SU1765720A1

SU1765720A1 - Temperature-to-electric signal diffusive transducer

Info

Publication number: SU1765720A1
Application number: SU904852942A
Authority: SU
Inventors: Станислав Петрович Короп; Юрий Иванович Нечаев; Василий Васильевич Чмут
Original assignee: Специальное конструкторское бюро "Прибой"
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Использование: измерение температуры газов и жидкостей. Сущность изобретени : поеобразователь содержит герметичный корпус 1 с электролитом 2, биметаллическими (активный слой 3, пассивный 4 ) и кардам (активный слой 5, пассивный 6), вспомогательный анод Ь и вспомогательный катод 11 Анод и катод установлены активными сло ми 3 и 5 напротив друг друга на рассто нии с образованием плоскощелевого капилл ра, а пассивные слои б и 4 образуют с корпусом 1 заполненные электролитом вспомогательные отсеки 10, соединенные с плоскощелевым капилл ром 1 илUse: measure the temperature of gases and liquids. SUMMARY OF THE INVENTION: The converter comprises a sealed housing 1 with electrolyte 2, bimetallic (active layer 3, passive 4) and card (active layer 5, passive 6), auxiliary anode b and auxiliary cathode 11 The anode and cathode are mounted with active layers 3 and 5 opposite each other at a distance with the formation of a flat-gap capillary, and the passive layers b and 4 form with the housing 1 electrolyte-filled auxiliary compartments 10 connected to the flat-gap capillary 1 silt

Description

елate

СWITH

Изобретение относитс к технике преобразовани неэлектрических величин в электрические , в частности к измерительным преобразовател м температуры в электрический сигнал, и может быть использовано в различных измерительных устройствах, системах контрол , управлени и регулировани сложных технологических процессов, где возникает необходимость измерени температу- ры воздуха, газов и жидкостей в инфранизкочастотном диапазоне.The invention relates to the technique of converting non-electrical quantities into electrical ones, in particular to temperature transducers into electrical signals, and can be used in various measuring devices, control systems, control and regulation of complex technological processes, where it is necessary to measure air temperature, gas and liquids in the infra-low frequency range.

Известны преобразователи аналогичного назначени , представл ющие собой герметичный корпус, заполненный электролитом обратимой окислительно-восстановительной системы, в котором размещены анод и катод измерительной цепи К электродам подключаетс посто нное напр жение, соответствующее режиму предельного диффузионного тока Так как коэффициентConverters of a similar purpose are known, which are a sealed enclosure filled with an electrolyte of a reversible redox system in which the anode and cathode of the measuring circuit are placed. A constant voltage corresponding to the mode of the limiting diffusion current is placed on the electrodes.

диффузии и в зкость электролита измен ютс при изменении температуры, то выходной ток вл етс функцией измер емой температуры (см Лапидес Л М. Химотроника Москва Военное издательство Министерства обороны СССР, 1968, с 40, 41)diffusion and electrolyte viscosity change with temperature, the output current is a function of the temperature measured (see Lapides L. M. Khimotronika Moscow Military Publishing House of the USSR Ministry of Defense, 1968, p. 40, 41)

Существенный недостаток таких преобразователей состоит в сравнительно малой величине коэффициента передачи, так как выходной ток преобразовател определ етс вли нием контролируемой температуры только на коэффициент диффузии и в зкость электролита Преобразователь обладает низкой стабильностью коэффициента передачи так как параметры возникающих в электролите конвективных потоков завис т от расположени электродов в пространстве относительно вектора силы т жести.A significant disadvantage of such converters is a relatively small value of the transfer coefficient, since the output current of the converter is determined by the influence of the controlled temperature only on the diffusion coefficient and electrolyte viscosity. The converter has a low stability of the transfer coefficient because the parameters of the convective currents arising in the electrolyte depend on the location of the electrodes. in space relative to the vector of the force of gravity.

Наиболее близким техническим решением к предложенному вл етс преобразочThe closest technical solution to the proposed is the conversion

СWITH

ел VI к оate VI to o

ватель, содержащий герметично закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод (см. Сб, Приборостроение , № 11. Киев: , 1971, с.93, рис. 4).The receiver contains a hermetically sealed housing, inside of which there is a measuring compartment with electrolyte, in which the anode and cathode are included, included in the measuring circuit, the compensation compartment and the auxiliary cathode (see Sat, Instrumentation, No. 11. Kiev: 1971, p.93 Fig. 4).

Основные существенные его недостатки состо т в низкой точности измерений из-за нестабильности и низкой величины коэффициента передачи и ограниченных фун- кциональных возможност х. Это обусловлено тем, что при изменении температуры приращение выходного тока определ етс только зависимостью коэффициента диффузии и в зкости электролита оттемпера- туры, а также изменением средней концентрации реагента. При этом чувствительность прототипа достигает 2 мкА/°С.Its main significant drawbacks are low measurement accuracy due to instability and low magnitude of the transfer coefficient and limited functional capabilities. This is due to the fact that with a change in temperature, the increment of the output current is determined only by the dependence of the diffusion coefficient and viscosity of the electrolyte from temperature, as well as by the change in the average concentration of the reagent. In this case, the sensitivity of the prototype reaches 2 μA / ° C.

Непосредственный контакт ртути с электролитом вызывает с течением времени изменение собственно параметров электролита из-за растворени ртути в последнем , что отрицательно скажетс на стабильности параметров преобразовател во времени.Direct contact of mercury with electrolyte causes, over time, a change in the electrolyte parameters themselves due to the dissolution of mercury in the latter, which will adversely affect the stability of the parameters of the converter in time.

Цель изобретени - повышение точности измерени за счет повышени величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональ- ных возможностей за счет измерени скорости увеличени температуры.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by increasing the magnitude and stability of the transmission coefficient while simultaneously expanding the functional capabilities by measuring the rate of increase in temperature.

Эта цель достигаетс тем, что в известном диффузионном преобразователе температуры закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом , в котором размещены анод и катод , включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод, в него введен вспомогательный анод, размещенный на внешней поверхности измерительного отсека, анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин, активные слои которых обращены друг к другу с образованием плоскощелево- го капилл ра, а между пассивными сло ми и корпусом, в котором выполнены капилл ры , образованы вспомогательные отсеки, соединенные между собой и с измерительным отсеком с помощью капилл ров, в одном из которых, примыкающем к измерительному отсеку, размещен вспомогательный катод, при этом один из вспомогательных отсеков соединен капилл ром с компенсационным отсеком, запол- ненным инертным газом.This goal is achieved by the fact that in a known diffusion temperature transducer, a closed case, inside of which there is a measuring compartment with electrolyte, in which the anode and cathode included in the measuring circuit, compensation compartment and auxiliary cathode are placed, has an auxiliary anode placed on it the measuring compartment, the anode and the cathode are made in the form of thermo-bimetallic plates, the active layers of which face each other with the formation of a flat-gap capillary, and between the passive and the layers and the case in which the capillaries are made, are formed auxiliary compartments connected to each other and to the measuring compartment with the help of capillaries, in one of which, adjacent to the measuring compartment, an auxiliary cathode is placed, with one of the auxiliary compartments connected to the capillary rum with a compensation compartment filled with an inert gas.

В предложенной конструкции преобразовател исключен объем ртути, непосредственно соприкасающийс с объемомIn the proposed design of the converter, the volume of mercury is excluded, which is in direct contact with the volume

электролита, что существенно способствует стабилизации параметров электролита и, следовательно, повышению стабильности коэффициента передачи преобразовател . Одновременно повышаетс и величина коэффициента передачи, так как анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин и установлены так, что при увеличении температуры они деформируютс в направлении уменьшени рассто ни между ними с одновременным увеличением площади электродов. Это в значительной степени способствует увеличению выходного тока. Таким образом, помимо общих с прототипом факторов, определ ющих увеличение выходного тока при возрастании температуры, в предложенном преобразователе существенно про вл ютс эффекты уменьшени межэлектродного рассто ни и увеличени площади электродов, определ ющиес деформацией обоих электродов из- мерительной цепи. Наоборот, при уменьшении температуры все указанные факторы способствуют уменьшению величины выходного тока. Размещение в общей части капилл ров, соедин ющих вспомогательные и измерительный отсеки, вспомога- тельногокатодарасшир етelectrolyte, which significantly contributes to the stabilization of electrolyte parameters and, consequently, increase the stability of the transfer coefficient of the converter. At the same time, the magnitude of the transfer coefficient increases, since the anode and cathode are made in the form of thermo-bimetallic plates and are installed so that with increasing temperature they deform in the direction of decreasing the distance between them with a simultaneous increase in the area of the electrodes. This greatly increases the output current. Thus, in addition to the factors common to the prototype, which determine the increase in the output current with increasing temperature, in the proposed converter, the effects of decreasing the interelectrode distance and increasing the electrode area, which are determined by the deformation of both electrodes of the measuring circuit, are significant. On the contrary, with a decrease in temperature, all of these factors contribute to a decrease in the magnitude of the output current. Placement in the common part of the capillaries connecting the auxiliary and measuring compartments of the auxiliary cathode expanding

функциональные возможности преобразовател , так как этот катод работает в режиме полного поглощени реагента, поэтому ток в его цепи пропорционален скорости нарастани температуры. Анализ за вленной совокупности признаков позвол ет сделать вывод о соответствии предлагаемого решени критерию существенные отличи .functionality of the converter, since this cathode operates in the mode of complete absorption of the reagent, therefore the current in its circuit is proportional to the rate of increase of temperature. An analysis of the set of features allows to conclude that the proposed solution meets the criterion of significant differences.

На фиг. 1 изображен диффузионный преобразователь температуры в разрезе и схема его включени при начальной температуре; на фиг, 2 - тот же преобразователь при возрастании температуры на величину AT,FIG. Figure 1 shows a sectional diffusion temperature transducer and its activation at the initial temperature; in FIG. 2, the same converter with an increase in temperature by the value of AT,

Преобразователь включает в себ герметичный корпус 1,внутри которого находитс электролит 2 с биметаллическим анодом (активный слой 3, пассивный слой 4) и катодом (активный слой 5, пассивный слой 6).The converter includes a sealed enclosure 1, inside which is an electrolyte 2 with a bimetallic anode (active layer 3, passive layer 4) and a cathode (active layer 5, passive layer 6).

На цилиндрической части измерительного отсека 7 расположен вспомогательный анод 8, а в капилл ре 9, соедин ющем вспомогательные отсеки 10 между собой и с измерительным отсеком 7, расположен вспомогательный катод 11. Компенсационный отсек 12, заполненный инертным газом, с помощью капилл ра соединен со-вспомогательным отсеком 10, С помощью переключателей П1 и П2 схема приводитс в рабочее состо ние или же в состо ние подготовки кThe auxiliary anode 8 is located on the cylindrical part of the measuring compartment 7, and the auxiliary cathode 11 is located in the capillary 9, which connects the auxiliary compartments 10 with each other and with the measuring compartment 7. The compensating compartment 12, filled with an inert gas, is connected by a capillary the auxiliary compartment 10; With the help of switches P1 and P2, the circuit is put into a working state or into a state of preparation for

работе. Источник напр жени U обеспечивает режим предельного диффузионного тока.work. The voltage source U provides the mode of limiting diffusion current.

Работа преобразовател по схеме, изображенной на фиг. 2, протекает в следующей последовательности. Перед измерением переключатели П1 и П2 переводитс в положение II (подготовка). При этом вспомогательный анод 8 подключаетс к плюсовой клемме источника питани , а все другие электроды - к минусовой клемме, В результате этого по истечении некоторого времени вспомогательные отсеки 10 и капилл р 9 очищаютс от реагента, который переноситс в измерительный отсек 7. После этого преобразователь готов к работе, и переключатели П1 и П2 перевод т в положение I (измерение). При неизменной температуре окружающей среды в выходной цепи устанавливаетс ток Вых, пропорциональный температуре. При возрастании температуры на величину AT 0 увеличиваетс коэффициент диффузии реагента. Одновременно происходит деформаци анода и катода в направлении уменьшени рассто ни между противолежащими точками электродов и увеличени площади самих электродов. Электролит из измерительного отсека вытесн етс во вспомогательные ог- секи, обтека при этом катод 11. Однако благодар тому,что катод 11 работает в режиме полного поглощени , во вспомогательные отсеки поступает чистый от реагента электролит, а в измерительном отсеке концентраци реагента возрастает. Все указанные факторы действуют согласно и способствуют увеличению тока Вых, вл ющегос мерой контролируемой температуры . Так как катод 11 работает в режиме полного поглощени , то ток этого катода к пропорционален скорости нарастани внешнего воздействи , т.е. скорости нарастани температуры. Наоборот, при понижении температуры уменьшаютс коэффициент диффузии и средн концентраци реагента. Деформаци электродов (анода и катода) в этом случае вызывает увеличение межэлектродного рассто ни и уменьшение площади электродов. Поэтому из вспомогательных отсеков в измерительный будет поступать очищенный от реагента электролит. Следовательно, выходной ток 1Вых будет уменьшатьс .The operation of the converter as shown in FIG. 2, proceeds in the following sequence. Prior to measurement, switches P1 and P2 are switched to position II (preparation). In this case, the auxiliary anode 8 is connected to the positive terminal of the power source, and all other electrodes to the negative terminal. As a result, after some time, the auxiliary compartments 10 and capillary 9 are cleaned of the reagent, which is transferred to the measuring compartment 7. After that, the converter is ready to work, and switches P1 and P2 are switched to position I (measurement). At a constant ambient temperature, an output current is set in the output circuit, proportional to the temperature. As the temperature rises by AT 0, the diffusion coefficient of the reagent increases. At the same time, the anode and cathode are deformed in the direction of decreasing the distance between opposite points of the electrodes and increasing the area of the electrodes themselves. The electrolyte is displaced from the measuring compartment into the auxiliary oggs, the flow around the cathode 11. However, due to the fact that the cathode 11 is in full absorption mode, the electrolyte is clean from the reagent and the concentration in the measuring compartment of the reagent increases. All of these factors act according to and contribute to an increase in the current of the Out, which is the measure of the controlled temperature. Since the cathode 11 operates in the mode of full absorption, the current of this cathode to is proportional to the rate of increase of external influence, i.e. rate of increase of temperature. On the contrary, as the temperature decreases, the diffusion coefficient and the average concentration of the reagent decrease. The deformation of the electrodes (anode and cathode) in this case causes an increase in the interelectrode distance and a decrease in the area of the electrodes. Therefore, from the auxiliary compartments, the electrolyte purified from the reagent will flow into the measuring chamber. Consequently, the output current 1 output will decrease.

С увеличением температуры возрастает объем электролита, который через капилл р вытесн етс в компенсационный объем 12. Таким образом в предложенном преобразователе обеспечиваетс повышение точности измерени за счет повышени величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональных возможностей преобразовател , так как ток U в цепи вспомогательного катода 11 пропорционален скорости нарастани температуры.With increasing temperature, the volume of electrolyte increases, which is displaced through the capillary into the compensation volume 12. Thus, in the proposed converter, the measurement accuracy is improved by increasing the magnitude and stability of the transfer coefficient while simultaneously expanding the functionality of the converter, since the current U in the auxiliary cathode circuit 11 is proportional to the rate of increase in temperature.

Изготовлен и испытан опытный образецManufactured and tested prototype

предложенного преобразовател , в котором цилиндрический корпус выполнен из стекла с диаметром основани 30 мм. Анод и катод изготовлены в виде круглых пластин из термобиметалла ТБ 1423 толщиной h The proposed converter, in which the cylindrical body is made of glass with a base diameter of 30 mm. The anode and cathode are made in the form of round plates made of TB 1423 thermal bimetal with thickness h

0 0, и диаметром токоопредел ющей поверхности электродов, равным 10 мм. Межэлектродное рассто ние в исходном состо нии 100 мКм. Дл обеспечени химической инертности электродов они с обеих0 0, and the diameter of the current-sensing surface of the electrodes, equal to 10 mm. The interelectrode distance in the initial state is 100 mkm. To ensure the chemical inertness of the electrodes, they are both

5 сторон покрывались платиновой пленкой толщиной 4...5 мкм. Вспомогательные анод 8 и катод 11 выполнены из платиновой проволоки в виде соединенных накоротко между собой колец и пр мого стержн . Объемы5 sides were covered with a platinum film 4 ... 5 microns thick. The auxiliary anode 8 and cathode 11 are made of platinum wire in the form of rings and a straight rod connected between each other in a short circuit. Volumes

0 вспомогательных и измерительного отсеков и исходна концентраци реагента выбраны так, что после завершени стадии Подготовка в измерительном отсеке образуетс водный раствор 2NKI + 0,002 NIa. При ука5 занных параметрах в диапазоне температур 5...25°С чувствительность преобразовател оказалась 60 мкА/°С, что значительно превышает чувствительность прототипа (2 мкА/°С). При выбранных рассто ни х меж0 ду электродами измерительной цепи, когда в исходном состо нии электролит находитс в плоскощелевом капилл ре, практически не возникают конвективные потоки, что обеспечивает стабильность выходного сиг5 нала независимо от положени преобразовател в пространстве. При этом расшир ютс функциональные возможности преобразовател , так как ток к в цепи вспомогательного катода пропорционаленThe 0 auxiliary and measuring compartments and the initial concentration of the reagent are selected so that upon completion of the preparation stage, an aqueous solution of 2NKI + 0.002 NIa is formed in the measuring compartment. With the specified parameters in the temperature range of 5 ... 25 ° С, the sensitivity of the converter turned out to be 60 μA / ° С, which considerably exceeds the sensitivity of the prototype (2 μA / ° С). At selected distances between the electrodes of the measuring circuit, when in the initial state the electrolyte is in a flat-gap capillary, convective currents do not arise, which ensures the stability of the output signal regardless of the position of the converter in space. This expands the functionality of the converter, since the current k in the auxiliary cathode circuit is proportional to

0 скорости нарастани температуры.0 rate of increase in temperature.

Как следует из изложенного, предлагаемый преобразователь свободен от отмеченных недостатков, присущих прототипу. Технико-экономическа эффективностьAs follows from the above, the proposed Converter is free from the noted disadvantages inherent in the prototype. Technical and economic efficiency

5 предложени состоит в повышении точности измерений за счет повышени величины и стабильности коэффициента передачи и расширении функциональных возможностей , что позвол ет увеличить область его5 of the proposal consists in increasing the measurement accuracy by increasing the magnitude and stability of the transmission coefficient and expanding the functionality, which allows increasing its area

Claims

0 practical application in converting the temperature of the infra-low frequency range into an electrical signal. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A diffusion temperature converter into an electrical signal comprising a sealed housing within which a measuring compartment with an electrolyte is located, in which an anode and a cathode included in a measuring circuit are located,

a compensation compartment and an auxiliary cathode, characterized in that, in order to improve measurement accuracy by increasing the magnitude and stability of the transfer coefficient while simultaneously expanding the functionality by measuring the rate of temperature increase, an auxiliary anode placed on the outer surface of the measuring compartment is inserted into the anode and the cathode is made in the form of thermo-bimetallic plates, the active layers of which are facing each other

with the formation of a flat-gap capillary, and between the passive layers and the body in which the capillaries are made, auxiliary compartments are formed, connected to each other and to the measuring compartment by means of capillaries, in one of which, adjacent to the measuring compartment, an auxiliary cathode is placed One of the auxiliary compartments is connected by a capillary with a compensation compartment filled with an inert gas.

cm

I-

: s

e