Многоэлектродный электрохимический преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.11.75 (2l) 2193079/10

Союэ Советских

Социалистических

Республик (53) М. Кл.

Н Ol &9/22 с присоединением заявки И

ГееударстеекемЯ кеиетет

6евета Мекетреа СССР пе делам каейретехке . п еткрмтпЯ (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.04.78. Бюллетень Ж 14 (53) УДК 621.35 (088.8) (45) Дата опубликования описания 28.03.78 (72) Авторы изобретения

A. С. Богомаз, О, Г. Коль и N. Л, Фиш

Севастополмпнй прнборостронтельный чнстнтут (7l) Заявитель (54) МНОЮЭЛВКТРОДНЫЙ ЗЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1 2

Изобретение относится к области приборос.троення, а более конкретно; к электрохнмн-: ческнм преобразователям с обратнмымн окнслнтельно-восстановительными системами, Предлагаемый преобразователь может. быть использован для усиления н интегрирования электрических снгналов, например, в моделирующих устройствах, в нзмернтельной н вычислительной технике. о

Известны электрохнмнческне преобразователи концентрационного типа, герметичный корпус которых заполнен электролитом н . . содержит связанные между собой резервуар н ннтегральный отсек. Расположенные в этих 15 отсеках трн н более электрода служат для ввода входного сигнала, считывания выходного сигнала и предотврашеяня естественной диффузии реагента между.отсекамн, причем счнтываюший по постоянному тоху электрод 20 одновременно также н экранирует интегральный отсек, В некоторых преобразователях этот электрод состоит яэ двух элементов, расположенных по обе стороны общего электрода (1 j. 25

Существенными недостаткамн известных преобразователей являются: наличие скачков выходното тока прн подаче н снятия входного тока, изменение знака выходного тока н нелинейность в начале характеристики преобразования, а также взаимная связь цепей в преобразователе. Кроме того, недостатком известных преобразователей является естественная диффузия реагента: между его отсекамн, Она обусловлена изменением концентрация реагента в интегральном отсеке я вызывает нелннейность н гнстерезнсный внд характернсткн преобразования, а также временной дрейф выходного тока в режиме интегрирования н запомянаняя, нлн увеличения потребляемого тока от источника снгнала в режиме усиления.

Известен также преобразователь с дополннтельным, Счнтываюшнм по переменному току электродом расположенным в интегральном отсеке н лишенным функции его экраннровання (2). Все перечисленные выше недостатки свойственны и этому преобразователю, поскольку он также имеет отдельный экраннруюший резервуар электрод, а счяты603014 вающий по постоянному току электрод s нем выполняет экранированне интегрального отсека. Этн недостатки обусловлены тем, что входной ток проходит не только по внутренней входной цепи преобразователя, а от- 5 ветвляется также и во внешний участок выходной цепи, а в тетроде - также н во внещннй участок экранирующего резервуар электрода. Кроме того, в результате падения напряжения на сопротивлении нагрузки в

10 цепи считывающего по постоянному току электрода изменяется напряжение смешения на этом электроде, что дестабилизирует режим работы атого электрода как экранирующего интегральный отсек. дополнительным недостатком преобразователя со считывающим по переменному току электродом является низкое сопротивление этой выходной цепи, что может быть устранено только схемно, например, стабилизацией переменного напряжения между считывающнм по переменному току алектродом и общим электродом преобразователя, Целью изобретения является повышение точности преобразователя

Это достигается тем, ято в предлагаемом электрохимическом преобразователе концентрационного типа, содержащем заполненный электролитом герметнчнь>й корпус,. состоящий из резервуара, в котором размешен входной электрод, и интегрального отсекасраспопоженными в нем, по меньшей мере, одним считывающим по постоянному току, экранирующнм резервуар и общим элктродами, дополнительно введен электрод, экраннрующий-,,интегральный отсек, ъричем этот н считывающий по постоянному току алектроды расположены по обе стороны общего алектрода, который имеет одно яли несколько отверстий с концентрацией реагента, близкой к концентрации на его поверхности, а расстояние между акранирующим интегральный отсек электродом и общим электродом, длина отверстия в общем электроде, расстояния между электропроводными поверхностями этого отверстия в поперечном сечении общего электрода не превышают расстояния между общим и считывающим по постоянному току алектродамн.

В предлагаемом преобразователе функции считывания по постоянному току и акранирования интегрального отсека выполняют различные алектроды. При атом в цепи 55 экранируюшего интегральный отсек алектрода отсутствует сопротивление нагрузки, что исключает изменение его напряжения смешений. Кроме того, считывающий по постоянному току алектрод удален от акра- 5О пирующего интегральный отсек электрода.

При атом между ними расположены обшнй электрод и слой электролита в его отверстии (отверстиях) с относительно высокой концентрацией реагента. Это исключает как ответвление входного тока в выходную цепь, так и влияние режима работы считывающего алектрода на режим работы экранируюшего интегральнь>й отсек электрода.

Высокая концентрация реагента в отверстии (отверстиях) общего электрода достнгнута благодаря указанным размерам отверстия и расстояниям между алектродами в интегрльном отсеке, исходя из пинейного распределения концентрации реагента и диффузионном слое по Нернсту. Это обеспечивает также уменьшение объема интегрального отсека дия предотвращенияснижениячувствительности и верхней граничной частоты преобраэовате» ля по отношению к известным преобразователям с таким же расстоянием между считывающим по постоянному току и общим электр,одами, Второе отличие преобразователя состоит в том, что;с целью повышения уровня технологии промь>шпенного производства, общий алектрод выполнен из нескольких, например, двух алементов, расположенных с перекрытием по длине в разных параллельных плоскостях интегрального отсека бипланарной конструкции, а экраннрующий интегральный отсек и считывающий по постоянному току электроды расположены с разных сторон этого перекрытия в разных плоскостях интегрального отсека, причем считывающий - внутри периметра противолежащего ему элемента общего электрола.

Это обеспечивает технологичность предлагаемого преобразователя, свойственную преобразователям плоскостной конструкции, поскольку отверстие в общем электродещель между его элементами образуется непосредственно прн сборке преобразователя, а для изготовления алектродов может быть использована тонкопленочная технология.

На фиг. 1 изображен описываемый преобразователь в разрезе: на фиг. 2- показаны ус»оаное графическое изображение и схема включения преобразовате ля.

Преобразователь содержит корпус 1 с расположенными в нем резервуаром 2 и интегральным отсеком 3, В резервуаре 2 размещен входной электрод 4, а и интегральном отсеке 3 — алементь> экранирующего резервуар алектрода 5, алементы акранирующего интегральный отсек электрода

6, алементы общего электрода 7 и счить)ваюший по постоянному току электрод 8.

Материал корпуса - стекло, инертное к

603014 электролиту, платиновой группы. Материал электродов — платина или платино-иридиевый сплав, Элементы электродов 5 и 6 расположены попарно на противоположных стенках интегрального отсека 3, причем элементы электрода 5 — непосредственно на входе в интегральный отсек 3, а элементы электрода 6 - глубине отсека, вблизи элементов общего электрода 7.

Последние так же расположены на противо- 10 положных стенках интегрального отсека причем их передние кромки — на равном удалении от электродов 6. Задняя кромка одного из элементов общего электрода 7 расположена в конце интегрального отсека 15

3, где и задняя кромка противолежащего ему электрода 8, считывающего по постоянному току. Второй элемент общего электрода 7 расположен между этим электродом

8 и элементом экранируюшего интегральный 20 отсек электрода 6, Таким образом, между электродами 6 и 8 находится общий электрод 7 с шелью между его элементами.

Расстояния между электродами 5 и 6, 6 и 7 а также между их элементами не превышают расстояния между считывающим электродом 8 и общим электродом 7. Заполнение преобразователя электролитом производится через трубку в стенке резервуара 2 (на фигурах не показана), после чего эта трубка заваривается. Для тренировки и работы преобра. теля между его входным 4 и акранируюшим электродом 5 резервуара 2 включен источник поляризуюшего напряжения

9,, а между его общим 7 и экранируюшим

35 электродом 6 интегрального отсека — источник поляризуюшего напряжения 10, считывающий по постоянному току электрод 8 подключен к минусу ис очника напряжения

10 через сопротивление нагрузки 11. Клем40 мы "Вход" соединены с входным 4 и общим

7 с электродами преобразователя и служат для подключения источника электрического сигнала.

Работа преобразователя происходит следующим образом, С подключением источника электрического сигнала к клеммам

"Вход" преобразователя через его входную цепь проходит входной ток, Некоторая часть этого тока в зависимости от концентрации

50 реагента и резервуаре 2 ответвляется во внешний участок цепи экранируюшего резервуар электрода . 5, полная величина входного тока проходит по участку электролита

55 между электродами 5 и 6, некоторая часть входного тока в зависимости от концентрации реагента в интегральном отсеке 3 ответвляется также во внешний участок экранируюшего интегральный отсек электрода 6, и, наконец, полная величина входного тока проходит по участку электролита между элементами общего электрода 7, При этом считывающий по постоянному току электрод находится в стороне от входной цепи и удален от экранируюшего интегральный отсек электрода 6, а между ними расположен общий электрод 7 с относительно высокой концентрацией реагента в промежутке между его элементами. Поэтому исключено влияние входного тока на выходной, а выходного — на экранирование интегрального отсека 3, При использовании в качестве электролита растворов йодистого калия и йода величины направлений между электродами преобразователя не должны превышать 0,75 В, а при использовании растворов в димети пформамиде - 1,5 В.

Испытания предложенного преобразователя подтвердили эффективность примененных в нем технических решений и преимушеств перед известными преобразователями: отсутствуют скачки выходного тока при подаче и снятии входного тока, изменение знака выходного тока и нелинейность в начале характеристики преобразования независимо от величины входного тока (в пределах миграционного участка входной вольт-амперной характеристки): отсутствует влияние сопротивления нагрузки и напряжения смешения считывающего по постоянному току электрода на дрейф выходного тока в режиме интегрирования и запоминания или на величину тока, потребляемого от источника сигнала,в режиме усиления. Это повышает точность преобразователя. Верхняя граничная частота предложенного преобразователя определяется расстоянием между общим и считывающим по постоянному току электродами, как и в известных преобразователях, а чувствительность его примерно вдвое ниже. При этом более чем на порядок выше выходное сопротив-, ление, динамические диапазоны входного и выходного токов преобразователя, что способствует расширению области его применени я.

Формула изобретения

1. Многоэлектродный электрохимический преобразователь концентрационного типа, содержащий заполненный электролитом гермеI тичный корпус, состоящий из резервуара, в котором размещен входной электрод, и интегрального отсека с расположенными в нем, по меньшей мере, одним считывающим по постоянному току, экранируюшим резервуар и общим электродами, о т л и ч а ю ш и й-. с я тем, что, с целью повышения точности, в интегральный отсек введен экрани603014

Составитель И, Орлова

Редактор С. Хейфиц Техред М, Келемеш Корректор А. Власенко

Заказ 1865/4 Тираж 960 Подписное

ЦНИИ1!И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филисш 11ПП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 рующий eto электрод, причем этот и считывающий по постоянному току электроды расположены по обе стороны обшего электрода, который имеет.одно или несколько отверстий с концентрацией реагента, близкой к концентрации на его поверхности, а расстоянне между экраннруюшнм интеграль-. ный отсек и общим электродамн, длина отверстня в общем электроде и расстояния между его электропроводными поверхностями в поперечном сеченяи общего элекчрода не превышают расстояния между общим и считывающим по постоянному току электродами, 2. Преобразователь по п. 3,Д о т л н ч а ю m н и с я тем, что, с целью новы» щения уровня технологии промышленного производства, общий электрод выполнен из нескольких, например, двух элементов, расположенных с перекрытием по длине в разных параллельных плоскостях интегрального

5 отсека бипланарной. конструкция„а экранирующий интегральный отсек и счнтываюший по постоянному тоху электроды расположены с разных сторон этого перекрытия, причем считывающий — внутри периметра противолежащего ему элемента общего электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Трейер В. В, и др, Электрохнмнческне интегрируюшне и аналоговые запоминающие элементы, М., 1971. 59-68.

2. Авторское свидетельство СССР

Ию 414640, кл. Н 01 Д 9/22, 1972,