Диффузионный датчик механических сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистических Республик(51)м. к .Н 01 6 9/22 6 019/18 Государственный комнтет СССР оо делам изобретений н открытий(54) ДИФФУЗИОННЫЙ ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения механических сигналов, таких.как ускорение, ско-рость, перемещение, давление и др.Известен диффузионный датчик, содержащий корпус, ограниченный с двух сторон упругими мембранами и заполненный электролитом 11. Внутри кор ф пуса 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 зависимость 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 2 с которого разделена на 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 два смежныхплеча которой включены регулировочные сопротивления, соединенные с источником питания, а в противоположные плечи - сопротивление нагрузкин электроды 2.Наличие в этом устройстве мостовой измерительной схемы позволяетосуществлять компенсацию начального(Фонового) тока, однако характеристики этого устройства зависят от температуры окружающей среды.Цель изобретения - повьааение стабильности характеристик датчика приизменении температуры,Указанная цель достигается введением дополнительной, камеры, заполненной электролитом и соединенной с нижней камерой каналом, и двух дополнительных электродов, один из которыхрасположен в дополнительной камере и.еоединен с катодом датчика, а второйразмещен в нижней камере и подключенк общей точке регулировочных сопротивлений.На чертеже представлено предлага"емое устройство в разрезе,Датчик содержит корпус 1 из инерт,ного материала, ограниченный с торцо 775765вых 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 3В нижней камере установлен анод 5, а в верхней - катод б. Полость датчика заполнена электролитом 7. Датчик содержит дополнительную камеру 8, которая сообщается с нижней10 камерой датчика каналом 9. В дополнительной камере 8 и в нижней камере датчика установлены соответственно электроды 10 и 11, Катод б и анод 5 датчика включены в одно из плеч измерительной мостовой схемы, Вторым 15 плечо 5. моста является сопротивление нагрузки 12, а в противоположные два смежных плеча вклк 5 чены регулировочные сопротивления 13 и 14, соединенные с источникОм 15 питания. Допол- ,Щ нительный электрод 10 соединен с католом б датчика, а электрод 11 подключен к общей .Точее регулировочных сспротивлений 13 и 14.После Включения источника 15 питания в течение некоторого времени (порядка нескольких суток) происходит процесс разделения ионов окисленной и восстановленной Формы, При этом ионы окисленной Формы собираются в нижней (анодной) камере, а ионы восстановленной Формы (иодид) - в верхней (катодной) камере. В конце процесса релаксации 5 роновый ток датчика достигает стационарного значения, величина которого определяется концентрацией окисленной Формы ионов (55 ода) в анодной камере, расстоянием между анодом и катодом и температу 5 рой Внешней среды, Поскольку более тяжелая форма ионов (иод) находится 40нпизУ, ст бо 55 ее легкая (иОДНД) - ВВеРто н измерительном канале 4 про;.:-.с естестве:.Ной конвекции практичесОтсутств; в, а процесс доставки на эетсктрод и нов Окисленной Формы осуЦе 5 твляется ТОлько эа счет дифФузии.а анодной камере,5 При этом между анодом 5 и катодом б устанавливается практически линейный закон распредеххения концентрации НОнов Окисленной формь 5: от исходного значения концентрации на аноде до нулевой концентрации (в случае предельного тока диффузии) на катоде, После достижения начальным током датчика стационарного значения производят уравновешивание 55 моста (путем изменения Величин регулировочных сопротивлений 13 и 14), добиваясь равен."в 5 потенциалОВ то -. к а и б "ОэтаПри наличии внешнего механического щ сигнала ча диффузионный поток электро активных НОНОВ накладывается ДОпОлнительный, конвективный поток ионов Окисленной Ьор.5 ы, вызванный конвективным движением электролита, При этом у 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 выходОного тока датчика. При этом потенциал точки а мостовой схемы больше потенциала точки б и, таким образом, выходным сигналом датчика являетсяразность 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 сигнал, снимаемый с измерительной схемы, изменяет знак.При возрастании температуры окружающей среды вследствие увеличения Фонового тока равновесие моста нарушается, а потенциал точки а возрастает относительно потенциала точкиб. В исходном состоянии концентрацияионов 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 8, 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 немпроисходит 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 потенциалыточек а и б будут равны, т, е. равновесие моста будет восстановлено. Приэтом начальный ток датчика (при новой,более высокой по сравнению с базовойтемпературе) достигает значения, соответствующего величине начального тока при базовой температуре.Таким образом, при колебаниях температуры внешней среды относительно базовой температуры Т , при которойоосуществлено уравновешивание мостовой измерительной схемы, происходит перекачка ионов окисленной формы из анодной камеры в дополнительную камеру 8 и обратно.775765 Формула изобретения Составитель И.Полуйиктор И.грузова Техред М.Петко рректор О.Бил Заказ 7775 64Тираж 844 По ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5дписно Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная При этом осуществляется б 1 абйлизация таких характеристик датчика, как чувствительность и начальный (фоновый) ток при изменении температуры внешней среды. Укаэанная стабилизация характеристик датчика осуществляется также и при изменении концентрации электроактивных ионов, связанном с диффузией кислорода внутрь объема датчика (например, через торцовые мембраны). Диффузионный датчик механических сигналов, содержащий ограниченный с торцовых сторон упругими мембранами и заполненный электролитом корпус, полость 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 два смежных плеча которой включенырегулировочные сопротивления, соединенные с источником питания, а в противоположные плечи - сопротивлениенагрузки и электроды, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности характеристик датчика при изменении температуры, внего введены дополнительная камера,заполненная электролитом,и соединенная с нижней камерой каналом, и двадополнительных электродов, один изкоторых расположен в дополнительнойкамере и соединен с катодом датчика,а второй расположен в нижней камереи подключен к общей точке регулировоч 15 ных сопротивлений.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3359465, кл. 317231, опублик. 19.12.67.Щ 2, Авторсоке свидетельство СССРМ 518659, кл. С 019/18, 29. 0874