Электрохимический преобразователь температуры

ОП ИСАНИ В ИЗОВРТИН ИЯ Сеез ОееетсииттСфцтеалмстмческтехРеспубликВТОРСКОМУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ ополнительно т, свид.ву 22) Заявлено 02.12.74 (21) 20 с присоединением заявки 025 Тоеударотееюай комете Воаата теклестрое СССР ао делам кзебретенке п еткрмткк(23) П нте иковано 25,06.76.,Бюллетень 2 З опубликования описания 22.07,76 3) Опу К 621.358,8) а Б. И, Ильин, Г. А. Дамешек,иГ,МС Авторыизобретения Бартенев, И. А. Эайденма Заявитель 4) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОИАТЕЛ ТЕМПЕРАТУРЫ 1 водниковы начения. Цель ивст етения - повышен тельности.Для этого в 1.редлагаемом преобразователе термочувствительный элемент выттолнен в виде полимерной многослойной Йат 1 рнцы иэ соединенных между собой каиот- но- и анионнообменных пленок.В матрицу введен электролит, сотержа ший растворитель (например, воду), наличие которого приводит к циссоциации фиксированных зарядов матрицы, определяют щих ее селективность, а ионизированные молекулы электролита служат переносчика ;ми электрического тока. гпоскольку откликом на из пературы среды ят тяется пад ала на матрице, при условии определенной величины импу ющего тока, .устройство соде электрода. Посредством этих , ов производится считывание электрического параметра. некие ие потенц оддержани льса поляоизжит, два 1же электровыход ног о Изобретение относится к электрохими-ческим преобразователям, а именно к эле-.ментам, чувствительным к тепловому воэ,действию внешней среды, и может бытьиспользовано для измерения и регулирования температуры в жидкостях, газовой фазе, а также дпя измерения температуры,поверхностей твердых тел, в. том числе биологических объектов,Известен электрохимический преобраэо- .1 Ователь температуры, чувствительным элементом которого является электролит, ссдержащий в качестве растворителя жидкость,вязкость которой существенно зависит оттемпературы1 . Температурна чувствн- тательиость такого устройства не превышает6-7% град. С, а сопротивление постоянно1 му току составляет 100-150 ком, что приводит к необходимости использования дорого,стоящей и сложной высокоомной аппаратуры для считываыия выходного сигнала,Такаи низкая чувствительность этойсистемы не позволяет. создать на ее осйове температурные датчики, конкурентноспособные в сравнении, например, с почупро ементами аналогичного назХ ч 43 3Матриня; являююаяся тг 1 рмочувствцтельным элементом, Обладает ИссиЛеттцчцойгроводимостью Огяризяцпя латрицы ц 1мульсами тока, цоправлецгыми так, чтоанод расположен со стороны области с по:ложительцымц фиксированными зарядами,вызывает значительно большое паде ццепотенциала, чем прц поляризации такимж 8 током, ИО Обратной полярности. ТердОметрическим параметром устройства явля=ется измецение скс ка цотецдиаля прц ПОГяризации матрицы положительньми импуль"ами тока.Абсолютная. вюцчина злектрических параметров и характер термолетрглескэйКривой рассматривя ОМОЙ системы злектролитфщматрца "щзлектродГ щд зависят От9 е физических и згектроРл 1 чески СВОРс т(глэтцость фиксироваццьх заря,.эв и ихавличина; концентрация электролита, ввц-Чина заряда и масса катионов и яционэзэлектролита; природа растворителя и другие), падения напр-женил аа злектрэла.и геометрических размеров термэчувс"гвительнэй матрицы.1 а фиг. 1 изображено предлаГаелоеустройствэ; на фцг, 2 типичные термэ:метрические кривье; ня,. г, 3 - термометрические кривые устрой.тва с 10 .-.,ЪрасФворам КС , и СаС 12 при величинеполяризующего тока 0,0161 А.Устройство содержит термочувствительиую многослойную матрццд 1, состоящуо,например, из двух слоев, в одпом цз отррых Фиксцоващьл зарядами являютсякатиоц( напуцмер - 1, (СН ) З группь),а в другом -янионы например, -бОЭ группы), Терлэчувствгтельцяя .атдицагцела в корпу 2 из диэлектрика. С пэмоцью эажимнои шайбь 3,. выполненнойтакйе из лцзлецтрик.1, ц д.еталлцческихкрышек 4 и;э матрица упчэтняется, тякчто ток им ет возможность протекатьтолько через ее рабочую поверхность,Крышки 5 и 4 герлстиэцруэ цпе:эябэчшлобъем устройства, -чпх-. поляризц.уэщцми злектрэдямипэ.илэ зтогэ являютсятеплопрэвэдя мц, 11 элпцтывяющий мятргцуэлектрэлит введен в индифферентные матрицы б ц 7, плотно зажатые между еепорерхностйли и герметизирующими крышками 4 и 5,1 Осредствол погяризующих электродовца систему подается импульс постоянногогака. Это вызывает перемещение подвижных аниоцов и катионов, содер;кагихся вматрице 1, к соотв тствую ццм электродам, -Грьчем поскольку одна из областейматрицы в качестве фиксированных зарядовИмеет пэложительнье понногеп;ые груп,ы,1 а другая отрицательные, подвижные янионы Фрясцоля аются црецлушествепо в области с цоложительньми фиксированными зарядями, я катионы - в области с отрицательными. 1 озтому положительньй поляриэутощцй импульс тока приводит к обеднению грацщы резкого перехода зарядов противоположного знака носителями зарядов, благодаря чему резко увеличивается ее сопротивлеие ц возникает скачок потенциала, Ирц определецшх импульсах тока падение потецциягя в переходной обляст; настолько велико, что величина падения потенциала в прилегающих к границе областях не вносит зяметцого вклада, тяк кяк коие трация цодвцжш.х ионов к цих гораздо вьпце. Возникающий таким образок. градиент концентряцийстилулируот движение ионов в направл енин, обратном приложенному электрическомуу поло, Ъачение скачка потенцияя ня матрице отражает установившееся "1" динамическое равновесие между этими потоками. 1 змецецие температуры наружной ряцццы матрицы грцводит к изменению цодвцжцостеи ионов и перераспределению соотношения между потокяли. Б результате конце,тряццц ионов в переходной облас тц принимает цовое значение, что ц определяет смещегие велцчицы потенциала. 11 а фиг, 2 приведены типичные тердометрические кривые преэбрязователя температуры, где в качестве термочувствительцого эледента используют ицтерполимерную матрицу, приготовленную путем термической сшивки под давлением катиоцно- и ациэнцоэбменнэй пленок ца основе полцстиролГульфэнята натрия и четвертичных солей по,пивинилпиридяя, Электролитом служил 0,01 водный раствор КС 6, редлагаемое устройство позволяет про- Ж изволить измерение температуры в интервале от 0 до +50 С с относительной чувствительностью не менее 50% град.С при абсолютной чувствительности 150-200 мв/град.И злере цие отрицательных температур от 0 И до -50 ОС с такой же чувствительностьюосуществляется с использованием неводных растворов эектролтя (например, спиртовых) .1 редстявленные ца фцг, 2 термометрические кривье имеют трц характерных учасотка, Включение тока, например, при 2,э Сприводит к установлению максилальногозначения потенциала, который с повышением температург линейно сцижяется по рр20, в/град, Средний участок кривых в интервале 2 - 2,5 С характеризуется наибольшей скоростьо смещения потенциала,которая ссстявляет 150 - 200 л 1 в/гряд.цлц соответствует этнос.ительной чувствц"ф Тельцости до 50%/г 1,яд. С, Р, наконец,5)8646 30 7 участок относительной независимости смещения потенциала от температуры.Г ростом силы поляризующих импульсовтока средний участок кривой смешается всторону более высоких температур. Этопозволяет с высокой чувствительностьюизменять температуру в ц,проком диапазоне,налагая на систему импульсы тока определенной силы,Закономерности переноса ионных носителей заряда, характеризующихся различным эффективным сечением (например, величиной заряда, массой), через латрццы,имеющие границу резкого перехода областей с фиксированными ионными зарядамипротивоположного знака, позволяют реализовать преобразователи температуры, выходные параметры которых по своему характеру и величине различны. На фиг. 3приведены, например, термометрическиекривые устройства с 10 ЛрастворамиКСС и СаС 12 при величине поляризующего тока 0,016 п 1 А. Таким образом в случае электроли 1 а, содержалего катионы с+2большей величиной заряда (Са ), уч,к- ток наивысшей чувствительности расширился с 2 до 3 С. Формула изобретппя Электрохил 1 цческий преобразователь т цературы, содер)кашцй заполненный электрлитом,герметичный корпус, с распочожеццыл 1 и в нем термочуиствительцыми элс.моцтол и электродали, о т л и ч а к 1 щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствлтельцости, термочувствительцый элемепгвыполнен в виде полцмерцой мцогослойцо.матрицы из соединенных между собой катиоццо- и ационцооблеццых пленок,Источники информации, принятые во внялание при экспертизе;1. Лвт. св,316008, М. кл, ( 01К 7/26 от 06.05.70 г. (прототип)2, Лвт. св. М. 418908, М, кл. И 012Ст 9/22 от 06,03.72 г,51 Й 646 Жфм Составитель И:. ОрловаТ. Иванова ТехцедЯ. Андрейчук Корре Ред Д Мельни ченк ак ССР нного ком елам изобр ква, Ж,ал ППП ф нт г. Ужгород, ул. Проектная, 4 184 Яг 54 ТирЦНИИПИ Государспо113035, Мос Подписное тета Совета Мини тений и открытий Раушскаа набд.