Чувствительный элемент диффузионного датчика механических сигналов

Союз СоветскинСоциалистическинРеспублик ОП ИСАЙКЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1940274(53)М. Кл. Н 019/22 3 Ьнудлрнтнснный коинтат СССР нв яелаею нзобретеннЯ в отнрытнЯ(5 Й) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДИФФУЗИОННОГО ДАТЧИКА МЕХАНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к измеритель.- ной технике, в частности, может быть использовано в диффузионных преобразователях механических сигналов, предназначенных для регистрации Ьскорений, скоростей, смещений, перепадов давления и др. Известен чЬвствительный элемент для диффузионных преобразователей .механических сигналов, состоящий из измерительного электрода, представляющего собой пористую инертнЬа электро- проводную массу, заключенную в полую оболочкЬ иэ инертного материала, на з пример титана, с наружной стороны покрытой непроводящим слоем окисла титана и имеющей в центральной части отверстия для ввода и вывода электролита, причем вышеуказанная пористая масса составлена из карбида титана, и противоэлектрода, выполненного из металла платиновой группы 1 11. Известен также чЬвствительный элемент для диФФузионных преобразователей механических сигналов, состоящийиз измерительных электродов и противоэлектродов, выполненных из платиновой сетки и расположенных в полойоболочке иэ инертного материала, например пентона, снабженной отверстиями для ввода и вывода электролита,причем для повышения чЬвствительности наружная поверхность противоэлектродов частично перекрыта перегородками из диэлектрика, а между электродами расположена поперечная перегород"ка 21,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому к предлагаемомЬ является чувствительный элемент,включающий измерительный электрод ипротивоэлектрод, размещенные по периферии отверстий, выполненных в донных стенках стаканов, обращенных одинк другому донными стенками, электри3 94027 чески изолированных друг от друга и выполненных из токопроводящего материала, например титана, наружные по верхности которых покрыты оксидным непроводящим слоем, найример из двуоки-си титана, а токоотводы подсоединены к наружным поверхностям стаканов 3)Основной недостаток вышеописанных чувствительных элементов - дополнительное падение уровня выходного сигнала на верхней границе частотного диапазона (начиная с 0,5 в . 1 Гц) связанное с тем, что концентрация электроактивных ионов на входе в измерительный канал всегда меньше их концентрации на противоэлектроде (аноде), за исключением, случаев, когда входной сигнал имеет достаточно большую постоянную составляющую. При этом вышеуказанная разность концентраций (а следовательно, и падение чувствительности) возрастает с частотой внешнего сигнала. Это объяс няется значительным диффузионным сопротивлением пространства между изме-рительным электродом катодом и противоэлектродом (анодом), связанным с удлинением пути электроактивных ионов от анода к катоду, поскольку . расстояние между ними, как правило, превышает десятые доли миллиметра (при меньших расстояниях между анодом и катодом имеет место опасность их короткого замыкания).Цель изобретения - повышение чувствительности датчика на верхней грани- З 5 це частотного диапазона (порядка0, - 1 Гц).Указанная цель достигается тем, что в чувствительном элементе диффузионного датчика механических сигналов, содержащем подложку из инертного к электролиту металла, покрытую непроводящим слоем, измерительный электрод, размещенный на стенке измерительного канала, выполненного в подложке, и противоэлектрод, противоэлектрод выполнен в виде кольцевого пленочного слоя, нанесенного на не- проводящий слой одной из торцовых сторон подвижки.На чертеже показан чувствительный элемент, общий вид.Он состоит из подложки 1, выполненной из инертного к электролиту (иод-иодид) металла, например, тита на, .в которой выполнен измерительный канал, представляющий собой, например, систему параллельных цилиндри 1ческих отверстий диаметром 0,1-0,2 ммстенки канала покрыты пленочным рабочим слоем 2 из металла платиновойгруппы, являющимся измерительнымэлектродом. Электрод 2 имеет электрический контакт с телом подложки 1.Наружная поверхность подложки покрыта непроводящим слоем 3, например,из двуокиси титана. Непосредственнона непроводящий слой одной из торцевых сторон подложки нанесен кольцевойпленочный слой 4 из металла платиновой группы. Этот пленочный слой является противоэлектродом. Током 5 имеетэлектрический контакт с пленочнымрабочим слоем измерительного электрода 2, а токоотвод 6 подсоединен к противоэлектроду 4,Таким образом, предложенный чувствительный элемент представляет собоймодуль, где оба электрода (катод ианод) расположены на общей подложкеи электрически изолированы друг отдруга. При этом расстояние междукатодом и анодом равно толщине непговодящего слоя из двуокиси титана-порядка 0,5 - 0,8 мкм.Предложенный чувствительный элемент работает следующим образом.Электроды чувствительйого элемента подключают к источнику постоянного напряжения порядка 0,5 В, причемпротивоэлектрод соединяют с положи"тельным полюсом, а измерительныйэлектрод - с отрицательным полюсомбатареи. После включения источникапитания в чувствительном элементеустанавливается стационарное распределение концентрации электроактивныхионов. максимальная концентрация нааноде и практически нулевая концентрация на стенках измерительного канала катода. При этом, поскольку расстояние между анодом и катодом в данном чувствительном элементе составляет доли микрона, то концентрацияэлектроактивных ионов на входе в измерительный канал практически равнаисходной концентрации (на аноде).В цепи чувствительного элемента устаяьйавливается начальный (фоновый) токпорядка десятой доли миллиампера. Приналичии внешнего механического сигнала возникает поток электроактивныхионов через чувствительный элемент.Поскольку концентрация электроактивных ионов на поверхности измерительно"го канала равна нулю, а на входе вканал имеет максимальное значение,5 94027 то доставка указанных ионов к считы вающему электроду, осуществляемая с помощью диффузии, происходит по минимальному пути. Это означает, что предлагаемый чувствительный элемент практически не вносит запаздывания в выходной сигнал, связанного с удлинением диффузионного пути электроактивных ионов и поэтому обладает ми" нимальным временем релаксации пере" 1 О ходного процесса и оптимальной амплитудно-частотной характеристикой (обладающей минимальным спадом амплиту" ды на верхней границе).Предлагаемый чувствительный эле мент позволяет поднять чувствительность диффузионного преобразователя на верхней границе его частотного диапазона 1 Гц) в 2 - 3 раза. Это делает АЧХ преобразователя в области высоких частот (порядка 1 - 5 Гц) более.равномерной. Например, если при известных чувствительных элементах наклона АЧХ в сторону высоких частот составляет величину порядка 20 дб/дек, 2 з то при использовании предлагаемого чувствительного элемента тот же на-, клон может быть уменьшен до 12 -;15 дБ/дек.Применение предлагаемого чувстви; тельного элемент в диффузионных преобразователях первичной информации по зволит расширить номенклатуру датчиков, используемых в народном хозяйстве.формула изобретенияЧувствительный элемент диффузионного датчика механических сигналов, содержащий подложку из инертного к электролиту металла, покрытую непроводящим слоем, измерительный электрод, размещенный на стенках измерительного накала, выполненного в подложке, и противоэлектрод, о т л и ч а ю ;., щ и й с я тем, что, с целью повыше" ния чувствительности датчика на верхней границе частотного диапазона, противоэлектрод выполнен в.виде кольцевого пленочного слоя, нанесенного на непроводящий слой одной из торцовых сторон подложки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СВА И 3295027,кл. 317-230, опублик 19662. Авторское свидетельство СССРЮ 418745, кл. Н 01 8 9/22 19723. Авторское свидетельство СССРУ 641517, кл. Н 010 9/22, 1976 )прототип) .ителТ актная город,Состав ор И. Ковальчук Техреду 1681/76 Тираж8 НИИПИ Государственнопо делам иэобрете Филиал ППП "Патент", г,Полунинаа Корректор Ю Макаренко Подписное о комитета СССРий и открытийауаская наб, дУ П