Файл: Стрижевский, И. В. Хемотроника.pdf

носителя. Выпрямление на границе электрод—раствор может иметь место в тех случаях, когда электрохимиче­ ское перенапряжение анодной и катодной реакций резко различно или когда скорость одной из реакций ограничена концентрационной поляризацией *.

На основании сопоставления явлений, свойственных полупроводниковым и электрохимическим концентрацион­ ным триодам, можно сделать вывод о некоторых несом­ ненных преимуществах приборов второго вида.

Датчики давления

Концентрационными датчиками давления называют элек­ трохимические ячейки, принцип действия которых основан на преобразовании механического воздействия в гидравли­ ческое движение электролита относительно электрода, на котором протекает электрохимическая реакция. Ток через электрод, обтекаемый электролитом, много больше тока через электрод, находящийся в покоящемся электро­ лите, так как в первом случае кроме диффузии в переносе ионов участвует и конвекция.

Разрез типичного датчика давления изображен на рис. 17. Торцы цилиндрического корпуса из химически стой­ кого материала закрыты гибкими мембранами 1. Выступы корпуса разделяют внутренний объем датчика на два от­ сека, сообщающиеся через центральное отверстие, в кото­ рое вставлен катод 2; в катоде имеется отверстие, через которое электролит может перетекать из одного отсека прибора в другой. Внутри отсеков помещены 'аноды^5. І«а Ячейка заполняется водным или спиртовым раствором йодид—трийодида или ферри—ферроцианида. Наиболее часто употребляется водный раствор 2 н. КІ и 0,05 н. І2. Как правило, концентрация восстановленной формы элек­ тролита должна в 10—50 раз превышать концентрацию окисленной формы. Поскольку катодом служит малый электрод, а концентрация окисленной формы мала, то

*В описанных концентрационных днодах-выпршштелях реализуется второй случай, поскольку в зтпх приборах используются электролиты с резко различной концентрацией окислителя и восстановителя у мнкроэлектрода; второй электрод ячейки, деполяризующийся, выполняет роль металличе­ ского контакта.

78

79

тода покрыта электропроводным материалом, благодаря чему реакция идет только на этой поверхности. Путем под­ бора размера и расположения отверстий можно добиться, чтобы выходной ток был пропорционален корню квадрат­

скорости / ВЬ1Х= aN (1+ (ЗУ); ß=const. В цилиндре имеется конусообразное отверстие, в которое вставлен усеченный конус 1 из изоляционного материала. В зазоры между ко­ нусом и блоками 2 плотно вставлена платиновая сетка 5; на этой сетке происходит электрохимическая реакция. Когда раствор течет слева направо, выходной сигнал ячейки будет линейной функцией скорости потока, так как фактически все ионы I“ захватываются сеткой и вос­ станавливаются.

Электрод с выходным сигналом, являющимся лога­

с коническим отверстием 1. В цилиндр вставлен элект­ род 2, представляющий собой тонкую металлическую пластину (0,0025 см)\ торец пластины служит поверх­ ностью, на которой происходит реакция.

Существует много конфигураций электродов для дат­ чиков давления, и все эти электроды дают различную функциональную зависимость выходного тока от скорости потока электролита.

Несмотря на кажущуюся простоту устройства электро­ химических концентрационных датчиков, их принцип действия основывается на сложном комплексе электрохи­ мических, гидрохимических и механических процессов, и все эти процессы должны быть учтены при конструиро­ вании прибора. Особые трудности связаны с конструиро­ ванием блока чувствительного катода.

Существенной причиной нестабильности работы элек­ трохимического датчика давления может явиться проник­ новение через тонкую мембрану кислорода из окружаю­ щей среды в раствор электролита. Кислород вступает в реакцию с ионами І~, в результате чего чувствительность прибора сразу же изменяется. Для устранения этого явле­

80

В результате падение напряжения на сопротивлении Л, возрастает по сравнению с падением напряжения на Л2 и появляется выходной сигнал Ums. При изменении знака разности давления на мембранах увеличивается ток через правый катод, что приводит к изменению полярности.

Электрохимические датчики давления имеют высокую чувствительность — до 3 мка-смУдин при пороге давлений

^бо>г Р,ІС* 10. Знакочувстшітслыіый I датчик разности давления

іI

до ІО2 дин/см2 в частотном диапазоне 0,001—100 гц, охватывая, таким образом, область динамических давле­ ний 102—104 дин/см2 и обеспечивая выходное напряже­ ние порядка 0,75 в; потребляемая рабочая мощность около 1000 мквт. Эти данные свидетельствуют о высокой эффек­ тивности применения этих приборов в области звуковых

иинфразвуковых частот, в частности в гидролокации. Если с внешних сторон мембран датчика прикрепить

инерционную массу, то его можно использовать в качестве аксельрометра для измерения линейных ускорений, дей­ ствующих вдоль оси прибора, или как виброметр. Кроме того, прибор может служить «датчиком прикосновения» или особо чувствительным микровыключателем, а также датчиком акустического сигнала. Рассмотрим в качестве примера датчик акустического сигнала (электрохимиче­ ский микрофон). г.

Существует много типов акустических преобразова­ телей, например угольные, проволочные, емкостные, пье­ зоэлектрические, электр окинетические, электрохимиче­ ские, логарифмические и линейные детекторы. Все они с переменным успехом могут работать в низкочастотном акустическом диапазоне. В угольных микрофонах, имею­ щих сравнительно высокую мощность выхода и достаточ-

82