Файл: Стрижевский, И. В. Хемотроника.pdf

Эффект возникновения потенциала вдоль раздела по­ верхностей нескольких жидкостей (U-эффект) может быть использован в электролитическом аксельрометре весьма простой конструкции — стеклянная трубка с капилляр­ ным каналом, где глобулы ртути разделены слоями раз­ бавленной серной кислоты. При ускоренном движении такого прибора в направлении, параллельном капил­ лярному каналу, между его концами возникает разность потенциалов, зависящая от величины ускорения в достаточно широком диапазоне.

Несмотря на простоту и высокую чувствительность, аксельрометры такого рода нашли применение только в лабораториях, поскольку они механически неустойчивы. При наклонном положении прибора глобулы ртути в капилляре постепенно скатываются на дно, а серная кислота оказывается в верхней части капилляра. Естест­ венно, что при этом прибор выходит из строя.

Однако механическую стабильность прибора можно резко повысить, установив вдоль капиллярного канала удерживающие кольца из материала, например платины, смоченного ртутью. Каждая глобула ртути будет на­ ходиться в контакте с одним из колец, прилипая к его поверхности. При этом остается некоторая свобода ограни­ ченного перемещения глобул в результате изменения их

формы при ускорении.

На рис. 29 показана схема такого аксельрометра. Его корпус 2 сделан из непроводящего материала — стекла, бакелита или другого пластмассового материала. Концы капиллярного канала 2 диаметром 0,25—0,5 мм гермети­ зированы. Капилляр заполнен глобулами ртути 3 и ело-

107

ями разбавленной серной кислоты 4. В крайние глобулы ртути погружены платиновые выводы 5. Стабилизирующие платиновые кольца 6 затоплены в стенки трубкц заподлицо с ее внутренней поверхностью. Материал для колец должен быть химически инертен, нерастворим в ртути и серной кислоте. В противном случае в электро­ литической ячейке, образованной кольцами и этими веще­ ствами, возможен значительный ток, а также выделе­ ние водорода.

При изготовлении^прибора кольца заглубляют в стенки трубки, а ,затем ее погружают в раствор нитрата ртути, находящийся над жидкой ртутью. Отрицательный полюс источника тока подключают к кольцам, а положитель­ ный — к жидкой ртути. При электролизе нитрата ртути ртуть осаждается на платиновых кольцах, образуя тон­ кий слой амальгамы, которая смачивается ртутью, не рас­ творяясь в ней. Размеры и положение глобул ртути должны быть такими, чтобы кольца находились в кон­ такте только с центральной частью глобулы; тогда пе­ риферия поверхностей раздела будет касаться скорее стеклянного корпуса, нежели кольца. Это резко снижает влияние стабилизирующих колец на работу аксельрометра, обеспечивая в то же время неподвижность гло­ бул.

Во время работы прибора капиллярный канал должен быть параллелен направлению, вдоль которого измеряют ускорение. Выводы подключаются к измерительному при­ бору, например ламповому вольтметру, который может быть отградуирован в единицах ускорения.

Электрокинетические преобразователи, действующие по описанному принципу, используются в гидрофонах, работающих в диапазоне 60—1о50 гц, а также в электро­ фонографах, кардиографах, стетоскопах, телефонах, мик­ рофонах и т. д.

Как мы уже говорили, U-эффект обратим. Это значит, что, когда к электродам в капилляре приложено напря­ жение, капли ртути начинают двигаться. Используя это явление, можно создавать генераторы механических коле­ баний малой мощности, работающие в очень широком диапазоне частот.

108

Потенциал седиментации и явлений* близкие к электрошшетическим

При осаждении в полярной жидкости неэлектропровод­ ной твердой фазы (песок, стеклянные .шарики и т. д.) происходит «размыв» двойного электрического слоя, суще­ ствующего на границе между жидкостью и дисперсной фазой. В результате осаждающиеся части приобретают некоторый избыточный заряд, величина которого зависит от природы жидкой фазы, материала частиц и скорости оседания последних. Именно движение электрически за­ ряженных частиц — причина разности потенциалов между электродами, помещенными на разной высоте в среде, где происходит осаждение дисперсной фазы под действием силы тяжести. Это явление называется эффектом потен­ циала седиментации. Как показывает теоретический ана­ лиз, основанный на модели сферических частиц, величина потенциала седиментации

Ее — потенциал седиментации; г— радиус сферических частиц; С — концентрация частиц; Q и <?0 — плотность дисперсной фазы и среды; т] — вязкость среды; к — электропроводность дисперсной фазы; е — диэлектрическая постоянная; С — дзета-потенциал

Как видно из уравнения, потенциал седиментации пропорционален ускорению силы тяжести. Такая зависи­ мость дает возможность создавать электрокинетические преобразователи типа линейных датчиков механических величин, например датчиков линейных ускорений и виб­

раций.

Один из таких электрокинетических седиментационтгьтх приборов показан на рис. 30. Измерительный отсек 1 и два вспомогательных отсека 2 ж3 соединены капил­ лярами. Отсек 2, где находится дисперсная фаза 4, ис­ пользуется для заливки и герметизации прибора. В от­ секе 1 имеются два сетчатых электрода 5. На дне отсека 3 скапливается «отработавшая» фаза 6. При ускорении объекта, на котором расположен прибор, между его сет­ чатыми электродами возникает потенциал седиментации, пропорциональный величине этого ускорения. Время непрерывного измерения определяется временем осажде­ ния дисперсной фазы.

І09

Эти изменения фиксируются как изменения потенциала электрода.

В литературе описаны гидрофоны, чувствительным элементом которых служит проводник, покрытый порис­ тым слоем хлопчатобумажного или шелкового волокна, а также устройства для измерения ультразвуковых коле­ баний.

Впреобразовании переменного механического сигнала

вэлектрический может участвовать коллоидный потен­ циал. При прохождении звуковой волны через раствор электролита движение разноименно заряженных сольватированных ионов неидентично, так как ионы неодинаковы по своим массам- и коэффициентам трения. Благодаря этому между точками жидкости с различными амплиту­ дами скорости возникает переменная разность потен­ циала. Практическое использование этого эффекта за­ труднительно из-за малой величины коллоидного потен­ циала.

Известен ряд интересных электрических явлений в суспензиях некоторых твердых веществ в маслянистых растворителях. Если такую суспензию, например суспен­ зию кремния в минеральном масле, подвергнуть сдвиго­ вой нагрузке с помощью электрически проводящих поверхностей двух тел, электрические свойства суспен­ зии станут иными — уменьшится сопротивление постоян­ ному току, изменится диэлектрическая постоянная, про­ изойдет генерирование потенциала. Степень этих измене­ ний зависит от скорости сдвига, температуры, расстоя­ ния между поверхностями и состава суспензии; величина получаемого потенциала зависит также от материала по­ верхностей.

В общем случае электродинамическая жидкость со­ стоит из слабопроводящего вещества в неполярном масля­ нистом растворителе с диэлектрической постоянной менее 5. Средний диаметр частиц слабопроводящего вещества, которое может быть пьезоэлектрическим, колеблется в пределах 0,001—5 мк, предпочтительнее 0,01—1 мк. Наиболее подходящим материалом является сильно раз­ мельченный кремний (не пьезоэлектрик), алюминиевый октоат, алеат или стеорат, титанат бария, стеорат каль­ ция или цинка, окись свинца, силикат магния и др. Рас­ творителем чаще всего служит рафинированное раститель­ ное масло.

ІИ