Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Касимзаде М.С. Электрокинетические преобразователи информации

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

9.11 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1411 12 13 14 > Следующая >>>

80 000	гц, позволяющий	измерять ускорение от				0,01		до
1 000	g.
Электрокинетический		угловой	акселерометр.			Электро -
кинетпческие преобразователи			могут	успешно			приме
			няться	т а к ж е для изме-.
			рения	угловых			компо
			нентов	вибрации				[Л.
			117]. Н а рис.			47	пред
			ставлен угловой				ЭК - ак -
			селерометр, с			помощью
			которого		можно		изме
			рять	как	постоянное,
			так и переменное угло
			вые	ускорения.			Эти
			приборы		устойчивы			к
			побочным		внешним			ви
			брациям . Д л я			увеличе
Рис. 46. Трехкомпонентпый ЭК-аксе-			ния	чувствительности
			корпус	датчика			выпол
лерометр.			няют многовитковым.

При вращении тороида вокруг оси за счет инерции рабочей жидкости на перегородке образуется перепад давления

А/? —2я.ргсоУ гл,

где р — плотность рабочей жидкости; / — расстояние от центра массы жидкости до оси вращения прибора; Мугл — угловое ускорение. Перепад давления вызывает фильтрацию жидкости через перегородку, поэто му на выходе преобразователя воз никает потенциал протекания

е | р г 2

(.Kv

^s)

"угл-

Во избежание появления допол

нительного

давления,

и с к а ж а ю щ е г о

Рис.

47.

Элект.роки-

входной

сигнал,

корпус акселероме

тра д о л ж е н

быть

жестким .

Порог

нетический

угловой

акселерометр.

чувствительности

прибора

составля

ет

около

0,01

рад/сек2.

Д л я

увеличения

верхнего

предела

частот необходимо

увеличить

объем

жидкости

в камерах,

что

приводит

возрастанию

размеров

акселерометра.

Необходимо

100

т а к ж е учитывать резонансные явления, могущие возник нуть при соизмеримых размерах акселерометра и длины

волны

внешних возмущений.

Электрокинетический

измеритель

угловой

скорости

вращения

(Ж-тахометр).

Р а б о т а ЭК - тахометра

бази

руется

на

принципе

преобразования

скорости

вращения

частоту

изменения

потенциала

течения, возникающего

на

выходе

Э К П , механически

связанного

контролируемым

валом

[Л.

118].

Принципиальное

устройство

прибора

показано

на

рис. 48.

отличие

от

обычной

конст

рукции в данном случае каме

ры

Э К П

заполняются

рабочей

жидкостью не полностью. Пре

образователь крепится к испы

туемому

валу

таким

образом,

Рис.

48.

Устройство

ЭК-та

чтобы

рабочая

плоскость

пори

стой перегородки была перпен

хометра.

/ — пористая перегородка;

2—•

дикулярна

торцу

вала .

При

выводы

датчика;

3 — т р у б к а ;

вращении

последнего

ж и д

4 — контролируемый

вал;

5 —

рабочая

жидкость.

кость, находящаяся в одной из

камер

преобразователя,

под действием

силы

тяжести

протекает через пористую перегородку. В результате это го между электродами датчика возникает разность по


тенциалов,		частота которой			прямо	пропорциональна
числу	оборотов		вала . И з м е р я я		частоту	выходного	напря
жения,	можно		определить	скорость		вращения	контро
лируемого		вала.	Частотный	метод измерения исключает

дополнительные погрешности за счет преобразователя и

линии	связи. Д л я	компенсации		силы упругости, обуслов
ленной	воздушной	подушкой и		парами	жидкости внутри
преобразователя		на	плотной	посадке,	устанавливается
трубка, с в я з ы в а ю щ а я			обе камеры непосредственно.

Верхний предел измеряемой скорости вращения, опре деляемый из условия равенства силы тяжести и центро бежной силы [Л. 119]:

где g — ускорение силы тяжести и г — расстояние от оси вращения до центра массы жидкости.

На рис. 49	представлены осциллограммы, получен
ные при двух	скоростях вращения вала .

К основным преимуществам ЭК - тахометра относятся возможность измерения очень малых чисел оборотов, высокая точность, простота конструкции, малые масса и

габариты. Наличие		скользящих контактов — основной
его	недостаток.
Электрокинетические		преобразователи	биомеханиче
ских	параметров. В настоящее время в медицине при фи
		зиологических	исследовани-

Рис. 49. Осциллограммы, полученные от ЭК-тахометра.

ческих величин. Однако в ряде случаев используемые преобразователи различных биомеханических параметров (мышечное движение, давление внутри сосудов, пульсо вые колебания сосудов и т. д.) — пьезоэлектрические, ин дукционные, индуктивные, емкостные и другие не пол

ностью удовлетворяют	предъявляемым	требованиям .
Сравнительная оценка [Л. 68] показывает, что при
менение Э К П позволит	создать более	совершенную	си
стему преобразования	некоторых биомеханических		па
раметров.
Г л а в н а я трудность	при разработке	Э К П биомехани

ческих параметров заключается в удовлетворении проти воречивым требованиям: миниатюризации конструкции при одновременном получении относительно высокой чув ствительности и достаточно малого значения нижней граничной частоты. Необходимо т а к ж е обеспечить про-

102

	Технические		данные	ЭКП	биопараметров
Рабочий диаметр пористой перегородки, мм						12
Толщина	пористой	перегородки, мм				1,5
Средний	диаметр	пор, мкм			мм	2
Рабочий	диаметр	полиэтиленовых		мембран,	мм	16

Используемая жидкость								Ацетопитрил
Удельная		электропроводность		залитой	жидкости,
0М-1-СМ-1								2 - Ю - 0
Внутреннее		сопротивление, ком						80
Максимальная			чувствительность	при работе		на нагрузку
1 500 ком/150			ком, МКВ-М-/Н					40/20
Нижняя	граничная частота, гц							0,8
Габариты:			мм
диаметр,			мм					26
высота, мм								10
Масса,	г							7
Н а	графиках рис. 51 приведены					образцы одновремен
ной записи			от трех Э К П , расположенных				на	различных
участках тела человека [Л. 121]. Кривая							1,	полученная
от датчика,			установленного под надувной					манжетой*,
и з о б р а ж а е т тахоосциллограмму,					кривая 2 — запись пуль-

		з
40	/Ч		60			80
Рис. 51. Осциллограммы,			полученные от		ЭКП-биопара-
метров.
са с лучевой артерии,		кривая 3 — кинетокардиограмму,
кривая 4 — метку	времени		и амплитуды		давления в на
дувной манжете в миллиметрах ртутного					столба.
И м е я относительно		широкий		частотный		диапазон,
Э К П биомеханических		параметров		фиксирует		т а к ж е ко

лебания более низких частот. Это позволяет с помощью

одного датчика	регистрировать несколько параметров
Щ»
1 Давление под	манжетой изменяется по заданной программе

в пределах 20—160 мм рт. ст.

(

одновременно. Датчики отличаются простотой устройст ва и. эксплуатации, имеют малые массу и габариты, не нуждаются в источнике питания, не требуют специальной регулируемой фиксации в точке контроля и могут быть установлены непосредственно на контролируемом участ ке тела пациента без предварительного преобразования первичной информации в промежуточный пневмосигиал.

Эти и другие достоинства делают их перспективными для применения в ряде специфических областей, напри мер в авиационной и спортивной медицине, в клиниче ской практике при физиологических исследованиях функ ций организма и т. д.-

[Л. 122] указывается на применение

Э К П

для

запи

си кровяного

давления

мелких

сосудах. Д а т ч и к

пред

ставляет

собой трубку

из

найлона

диаметром

1 мм •

и длиной

мм,

электро

ды — хлор-серебряные.

Перегородка

состоит

из

гранулированного

поли

пропилена

максималь

ным

диаметром

пор

100 мкм.

В качестве

жид

кости

использована

ди

стиллированная

вода.

Внутреннее

сопротивле

ние 50 ком,

чувствитель

ность

датчика 1,25

мв

на

Л-Д

1 мм

рт. ст.

Электрокинетичес

к и й

анализатор

спектра

меха

Рис.

52.

Электрокинетический

нических

колебаний

(ЭК-

анализатор).

Электроки

анализатор

спектра механических

колебаний.

нетические

преобразова

/ — внутренняя

полость;

2 — камера;

тели, так

ж е

как

преобра

3 — рабочая

жидкость;

4 — мембрана;

зователи

других

типов,

5 — электрод;

6' —

перегородки.

обладают частотно-изби

рательным свойством. Н а

основании этого

свойства

был

разработан ЭК - анализатор спектра механических коле


баний [Л. 123],	принципиальное		устройство	которого
представлено на	рис. 52.
Одна из половинок внутренней			полости' корпуса Э К П
разделена на две		камеры, к а ж д а я	из которых	является
Э К Я , содержащей		пористые перегородки с различными

8—24

105

структурными данными. Во второй полости

размещены

общие для всех камер электрод, мембрана

н е р а б о ч а я

жидкость. Р а з м е р

пор перегородок выбирается так,

что

бы

к а ж д а я

из них

выделяла

только

определенную

поло

су

частот.

При воздействии на входную мембрану

механических

колебаний

сложного

спектра

между

общим

электродом

и к а ж д ы м

из других

электродов

появится

разность

по

тенциалов,

величина

которой при

прочих равных усло

виях

зависит

от размера

пор

соответствующей

по

ристой перегородки. В об

ласти низких частот дан

ный

преобразователь

об

ладает

свойством

гС-

фильтра

частотная

за

висимость

выходного

на

пряжения

определяется

р а з м е р а м и

пор перегород

о,ч 0,61 2 зч 6 ю

гозо вогц

ки.

Чем

меньше эти

раз-

.меры,

тем

более

низкие

частоты

преобразователь

Рис.

53. Характеристики

ЭК-ана-

будет

фильтровать,

лизатора.

увеличением

разме

ра

пор нижний частотный

предел, с которого начинается плоская часть частотной

характеристики			выходного напряжения,					перемещается
в область более высоких частот.
Корпус анализатора выполнен из полиэтилена. Пори
стая перегородка 6 из керамики,						диаметр		пор	80		мкм;
перегородка 6'			из керамики,		диаметр		пор	0,9—1,3			мкм.
Р а б о ч а я		жидкость — ацетон.			Габариты			прибора			6 0 Х
Х 4 0	мм.
Анализ полученных характеристик							(рис. 53)		показы
вает,	что	на ячейке		(см. рис.	52)	с перегородкой			6'	(кри
вая	/ ) выделяются			частоты	с в ы ш е 0,8		гц,	а на		ячейке
с перегородкой			6	(кривая	2) — частоты,			свыше		80	гц.

Электрокинетический анализатор может успешно приме няться д л я предварительного анализа спектра механи

ческих колебаний, например при вибрационных					измере
ниях.
Использование		электрокинетических		преобразовате
лей	для контроля	состава	оюидкостей.	Согласно	уравне
ниям	(4) — (6) выходное		напряжение £/В Т ) Т Х и чувствитель-

ность по давлению s Э К П при данной выбранной преоб разующей перегородке зависят от физико-химических свойств рабочей жидкости, а именно пропорциональны ее диэлектрической проницаемости є, ^-потенциалу, обратно пропорциональны вязкости \х и удельной электропровод ности Хо-

В принципе, используя выражения (4) — (6), можно создать Э К Д вязкости, электропроводности, диэлектриче ской проницаемости.

Наличие в «чистой» жидкости других компонент бу

дет сопровождаться изменением ее констант,			а . следова
тельно, изменением	выходного	н а п р я ж е н и я	Э К П .
Таким образом,	используя	пористую	перегородку

определенного свойства и структуры и эталонную ж и д кость или предварительно откалибровав Э К П по вы ходному напряжению, можно определить «степень чи стоты» контролируемой жидкости. По значению выходно

го

напряжения,

располагая

калибровочной

кривой,

можно определить

т а к ж е

концентрацию

одной

жидкости

в другой [Л. 156]. Естественно, наибольшую

чувствитель

ность ЭК - анализаторы будут иметь в

случае

полярных

жидкостей.

Исследова

нк8-мг/н

л а с ь чувствительность

ге

нераторного

Э К П

к изме

нению концентрации двух-

Ацетон

Р^Омнбод.ш

компонентных

полярных

жидкостей,

частности,

в ы я в л я л а с ь

зависимость

потенциала

протекания

чувствительности

от

со

д е р ж а н и я воды

в ацетоне,

этиловом

изопропило-

ft S2 °/, 60

вом

спиртах.

Рис.

54.

Зависимость

чувствитель

Анализ

полученных ре

ности

ЭКП

от

концентрации

жидкости.

зультатов,

представлен

ных на графиках рис. 54, показывает, что выходное напря


жение и чувствительность Э К П при			малой концентрации
воды в исследуемых продуктах резко			снижается с увеличе
нием содержания	воды при практически линейном харак
тере зависимости	чувствительности от концентрации. Та
к а я зависимость	весьма в а ж н а с практической точки зре
ния, ибо д л я производственного		контроля		представляет
интерес высокая	чувствительность	и линейность преобра
зования измерительного устройства			именно	при малых

107

концентрациях одного вещества в другом, для определе ния примесей в основном продукте.

Проведенные исследования дают основание создать на базе генераторных Э1\П приборы для измерения кон

центрации		н	контроля		качества	жидкостей.
	Электрокинетические				датчики	концентрации			и	соста
ва могут быть использованы в производственном										потоке
для непрерывного контроля и в лабораторных									условиях
для экспресс-измерений.
19. ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРООСМОСЕ
Обычная		электроосмотическая				ячейка в		большинстве
применений		играет		роль	микронасоса. Ячейка диаметром
62,5	мм, толщиной			18,75	мм при	напряжении		1 в	и	объе
ме	рабочей		жидкости		5—10	см3	развивала		усилие
				1 1	500 н/м2	[Л.	130].

Эта ячейка может служить гене ратором механических колебаний [Л. 58] и работать в качестве вольт метра (рис. 55). Такой вольтметр очень прост по устройству. При из мерении напряжения на входе от нуля до 10 б уровень жидкости изменяется на 100 мм [Л. 67].


			В некоторых		случаях		ЭОЯ		мож
		но	успешно применить				в	качестве
Рис. 55.	Электро	реле (рис. 56). При подаче напряже
		ния	на	электроды		происходит			по
осмотический	вольт	вышение		уровня		ртути	в	камере
метр.
		и	з а м ы к а н и е		цепи с		контактами

[Л. 53]. Включением в сигнальную цепь емкости и сопро тивления можно изменить время срабатывания .

Устройство простейшего электроосмотического интегра

тора было показано			на	рис. 12,г. Считывание интеграла
может	осуществляться			визу
ально,	фотоэлектрическим				или
другими методами [Л. 54].
В электроосмотическом					ин
теграторе, описанном			в	[Л. 146],
считывание		производится			ви
зуально, по линейному				переме
щению	индикатора.		На ЭОЯ,			Рис.	56.	Электроосмотиче
с о д е р ж а щ е й		керамическую			пе
регородку		диаметром		20	мм,	ское	реле.
						/ — ртуть;		2 — контакты.

толщиной

3 мм

размером

пор

1 мкм,

рабочую

жид

к о с т ь — дистиллированную

воду,

получен

расход

жид

кости 3 - Ю - ' 1 см3/сек

на

при

внутреннем

сопротив

лении

r B =

18 ком.

измерительной

трубке

диаметром

0,5 мм

жидкость

движется

со скоростью

0,15

см/сек

на

1 в. При токе 17,1

мка

перемещение

жидкости

на

1 см

происходит за 20,4 сек. При снаб

жении

дополнительными

контакта

ми (рис. 57) устройство

выполняет

роль

электроосмотического

линей

ного коммутатора .

Если наружные контакты при

соединены

к сопротивлению,

изме

111

няющемуся по определенному зако

111

ну, то прибор будет играть

роль

Рис.

57.

Электроосмо

функционального

преобразователя

тический

линейный

[Л. 59].

коммутатор.

Предложенный в [Л. 131] преоб

разователь

(рис.

58)

подвижным

контактом

Э О Я

с неуплотненным

(щелевым)

поршнем т а к ж е

является

функциональным преобразователем . В корпус прибора вмонтирован кольцевой потенциометр с подвижным контактом, который соединен с поршнем.

В последнее время предложено несколько устройств [Л. .132], р а с ш и р я ю щ и х функциональные возможности

Э О П .

Б ы л предложен реак-

#тивный элемент, в кото ром в одном случае на

			наружной	стороне капил
			л я р а закреплены			два	ци
Рис. 58. Щелевой электроосмотн-			линдрических		электрода
			(рис. 59,а),	с л у ж а щ и х			об
ческий функциональный преобра
зователь.			к л а д к а м и	конденсатора,
1 — подвижный	контакт;	2 — поршень;	а в другом		случае		оба
3— кольцевой	потенциометр.		цилиндрических			электро

да выполнены в виде обмоток катушки				индуктивности
(рис. 59,6).
Учитывая, что		создание	установок д л я		калибровки

(градуировки) приемников давления инфранизкой часто ты, способных развивать давления, изменяющиеся по синусоидальному закону в относительно широких преде лах, встречает значительные трудности, было предложе но использовать д л я этой цели Э О П [Л. 63]. Отличитель-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1411 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ