Материал: Презентация УФЭ (10)
Функциональная электроника
Хемотронные устройства
2.Электрокинетические хемотронные устройства
Всистеме, в которой вещество находится в двух фазах, разноименно заряженных, при наложении электрического поля фазы начинают двигаться относительно друг друга. Естественно, положительная фаза движется к катоду, а отрицательно заряженная к аноду. Такое электрокинетическое движение зависит не только от величины приложенного электрического поля, но и от формы и размера тел, структуры двойного электрического слоя, свойств жидкости или газа.
Если в электрическом поле находится крупное твердое тело, контактируемое с жидкостью (пористая перегородка, пропитанная жидкостью, капилляр, наполненный жидкостью), то происходит движение жидкости, а не твердого тела, а само движение называют электроосмосом.
Наблюдаются и обратные электрокинетические эффекты:
разность потенциалов, возникающая при движении жидкости через пористую перегородку под влиянием внешнего давления, – потенциал течения;
разность потенциалов возникающая между электродами, расположенными на разной высоте в сосуде с жидкостью при оседании твердых частиц под действием силы тяжести – потенциал оседания, или сидементация.
26
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 2. Электрокинетические хемотронные устройства
Многие хемотронные устройства созданы на основе электрокинетических явлений. Используются два вида систем.
1.Первая система из твердой и жидкой фазы, находящаяся вне электрического поля. В такой системе под действием внешнего давления жидкость течет через пористую перегородку, и между металлическими электродами, расположенными по обе стороны перегородки, возникает разность потенциалов (потенциал течения). Возможен и другой вариант, когда под действием силы тяжести в жидкости движутся твердые частицы и между металлическими электродами, расположенными на разной высоте, возникает разность потенциалов (потенциал седиментации).
2.Вторая система из твердой и жидкой фазы находится во внешнем электрическом поле, созданном напряжением, приложенным к помещенным в жидкость электродам. В этом случае под действием электрического поля происходит движение жидкости через пористую перегородку (электроосмос) либо под действием электрического поля движутся находящиеся в жидкости твердые частицы относительно жидкой фазы (электрофорез).
В режиме, соответствующем первой группе явлений, механическая энергия движения преобразуется в электрическую, а в режиме, соответствующем второй группе электрокинетических явлений, электрическая энергия превращается в механическую.
27
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 2. Электрокинетические хемотронные устройства
Датчик давления представляет собой стеклянное кольцо, вдоль внутреннего периметра которого размещен пористый диск 2 из стеклянной массы, который делит полость кольца на две камеры I и II, заполненные электролитом. Дюралюминиевые гибкие мембраны 3 и 4 расположены по обеим сторонам кольца и укреплены сверху и снизу полиэтиленовыми шайбами 7. Электроды 5 и 6 обычно изготовлены из мелкой алюминиевой сетки. Эти чашеобразные электроды соприкасаются с мембранами так, что последние могут служить контактами ячейки.
Во время работы устройства входное давление, воздействующее на мембрану, заставляет электролит перетекать через пористую перегородку, создавая на электродах разность потенциалов, пропорциональную измеряемому давлению.
Такой преобразователь можно использовать в микрофонах, гидрофонах, виброметрах, сейсмических приемниках, измерителях ударной волны при взрывах и т. д.
28
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 2. Электрокинетические хемотронные устройства
Функциональное устройство для измерения скорости подъема самолета.
Камеры I и II в виде трубок 1 и 2 разделены пористой перегородкой 3, по обеим сторонам которой размещены электроды 4 и 5. Электроды подключены к измерительному прибору 6. Устройство помешено в закрытый, термически изолированный корпус 7. Трубка 1 заканчивается гидростатической головкой, представляющей собой металлический сильфон или тонкую резиновую диафрагму 8. Воздух в верхней части трубки 2 изолирован от воздействия атмосферного давления стенкой. В верхней части трубки I воздух подвергается воздействию атмосферного давления через диафрагму. Во время подъема самолета внешнее давление уменьшается, диафрагма раздувается и воздух в трубке 2 расширяется, заставляя электролит в трубке 1 подниматься. Происходит перетекание электролита через пористую перегородку 3, и прибор 6 показывает разность потенциалов.
В устойчивом состоянии, когда электролит не перетекает через перегородку, |
|
прибор не дает выходного сигнала. Это позволяет следить за скоростью набора |
|
высоты самолета. |
29 |
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 2. Электрокинетические хемотронные устройства
Устройство для измерения ускорения и вибраций состоит из измерительной камеры 1 и двух вспомогательных камер 2 и 3, соединенных с измерительной камерой капиллярами 4. Камера 2, в которой находится дисперсная фаза 5, используется для заливки и герметизации устройства. В камере 1 расположено два сетчатых электрода 6. На дне камеры 3 скапливается дисперсная фаза, прошедшая через измерительную камеру.
При ускорении объекта, на котором расположено данное устройство, между электродами возникает потенциал седиментации , пропорциональный величине этого
ускорения
3= 3 − 0 ,
где – радиус частицы; – вязкость жидкости; – электропроводность дисперсной фазы; – диэлектрическая постоянная жидкости; – плотность дисперсной фазы; 0 – плотность жидкости; – дзета-потенциал, – ускорение частиц.
Это функциональное устройство может быть использовано
для измерения вибрации и ускорения в различных летательных аппаратах.
30