2015-01-30
1083
Электрокинетические преобразователи (ЭКП) основаны на использовании разности потенциалов, возникающих при протекании полярной жидкости через пористую перегородку или при деформации границы раздела двух жидкостей, различающихся физическими свойствами. На рис. 2-49, а показан ЭКП давления, состоящий из изоляционной пористой перегородки 1 с диаметром пор 10–100 мкм, по бокам которой расположены сетчатые электроды 2. Корпус преобразователя, закрытый по бокам мембранами 3, заполняется полярной жидкостью (вода, спирт, ацетон и др.). ЭКП такого типа отличаются широким диапазоном измерения (0,1 Па – 1 МПа). Чувствительность к ускорениям составляет 1 мВ/(м/с2).
На рис. 2-49, б изображен капиллярный ЭКП для измерений параметров вибраций. Он состоит из стеклянного капилляра 1, заполненного электролитом 2 и ртутью 3, с которыми контактируют выводы 4. На концах капилляра имеются воздушные пузырьки 5, являющиеся упругими элементами преобразователя. При вибрации, направленной вдоль оси капилляра, возникает возвратно-поступательное движение ртути и электролита, приводящее к деформации границы раздела между ними, поскольку плотности и коэффициенты кинематической вязкости ртути и электролита отличаются на порядок. Возникающая при этом периодическая конвективная диффузия ионов на границе раздела приводит к появлению переменных токов через преобразователь. Частотный диапазон преобразователя в режиме акселерометра 0,1–104 Гц, диапазон измерений 10-5–10 м/с2, чувствительность 0,1–1 мВ/(м/с2).
|
|
|
На рис. 2-49, в показан частотный ЭКП для измерений медленно меняющихся механических величин (перемещения, давления, силы). Капилляр 1, в котором находятся два столбика электролита 2, разделенные каплей ртути 3, и два воздушных пузырька 4, представляет собой резонатор, один конец которого герметически закрыт, а на другом установлена мембрана 5. Резонатор с помощью электродов 6, 7 и 8 подключен к усилителю 9. При подаче напряжения на электроды 6 и 7 происходит деформация границ раздела ртуть – электролит, что приводит к возвратно-поступательному движению ртути и электролита и самовозбуждению автогенератора, колебательным контуром которого является электрокинетический резонатор. Частота автогенератора при отсутствии внешних воздействий определяется параметрами резонатора (жесткость мембраны, масса ртути и электролита, объем воздушных пузырьков). Перемещение мембраны под воздействием внешнего давления приводит к изменению объема воздушных пузырьков и собственной частоты резонатора, которая определяет частоту автогенератора. Изменение давления на мембрану в пределах 10–105 Па или перемещение мембраны в пределах 103–1 мм вызывает изменение частоты автогенератора в пределах 0,5–103 Гц. Чувствительность преобразователя давления 0,1 Гц/Па, преобразователя перемещения 1 Гц/мкм.
|
|
|
Частотные свойства ЭКП определяются гидродинамической инерционностью самого электрокинетического эффекта, гидродинамической инерционностью движения жидкости в капиллярах с учетом вязкости и жидкости, механической инерционностью, обусловленной жесткостью мембран и массой движущейся жидкости. В зависимости от вида и конструкции ЭКП их частотный диапазон составляет от сотых долей герца до нескольких килогерц.
