпектрохимический датчик механических сигнапов, содержащий корпус, ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами, две камеры, разделенные перегородкой с узким каналом, включающим преобразователь потока эпектроактивных ионов в электрический сигнал, эпектроды которого образуют совместно с эпектропитом камер датчика обрагимую окиспительно-восстановитепьную систему, о т и и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при изменениях температуры внешней среды, преобразователь потока электролита в элек трический сигнап выполнен в виде копьцево го конусного канапа, образованного выпоппенным в перегородке датчика конусным от-верстием и входящей в него вставкой с конусхым окончанием, причем поверхности конусного отверстия и конусной вставки, обращенные друг к другу, покрыты слоеминертного металла, образуя считывающийэлектрод датчика, а перегородка датчикасоединена с термочувствитепьным эпементом,одна сторона которого жестко закрепленана корпусе датчика, а другая сторона размешена внутри кольцевого пава, выпопненного в перегородке,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент США3359465. кл. 317231, 1967.2. Патент Франции2086029,кл, Н 01 Ь 9/00, 1971.3, Авторское свидетельство СССР230433, кп, С 01 1/18, 1967.