9.6 Химотронные преобразователи (ионисторы)
Ионисторы – разновидность электрохимических преобразователей, основанных, подобно полупроводниковым диодам и транзисторам, на использовании запирающего слоя, обедненного носителями электрических зарядов. Такой слой можно получить в электролитах, содержащих как окисленные, так и востановленные формы определенных ионов, например I3-/I-, Fe+++/Fe++ и др. На рисунке 9.13 показано устройство ионистора – электрохимического диода. В качестве электролита используется водный раствор KI с небольшой добавкой иода I. Такой электролит с инертными электродами образует обратную окислительно-восстановительную систему. Одним из электродов является торец тонкой платиновой проволоки, а другим – цилиндр из платиновой фольги. При отрицательной полярности микроэлектрода, когда он является катодом, на нем восстанавливаются окисленные ионы I3- ( I3-+2e 3I- ), концентрация которых мала, и у этого электрода образуется запирающий слой, поэтому диод закрыт. При положительной полярности микроэлектрода, когда он является анодом, на нем происходит окисление ионов I- (3I3-I3-+2e), концентрация которых велика, вследствие чего сопротивление перехода “микроэлектрод – раствор” уменьшается и диод открывается.
Пороговые значения напряжения у диодов составляют десятки мВ, а обратный ток 10-8А. Предельное напряжение питания не должно превышать 0,9 В (из-за пробоя). Дрейф выходного сигнала интегратора-тетрода, приведенный ко входу составляет 10-9А.
Области применения. Интегрирование и усиление постоянных токов, выпрямление, усиление и генерирование переменных токов низкой и инфранизкой частот.
Рисунок 9.14 Схема для измерения давления
с помощью ионистра γ
Измерение давлений, ускорений, перемещения, магнитной индукции и других величин основаны на перемещении (конвекционные ионисторы) окисленных ионов вместе с движущимся электролитом (рисунок 9.14). Ионисторы отличаются высокой чувствительностью в шпроком диапазоне измерений. Известны ионисторы с чувствительностью к давлению 60 мкА/Па, измерители ускорений в диапазоне 0,01-10 м/с2. Частотный диапазон лежит в пределах 0,001-200 Гц.
9.7 Электрокинетические преобразователи
Электрокинетические преобразователи основаны на явлениях электросноса и потенциала течения. Известны две разновидности преобразователей: проточные – с непрерывным расходом жидкости и “безрасходные” – одна и та же порция жидкости просачивается через перегородку то в одну, то в другую сторону (рисунок 9.15). пористая перегородка выполнена из стекла или фарфора и покрыта с двух сторон электродами в виде металлической сетки. Диаметр пор 10-90 мкм. Чувствительность преобразователей при диаметре пор 30-60 мкм составляет 10-50 мкВ на один Н/м2 перепада давления на преобразователе. Динамический диапазон Дд=106-107, т.е. один и тот же преобразователь пригоден для измерения давлений от 0,1 Н/м2 до 1МН/м2 (от 10-6 до 10 ат). Чувствительность электрокинетических преобразователей при измерении ускорений составляет несколько мВ на 1g. Напряжение тепловых шумов ~ 1 мкВ.
Рисунок 9.15 Схема электрокинетического
преобразователя Рисунок
9.14 Схема для измерения давления с
помощью ионистра γ
В качестве полярных жидкостей используется дистиллированная вода, этиловый спирт, уксусная кислота, ацетон. Основным источником погрешностей является температура и в сильной степени зависит от вида пары “перегородка-жидкость”. Частотные свойства преобразователей определяются механическими параметрами преобразователя, массой исследуемой жидкости, гидродинамической инерционностью самого эффекта и др. Ориентировочно считается, что динамическая погрешность составляет в среднем 2 % в диапазоне частот от сотых долей герца до нескольких кГц.