RU112439U1 - Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя - Google Patents
Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя Download PDFInfo
- Publication number
- RU112439U1 RU112439U1 RU2011105897/28U RU2011105897U RU112439U1 RU 112439 U1 RU112439 U1 RU 112439U1 RU 2011105897/28 U RU2011105897/28 U RU 2011105897/28U RU 2011105897 U RU2011105897 U RU 2011105897U RU 112439 U1 RU112439 U1 RU 112439U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode assembly
- molecular
- holes
- electrodes
- electronic transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
1. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя с плоскими электродами, диэлектрическими перегородками между ними и сквозными отверстиями для протекания рабочей жидкости, образующими систему микроэлектродов на внутренней стенке каждого отверстия, отличающийся тем, что электроды молекулярно-электронного преобразователя представляют собой проводящие слои на основе углерода (графита) толщиной 3-500 мкм. ! 2. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что проводящие слои, образующие электроды, выполнены способом трафаретной печати на основе графитовых паст. ! 3. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.2, отличающийся тем, что углеродный материал (например, графитовая паста), используемый для изготовления электродов преобразователя, содержит добавки металлов, например, в виде порошка, с содержанием по количеству вещества от 0,5 до 50%. ! 4. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что количество электродов молекулярно-электронного преобразователя - 4 или более, а число диэлектрических слоев - 3 или более. ! 5. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродном узле имеют характерный поперечный размер (длину стороны) или диаметр в случае отверстий круглого сечения от 0,05 до 5 мм. ! 6. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродном узле выполнены микрофрезерованием с диаметром отверстий от 0,1 до 3 мм. ! 7. Электродный узел молекулярно-электронного преобразовател�
Description
Полезная модель относится к измерительной технике [G01P 15/08], в частности, к чувствительным элементам (электродным узлам) молекулярно-электронных преобразователей диффузионного типа, для использования в линейных акселерометрах и датчиках скорости, а также угловых акселерометрах и гироскопах. Полезная модель может найти применение при производстве сейсмодатчиков, широкополосных сейсмоприемников, в системах контроля промышленных вибраций, управления движущимися объектами и инерциальной навигации.
Известны молекулярно-электронные устройства для измерения параметров механического движения (линейных и/или угловых скорости и ускорения), в которых в качестве инерционной массы и одновременно рабочей среды, преобразующей механическое возмущение в электрический сигнал, используется жидкость, протекающая через систему электродов:
В [1] описан молекулярно-электронный (электрохимический) преобразователь диффузионного типа, имеющий в качестве преобразующего элемента две включенные по дифференциальной схеме электрохимические ячейки, состоящие из двух или нескольких электродов, находящихся в растворе электролита. На электроды подается постоянная разность потенциалов, обеспечивающая протекание обратимых окислительно-восстановительных реакций на электродах. Работа преобразователя основана на том, что протекание тока через электрохимические ячейки в значительной степени определяется конвективным движением раствора, вызванным действием внешних возмущений. В неподвижном электролите перенос заряда осуществляется посредством молекулярной диффузии. Если жидкость приходит в движение, то наряду с диффузионным механизмом переноса заряда возникает конвективный перенос ионов, что резко изменяет скорость доставки электроактивных ионов к электродам и, соответственно, ток в системе.
Недостатком преобразователя, описанного в [1], является частотная зависимость передаточной функции узла типа 1/fn, где n - дробное число, и высокий уровень собственного шума, в том числе обусловленного явлением естественной конвекции как внутри электродного узла, так и в объеме электролита вне электродного узла. В авторском свидетельстве СССР №197195, 1967 г.описано устройство для измерения параметров морских волн, которое выполнено в виде двух заполненных жидкостью камер, закрытых по торцам упругими мембранами и сообщающимися между собой через пористую перегородку с сетчатыми мембранами. Недостатком данного технического решения является низкая чувствительность и высокий уровень собственного шума, в том числе обусловленного гидродинамическими эффектами. Это техническое решение является аналогом предлагаемой полезной модели.
В патенте США №3374403, 1968 г. описан солионный (электрохимический) преобразователь, который содержит две заполненные раствором электролита камеры, закрытые по торцам упругими мембранами и сообщающиеся между собой через отверстие, в котором установлены сетчатые электроды, разделенные пористыми перегородками. Недостатком данного технического решения является низкая чувствительность и высокий уровень собственного шума.
В изобретении по патенту США №6576103, 2002 г. предложен молекулярно-электронный (электрохимический) преобразователь, чувствительный элемент которого изготовлен из четырех сетчатых металлических электродов, разделенных изолирующими полимерными сетками и сжатыми внешними перфорированными пластинами, которые придают электродному узлу жесткость. Недостатком данного решения является достаточно высокий уровень собственных шумов преобразователя и большие размеры электродного узла, ограничивающие возможности его применения в миниатюрных датчиках.
В [7] описан электродный узел, состоящий из наложенной на сетку перфорированной прокладки из слюды с регулярной системой пор с последующей вальцовкой по периметру узла в целом. Недостатком данного решения является высокий уровень собственного шума преобразователя.
В изобретении по патенту США № 7516660 предложен конвективный акселерометр, чувствительный элемент которого изготовлен из четырех металлических перфорированных электродов, разделенных диэлектрическими перегородками. Недостатком данного решения является необходимость использования достаточно дорогостоящих химически стойких металлов для применения с известными и наиболее широко используемыми в молекулярно-электронных преобразователях такого типа растворами электролитов, содержащих химически активные компоненты, способные приводить к окислению электродов и уменьшению срока службы преобразователя.
В патенте РФ на изобретение №2390112 предложен молекулярно-электронный преобразователь с электродами, для изготовления которых используется углеродное волокно. Недостатком является существенный разброс параметров преобразующих электродов, выполненных из углеродного волокна по предложенному техническому решению и высокий уровень собственных шумов, а также сложность в изготовлении. Наиболее близким аналогом - прототипом предлагаемого устройства является электродный узел молекулярно-электронного измерителя линейных и угловых движений, описанный в патенте РФ №2394246.
Недостатком данного решения является высокая себестоимость и сложность в контроле технических параметров таких электродных узлов при их производстве.
Техническим результатом настоящей полезной модели является молекулярно-электронный преобразователь, пригодный для массового производства как высокочувствительных широкополосных датчиков линейного и углового движения, так и микромасштабных акселерометров и датчиков движения, с низкой себестоимостью, длительным сроком эксплуатации, стабильностью характеристик, высокой повторяемостью и идентичностью характеристик при серийном изготовлении, а также высокой чувствительностью и широким частотным диапазоном. На Фиг.1 схематически показан электродный узел молекулярно-электронного преобразователя, состоящего из параллельных проводящих углеродных слоев (электроды преобразователя) и диэлектрических слоев со сквозными каналами для протекания рабочей жидкости; сечение проводящих слоев сквозными каналами образуют систему микроэлектродов на стенках этих отверстий, где 1 - углеродные (графитовые) электроды; 2 - диэлектрические перегородки; 3 - сквозные каналы преобразователя для протекания жидкости. Указанный технический результат достигается за счет того, что электродный узел молекулярно-электронного преобразователя с плоскими электродами, диэлектрическими перегородками между ними и сквозными отверстиями для протекания рабочей жидкости, образующими систему микроэлектродов на внутренней стенке каждого отверстия, отличающийся тем, что электроды молекулярно-электронного преобразователя представляют собой проводящие слои на основе углерода (графита) толщиной 3-500 мкм.
Причем проводящие слои, образующие электроды, могут быть выполнены способом трафаретной печати на основе графитовых паст. С целью увеличения проводимости электродов, углеродный материал, используемый для изготовления электродов преобразователя, может содержать добавки металлов, например, в виде порошка, с относительным содержанием по количеству вещества от 0.5 до 50%. Количество электродов молекулярно-электронного преобразователя - 4 или более, а число диэлектрических слоев - 3 или более. Сквозные отверстия в электродном узле имеют характерный поперечный размер (длину стороны) или диаметр в случае отверстий круглого сечения, от 0.05 до 5 мм. Сквозные отверстия в электродном узле могут быть выполнены микрофрезерованием с диаметром отверстий от 0.1 до 3 мм. Сквозные отверстия в электродном узле могут быть выполнены микрофрезерованием, либо с помощью лазерной резки или химического травления. Диэлектрические перегородки между электродами выполнены из керамики или из стекла, либо из полимерного материала (например, лавсана или поликарбоната), либо из кремния (оксида кремния), либо иного диэлектрического химически стойкого и прочного материала. Отверстия в диэлектрических перегородках могут быть сформированы как до нанесения на них углеродного материала, формирующего электродные проводящие слои, так и после - при формировании сквозных отверстий в электродном пакете в целом. Сквозные отверстия в электродных проводящих слоях и диэлектрических перегородках имеют в сечении форму круга, либо прямоугольника, либо овала, либо, треугольника, либо многоугольника, причем углы каждой из фигур могут быть скругленными. Сквозные отверстия в электродных проводящих слоях и диэлектрических перегородках для протекания рабочей жидкости расположены преимущественно упорядоченным образом, т.е. имеют периодическую структуру, либо обладают симметрией в расположении, однако, возможно и неупорядоченное расположение.
Электроды молекулярно-электронного преобразователя, изготовленные из углеродных материалов, с одной стороны, обладают достаточной электропроводностью и обеспечивают протекание электрического тока через и создание необходимой разности потенциалов между электродами преобразователя, а с другой стороны, обладают высокой химической устойчивостью во всех растворах электролита, используемых в молекулярно-электронных датчиках, и не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих при работе датчика в растворе, что обеспечивает высокую долговечность и стабильность параметров такого молекулярно-электронного преобразователя во времени. Предложенная конфигурация электродного узла и указанная выше методика (способ) его изготовления обеспечивает высокую идентичность и повторяемость параметров узлов при их серийном изготовлении.
Один из возможных способов изготовления молекулярно-электронного преобразователя: по технологии толстопленочной электроники с использованием углеродных (графитовых) паст путем послойного нанесения на подложку проводящих и изолирующих паст слоями, с формированием, соответственно, проводящих электродов и диэлектрических прокладок между ними, со спеканием каждого слоя или сразу нескольких слоев после нанесения и последующими удалением подложки и формированием сквозных отверстий для протекания рабочего раствора электролита сквозь электродный узел. Кроме того, отверстия в таком электродном узле могут быть сформированы, например, травлением или микрофрезерованием, либо лазерной резкой. Удаление подложки может производиться как до, так и после формирования сквозных отверстий в электродном узле. Другой возможный способ изготовления молекулярно-электронного преобразователя подразумевает поочередное нанесение слоев проводящих паст на готовые диэлектрические пластины (пленки), которые выполняют роль перегородок в электродном узле, и добавление параллельных диэлектрические слоев со спеканием паст, при котором образуется единый электродный пакет из диэлектрических слоев и проводящих электродов, причем проводящих слоев должно быть сформировано не менее 4, а слоев с низкой проводимостью - не менее 3. Для изготовления диэлектрических слоев используют полимерные пленки или керамику, или стекло. При этом, отверстия для протекания жидкости в этих диэлектрических перегородках (слоях) могут быть сформированы заранее, т.е. до нанесения проводящих паст.
Источники информации:
1. Введение в молекулярную электронику, под ред. Н.С.Лидоренко, М: Энергоатомиздат, 1984, 320 с.;
2. Авторское свидетельство СССР №197195, кл. 42с, 26/01, 1967 г.;
3. Патент США №3374403, кл. 317-231, 1968 г.;
4. Авторское свидетельство СССР №723458, кл. G01P 15/08, 1980 г.;
5. Патент РФ №2324946, G01P 15/08, 2008 г.;
6. Патент США №6576103 В2, G01P 15/08, 2002 г.;
7. В.А.Козлов, П.А.Тугаев, Электрохимия, 1996, т.32, №12, с.1436-1443;
8. Патент США №7516660, G01P 15/00, 2004 г.;
9. Патент РФ №2394246, G01P 15/08, 2006 г.
Claims (12)
1. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя с плоскими электродами, диэлектрическими перегородками между ними и сквозными отверстиями для протекания рабочей жидкости, образующими систему микроэлектродов на внутренней стенке каждого отверстия, отличающийся тем, что электроды молекулярно-электронного преобразователя представляют собой проводящие слои на основе углерода (графита) толщиной 3-500 мкм.
2. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что проводящие слои, образующие электроды, выполнены способом трафаретной печати на основе графитовых паст.
3. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.2, отличающийся тем, что углеродный материал (например, графитовая паста), используемый для изготовления электродов преобразователя, содержит добавки металлов, например, в виде порошка, с содержанием по количеству вещества от 0,5 до 50%.
4. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что количество электродов молекулярно-электронного преобразователя - 4 или более, а число диэлектрических слоев - 3 или более.
5. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродном узле имеют характерный поперечный размер (длину стороны) или диаметр в случае отверстий круглого сечения от 0,05 до 5 мм.
6. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродном узле выполнены микрофрезерованием с диаметром отверстий от 0,1 до 3 мм.
7. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродном узле выполнены с помощью лазерной резки или химического травления.
8. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что диэлектрические перегородки между электродами выполнены из керамики или из стекла, либо из полимерного материала (например, лавсана или поликарбоната), либо из кремния (оксида кремния).
9. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что отверстия в электродном узле сформированы травлением или микрофрезерованием, либо лазерной резкой.
10. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что отверстия в диэлектрических перегородках сформированы до нанесения на них углеродного материала (проводящей графитовой пасты).
11. Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в электродных проводящих слоях и диэлектрических перегородках имеют в сечении форму круга, либо прямоугольника, либо овала, либо треугольника, либо многоугольника, причем углы каждой из фигур могут быть скругленными.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105897/28U RU112439U1 (ru) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105897/28U RU112439U1 (ru) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU112439U1 true RU112439U1 (ru) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011105897/28U RU112439U1 (ru) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU112439U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659578C1 (ru) * | 2017-04-24 | 2018-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "ИГЕО" | Способ изготовления преобразующего элемента молекулярно-электронного датчика движения |
RU2723386C1 (ru) * | 2020-01-20 | 2020-06-11 | Акционерное общество "Научные приборы" | Способ изготовления электродного узла молекулярно-электронного датчика линейных и угловых перемещений |
RU199837U1 (ru) * | 2020-02-03 | 2020-09-22 | Акционерное общество "Научные приборы" | Электродный узел молекулярно-электронного датчика линейных и угловых перемещений |
-
2011
- 2011-02-18 RU RU2011105897/28U patent/RU112439U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659578C1 (ru) * | 2017-04-24 | 2018-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "ИГЕО" | Способ изготовления преобразующего элемента молекулярно-электронного датчика движения |
RU2723386C1 (ru) * | 2020-01-20 | 2020-06-11 | Акционерное общество "Научные приборы" | Способ изготовления электродного узла молекулярно-электронного датчика линейных и угловых перемещений |
RU199837U1 (ru) * | 2020-02-03 | 2020-09-22 | Акционерное общество "Научные приборы" | Электродный узел молекулярно-электронного датчика линейных и угловых перемещений |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Krishtop et al. | Technological principles of motion parameter transducers based on mass and charge transport in electrochemical microsystems | |
US7360424B2 (en) | Capacitance-type liquid sensor | |
US10712457B2 (en) | Microfabrication technology for producing sensing cells for molecular electronic transducer based seismometer | |
JP2008500552A5 (ru) | ||
RU2444738C1 (ru) | Измерительный элемент датчика параметров движения для проведения инерциальных измерений высокой чувствительности | |
RU112439U1 (ru) | Электродный узел молекулярно-электронного преобразователя | |
CN1552081A (zh) | 微机电传感器 | |
CN105158493B (zh) | 集成式复合敏感电极及其制造方法 | |
CN112540239B (zh) | 基于多结构耦合的微型电场传感器及其制备方法 | |
Huang et al. | Molecular electronic transducer-based low-frequency accelerometer fabricated with post-CMOS compatible process using droplet as sensing body | |
Liang et al. | Molecular electronic transducer based planetary seismometer with new fabrication process | |
RU194560U1 (ru) | Чувствительный элемент молекулярно-электронного датчика | |
RU2659578C1 (ru) | Способ изготовления преобразующего элемента молекулярно-электронного датчика движения | |
CN104215676B (zh) | 用于电化学气体检测器的微电极 | |
RU2659459C1 (ru) | Способ увеличения коэффициента преобразования молекулярно-электронного датчика движения | |
Li et al. | A MEMS based seismic sensor using the electrochemical approach | |
Liu et al. | An electrochemical angular micro-accelerometer based on miniaturized planar electrodes positioned in parallel | |
RU2394246C2 (ru) | Способ изготовления электродного узла молекулярно-электронного измерителя линейных и угловых движений (варианты) | |
CN110068858B (zh) | 基于mems的三轴一体化电化学地震检波器 | |
Sun et al. | A MEMS based electrochemical seismometer with low cost and wide working bandwidth | |
RU2404436C1 (ru) | Молекулярно-электронный преобразователь углового ускорения | |
Huang et al. | An electrolyte droplet-based low frequency accelerometer based on molecular electronic transducer | |
RU112438U1 (ru) | Молекулярно-электронный датчик угловых движений | |
RU82862U1 (ru) | Молекулярно-электронное устройство для измерения механических движений | |
RU2454674C1 (ru) | Молекулярно-электронный датчик угловых движений |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130219 |