Внедрение: 2017 г.

Электродные датчики применяют при приеме и измерении низкочастотных электромагнитных полей в море. Собственный шум датчика, генерируемый на границе электрод–жидкость, определяет пороговую чувствительность приемника, поэтому исследование электродного шума представляет большой практический интерес. Цель исследования, описанного в статье [1], – изучение электродного шума при наличии пульсации скорости жидкости, в частности, изучение влияния на него различных факторов: времени выдержки в электролите, концентрации электролита, скорости движения и пульсаций скорости жидкости, площади и материала электрода.

Исследования проводили на установке, схематически изображенной на рисунке 1. 

Рисунок 1. Схема установки для измерения электродного шума при движении жидкости: 1 –стальной ящик, являющийся магнито- и электростатическим экраном; 2 – стальной ящик-экран; 3 – электродвигатель; 4 – аккумулятор питания электродвигателя; 5 – блок для регулирования скорости вращения электродвигателя; 6 – центробежный насос; 7 – диэлектрический вал; 8 – ячейка с двумя электродами; 9 – предварительный усилитель с собственным источником питания; 10 – резервуар с жидкостью; 11 – датчик скорости жидкости;  12 – предварительный усилитель с собственным источником питания; 13 – диэлектрический трубопровод; 14 – металлическая труба, служащая электростатическим экраном; 15 – шунтирующий отрезок; 16 – зажим; 17 – коммутатор; 18 – измерительный усилитель; 19 – Модуль АЦП Е20-10; 20 – компьютер.

При измерениях с помощью модуля АЦП Е20‑10 на компьютер сериями записывали сигналы напряжения с электродов и датчика скорости, которые обрабатывали при помощи программы LGraph2. Полученные в результате обработки спектры электродного шума и спектры напряжения с датчика скорости жидкости усредняли по ансамблю.

Выполненные измерения показали, что переменная составляющая электродного напряжения (электродный шум) при включенном насосе содержит периодическую составляющую, частоту которой определяет скорость вращения электромотора насоса. Рост скорости вращения приводит к соответственному увеличению частоты периодической составляющей. На рисунке 2 приведены усредненные спектры электродного шума и напряжения датчика скорости.

Рисунок 2. Спектры электродного напряжения (слева) и напряжения датчика скорости (справа) при скорости движения жидкости 0,5 м/с и времени выдержки электродов в электролите (раствор NaCl с концентрацией 4,5 г/л) в течение 17 сут.

Проведенные исследования позволяют заключить, что основной причиной электродного шума при движении электролита является электрохимическая реакция окисления поверхности металла электрода. С течением времени скорость роста окисла падает, электродный шум стабилизируется и его спектральные характеристики имеют вид, показанный на рисунке 2.

Автором экспериментально установлено, что переменная составляющая электродного напряжения (электродный шум) содержит периодическую составляющую, частота которой равна частоте пульсации скорости потока жидкости, в которой находится электродный датчик. Показано, что у движущегося в жидкости электродного датчика эта составляющая электродного шума может превалировать и определять его чувствительность. Определена чувствительность датчика с электродами из нержавеющей стали к пульсациям скорости, которая составила 1,2 × 10^-6 В с/м. Предложен механизм возникновения пульсаций потенциала электрода, связанный с изменением скорости электрохимической реакции на поверхности электрода.

Источник:

Максименко В.Г. Шум электродного датчика в пульсирующем потоке жидкости // Радиотехника и электроника. – 2017. – Т. 62, № 11. – С. 1086‑1093.
DOI: 10.7868/S0033849417110122

Разработчик: Максименко В.Г. (Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, г. Фрязино, МО)