Многоэлектродный электрохимический преобразователь

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВЛЬСТВУ Союэ Советских Социалистицеских Республик1) Дополнительное к авт,. свилаявлено 28,М. КлН 016 193079/1 с присоединени (23) Приоритет ееударстеепемЯ канетеВевета Мееетреа СССРпе делам паейретеххев еткрмтпЯ(43) Опубликовано 15.04.78. Бвллетень Ж 1 (45) Дата опубликования описания 28.03,78) У 21,3 088. 72) Авторы изобретен А. С, Богомаз, О, Г. оль и М. ищ евастопольскнй прпборостровтельный цнститут(54) МНОЮЭЛВКТРОДНЫЙ ЗЛЕКГРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2н ч Изобретение относится к области приборосгроення, а более конкретно; к электрохнмнческнм преобразователям с обратнмымн окнслнтэльно-восстановнтельнымн системами, Предлагаемый преобразователь может. быть использован для усиления н интегрирования электрических снгнвлов, например, в моделирувщнх устройствах, в нзмернтельной н вычнслительной технике.ОИзвестны электрохнмнческне преобразова тели концентрационного типа, герметичный корпус которых заполнен электролитом н . . содержит связанные между собой резервуар н ннтегрвльный отсек. Расположенные в этих 15 отсеках трц н более электрода служат для ввода входного сигнала, считывания выходного сигнала и прецотврашеяня естественной диффузии реагентв между отсекамн, причем счнтываюший по постоянному тоху электрод 20 одновременно также н экранирует интегральный отсек, В некоторых преобразователях этот электрод состоит яэ двух элементов, расположенных по обе стороны общего электрода 1 1. 25 Существенными недостаткамн известных преобразователей являются: нвлнчне скачков выходного тока прн подаче н снятия входного тока, изменение знака выходного тока н нелннейность в начале характеристики преобразования, а также взаимная связь цепей в преобразователе. Кроме того, недостатком известных преобразователей является естественная цяффуэня реагента:между его отсекамн, Онв обусловлена изменением концентрация реагента в интегральном отсеке н вызывает нелннейность н гпстерезнсный вна характернсткн преобразования, а также временной дрейф выходного тока в режиме нтегрнрования н запомянаняя, нлн увели- ения потребляемого тока от нсточника снгнала в режиме усиления,Известен также преобразователь с цополннтельным, Счнтываюшнм по переменному току электродом расположеяным в интегральном отсеке н лишенным функции его экраннровання 12. Все перечисленные выше недостатки свойственны и этому преобразователю, поскольку он также имеет отдельный экраннрующцй резервуар электрод, а счятывающий по постоянному току электрод в немвыполняет экранирование интегрального отсека. Эти недостатки обусловлены тем, чтовходной ток проходит не только по внутренней входной цепи преобразователя, а ответвляется также и во внешний участок выходной цепи, а в тетроде - также и во внешний участок экранирующего резервуар электрода. Кроме того, в результате падения напряжения на сопротивлении нагрузки в10цепи считывающего по постоянному токуэлектрода изменяется напряжение смещенияна этом электроде, что дестабилизируетрежим работы этого электрода как экранирующего интегральный отсек. Дополнительным недостатком преобразователя со считывающим по переменному току электродом является низкое сопротивление этойвыходной цепи, что может быть устраненотолько схемно, например, стабилизациейпеременного напряжения между считывающимпо переменному току электродом и общимэлектродом преобразователя,Целью изобретения является повышениеточности преобразователя25Это достигается тем, ято в предлагаемом электрохимическом преобразователеконцентрационного типа, содержащем заполненный электролитом герметичный корпус,состоящий из резервуара, в котором размешен входной электрод, и интегральногоотсекасрасположенными в нем, по меньшей мере, одним считывающим по постоянному току, экранирующим резервуар и общим элктродами, дополнительно введенэлектрод, экранирующий.,интегральный отсек,ъричем этот и считываюший по постоянномутоку электроды расположены по обе стороны общего электрода, который имеет одноили несколько отверстий с концентрациейреагента, близкой к концентрации на егоповерхности, а расстояние между экранируюшим интегральный отсек электродоми общим электродом, длина отверстия в общем электроде, расстояния между электропроводными поверхностями этого отверстияв поперечном сечении общего электрода непревышают расстояния между общим и считывающим по постоянному току электродами.50 В предлагаемом преобразователе функции считывания по постоянному току и экранирования интегрального отсека выполняют различные электроды. При этом в цепи 55 экранирующего интегральный отсек электрода отсутствует сопротивление нагрузки, что исключает изменение его напряжения смешений, Кроме того, считывающий по постоянному току электрод удален от акра О пирующего интегральный отсек электрода.При этом между ними расположены общий электрод и слой электролита в его отверстии (отверстиях) с относительно высокой концентрацией реагента. Это исключаеткак ответвление входного тока в выходнуюцепь, так и влияние режима работы считывающего электрода на режим работы экранируюшего интегральньй отсек электрода.Высокая концентрация реагента в отверстии(отверстиях) общего электрода достигнутаблагодаря указанным размерам отверстияи расстояниям между электродами в интегрльном отсеке, исходя из линейного распределения концентрации реагента в диффузионномслое по Нернсту. Это обеспечивает такжеуменьшение объема интегрального отсекадля лредотврашенияснижениячувствительностии верхней граничной частоты преобразователя по отношению к известным преобразователям с таким же расстоянием между считывающим по постоянному току и общим электр,одами,Второе отличие преобразователя состоитв том, что;с целью повышения уровня технологии промышленного производства, общийэлектрод выполнен из нескольких, например,двух элементов, расположенных с перекрытием по длине в разных параллельных плоскостях интегрального отсека бипланарнойконструкции, а экранирующий интегральныйотсек и считывающий по постоянному токуэлектроды расположены с разных сторон этого перекрытия в разных плоскостях интегрального отсека, причем считывающий - внутри периметра противолежащего ему элемента общего электрода,Это обеспечивает технологичность предлагаемого преобразователя, свойственнуюпреобразователям плоскостной конструкции,поскольку отверстие в общем электродещель между его элементами образуется непосредственно при сборке преобразователя,а для изготовления электродов может бытьиспользована тонкопленочная технология,Нв фиг. 1 изображен описываемый преобразователь в разрезе; на фиг. 2- показаны условное графическое изображение и схема включения преобразователя.Преобразователь содержит корпус 1 с расположенными в нем резервуаром 2 и интегральным отсеком 3, В резервуаре 2 размещен входной электрод 4, а в интегральном отсеке 3 - элементь экранирующего резервуар электрода 5, элементы акранируюшего интегральный отсек электрода 6, элементы общего электрода 7 и счить)- ваюший по постоянному току электрод 8, Материал корпуса - стекло, инертное кэлектролиту, платиновой группы. Материалэлектродов - платина или платино-иридиевый сплав, Элементы электродов 5 и 6расположены попарно на противоположныхстенках интегрального отсека 3, причемэлементы электрода 5 - непосредственно на входе в интегральный отсек 3, аэлементы электрода 6 - глубине отсека,вблизи элементов общего электрода 7,Последние так же расположены на противо- Оположных стенках интегрального отсекапричем их передние кромки - на равномудалении от электродов 6. Задняя кромкаодного из элементов общего электрода 7расположена в конце интегрального отсека 153, где и задняя кромка противолежащегоему электрода 8, считывающего по постоявному току, Второй элемент общего электрода 7 расположен между этим электродом8 и элементом экранирующего интегральный 20отсек электрода 6, Таким образом, междуэлектродами 6 и 8 находится общий электрод 7 с щелью между его элементами,Расстояния между электродами 5 и 6, 6 и 7а также между их элементами не превышают расстояния между считывающим электродом 8 и общим электродом 7. Заполнениепреобразователя электролитом производитсячерез трубку в стенке резервуара 2 (нафигурах не показана), после чего эта трубка заваривается. Оля тренировки и работыпреобра. теля между его входным 4 иакранируюшим электродом 5 резервуара 2включен источник поляризующего напряжения9 а между его общим 7 и экранируюшим35электродом 6 интегрального отсека - источник поляризуюшего напряжения 10, считывающий по постоянному току электрод 8подключен к минусу ис.очника напряжения10 через сопротивление нагрузки 11. Клем 40мы "Вход" соединены с входным 4 и общим7 с электродами преобразователя и служатдля подключения источника электрическогосигнала,45Работа преобразователя происходитследующим образом, С подключением источника электрического сигнала к клеммам"Вход" преобразователя через его входнуюцепь проходит входной ток, Некоторая частьэтого тока в зависимости от концентрации50реагента и резервуаре 2 ответвляется вовнешний участок цепи экранирующего резервуар электрода . 5, полная величина входного тока проходит по участку электролита55между электродами 5 и 6, некоторая частьвходного тока в зависимости от концентрации реагента в интегральном отсеке 3ответвляется также во внешний участок экранируюшего интегральный отсек электрода 6, и, наконец, полная величина входного тока проходит по участку электролитамежду элементами общего электрода 7, Приэтом считывающий по постоянному токуэлектрод находится в стороне от входнойцепи и удален от экранируюшего интегральный отсек электрода 6, а между ними расположен общий электрод 7 с относительновысокой концентрацией реагента в промежутке между его элементами. Поэтому исключено влияние входного тока на выходной,а выходного - на экранирование интегрального отсека 3,При использовании в качестве электролита растворов йодистого калия и йода величины направлений между электродами преобразователя не должны превышать 0,75 В, апри использовании растворов в димети пформамиде - 1,5 В.Испытания предложенного преобразователя подтвердили эффективность примененныхв нем технических решений и преимушествперед известными преобразователями: отсутствуют скачки выходного тока при подачеи снятии входного тока, изменение знака выходного тока и нелинейность в начале характеристики преобразования независимо от величины входного тока (в пределах миграционного участка входной вольт-амперной характеристки): отсутствует влияние сопротивления нагрузки и напряжения смешения считывающего по постоянному току электрода надрейф выходного тока в режиме интегрирования и запоминания или на величину тока,потребляемого от источника сигнала,в режиме усиления, Это повышает точность преобразователя, Верхняя граничная частота предложенного преобразователя определяетсярасстоянием между общим и считывающимпо постоянному току электродами, как и визвестных преобразователях, а чувствительность его примерно вдвое ниже, При этомболее чем на порядок выше выходное сопротив-,ление динамические диапазоны входного ивыходного токов преобразователя, что способствует расширению области его примененияеформула изобретения1, Многоэлектродный электрохимический преобразователь концентрационного типа, содержащий заполненный электролитом герме 1тичный корпус, состоящий из резервуара, в котором размещен входной электрод, и интегрального отсека с расположенными в нем, по меньшей мере, одним считывающим по постоянному току, экранируюшим резервуар и общим электродами, о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью повышения точности, в интегральный отсек введен экрани603014 7 Составитель И. Орловаедактор С. Хейфиц Техред М. Келемеш Ко ктор А, Власен аказ 1865/4 Тираж 960 ЮИИ 11 И Государственного ком поделам изобрете 113035, Москва, Ж, П тета й я аушсписк оеовета Министров ССкрытийая наб., д, 4/5 исцт ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектна рующий его электрод, причем этот и считывающий по постоянному току электроды расположены по обе стороны общего электрода, который нмеет .одно или несколько отверстий с концентрацией реагента, близкой к концентрации на его поверхности, а расстоянне между экраннруюшнм интегральный отсек и общим электродамн, длина отверстня в общем электроде и расстояния между его электропроводяыми поверхностями в поперечном сеченяи общего электрода не превышают расстояния между общим и считывающим по постоянному току электродами,2. Преобразователь по п. 1, о т л н ч а в щ и й с я тем, что, с целью новы щения уровня технологии промышленного производства, общий электрод выполнен изнескольких, например, двух элементов, расположенных с перекрытием по длине в разнмх параллельных плоскостях интегрального 5отсека бипланарной.конструкция а экранирующий интегральный отсек и считывающий попостоянному току электроды расположены сразных сторон этого перекрытия, прячемсчитывающий - внутри периметра противолежащего ему элемента общего электрода.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе;1, Трейер В, В, и др, Электрохнмнческнеинтегрирующие и аналоговые запоминавщне д 5 Ьлементы, М 1971. 69-68.2. Авторское свидетельство СССРМ 414640, кл. Н 01 Д 9/22, 1972,