СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА СДВИГОВОМ ПОТОКЕ С ПЕРЕМЕННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ СИГНАЛОМ

УДК 621.3.011.712

 

  • Гринюк Дмитрий Анатольевич – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: hryniuk@tut.by
  • Карпович Дмитрий Семенович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: karpovich@tut.by
  • Олиферович Надежда Михайловна – ассистент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: oliferovich@belstu.by
  • Сухорукова Ирина Геннадьевна – старший преподаватель кафедры программной инженерии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: irina_x@rambler.ru
  • Оробей Игорь Олегович – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: orobei@tut. Чепурко Матвей Вячеславович – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: matvey.chepurko@gmail.com

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-6141-2024-278-7.

 

Ключевые слова: схема замещения, электрокинетический потенциал, переменный ток течения.

Для цитирования: Гринюк Д. А., Карпович Д. С., Олиферович Н. М., Сухорукова И. Г., Оробей И. О., Чепурко М. В. Схема замещения электрокинетического преобразователя на сдвиговом потоке с переменным измерительным сигналом // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2024. № 1 (278). С. 43–51. DOI: 10.52065/2520-6141-2024-278-7.

Аннотация

В статье с использованием результатов предыдущей работы расширяется анализ схемы замещения измерительного преобразователя электрокинетического потенциала на область переменных значений. Поскольку работа измерительных преобразователей основана на контактном методе измерения тока и напряжения в водном растворе с помощью электродной системы, следует учитывать электрохимические процессы, которые происходят в электродной системе. Делается вывод, что именно электродная система во многом определяет динамические характеристики измерительного канала. Для отражения динамически свойств принят типовой слаботочный вариант схемы замещения электродной системы. Для рассмотренного варианта измерительного преобразователя могут наблюдаться сложные распределения движения заряженных частиц вследствие наличия одновременно двух источников энергии. Токи утечки между ними могут способствовать искажению измерительных потенциалов при пересчете измерительных потенциалов в электрокинетический потенциал. Сделан вывод, что токи утечки могут повлиять на граничные частоты рабочего диапазона измерительного преобразователя. Для измерительного преобразователя, который будет работать на низких частотах, предложен вариант схемы замещения для низких и инфранизких частот. Проложенные конструкции измерительных преобразователей характеризуются сложной геометрией участка протекания токов утечек. Для варианта подвижного элемента преобразователя в виде цилиндра с сечения параллельно оси цилиндра получена формула, которая связывает параметры измерительной ячейки с эквивалентным сопротивлением в схеме замещения.

Скачать

 

Список литературы

  1. Ajdari A. Steady flows in networks of microfluidic channels: building on the analogy with electrical circuits // C. R. Phys. 2004. Vol. 5. P. 539–546.
  2. Wu J. Interactions of electrical fields with fluids: laboratory-on-a-chip applications // IET Nanobiotechnol. 2008. Vol. 2 (1). P. 14–27.
  3. Fluid flow induced by nonuniform ac electric fields in electrolytes on microelectrodes. I. Experimental measurements / Green N. G. [at al.] // Phys. Rev. E. 2000. Vol. 61, issue 4. P. 4011–4018.
  4. Osterle J. F. Electrokinetic Energy Conversion // Journal of Applied Mechanics. 1964. Vol. 31 (2). P. 161–164.
  5. Morrison F. A., Osterle J. F. Electrokinetic Energy Conversion in Ultrafine Capillaries // The Journal of Chemical Physics. 1965. Vol. 43, issue 6. P. 2111–2115.
  6. Chang C.-C., Yang R.-J. Electrokinetic energy conversion in micrometer-length nanofluidic channels // Microfluid. Nanofluidics. 2010. Vol. 9. P. 225–241.
  7. Energy from streaming current and potential / W. Olthuis [et al.] // Sensors and Actuators B: Chemical, 2005. Vol. 111–112. P. 385–389.
  8. Streaming potential/current measurement system for investigation of liquids confined in extendednanospace / K. Morikawa [et al.] // Lab Chip 10. 2010. P. 871–875.
  9. Saha P., Zenyuk I. V. Electrokinetic Streaming Current Method to Probe Polycrystalline Gold ElectrodeElectrolyte Interface Under Applied Potentials // J. Phys. Chem. 2021. Vol. 168, issue 4. P. 19493–19505.
  10. Streaming potential. Streaming potential and electroviscous effects inperiodical pressure-driven microchannel flow / L. Gong [et al.] // Physics of Fluids. 2008. Vol. 20, issue 46. P. 063603-1–063603-7.
  11. Khademi M., Barz D. Structure of the Electrical Double Layer Revisited: Electrode Capacitance in Aqueous Solutions // Langmuir. 2020. Vol. 36, issue 16. P. 4250–4260.
  12. Measurement and interpretation of electrokinetic phenomena / A. Delgado [at al.] // Journal of Colloid and Interface Science. 2007. Vol. 309, issue 2. P. 194–224.
  13. Frequency dependent streaming potentials / P. M. Reppert [et al.] // J. Colloid Interface Sci. 2001. Vol. 234, issue 1. P. 194–203.
  14. Схема замещения электрокинетического преобразователя на сдвиговом потоке / Д. А. Гринюк [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2023. № 1 (266). С. 46–53.
  15. Гринюк Д. А., Кузьмицкий И. Ф., Оробей И. О. Первичный преобразователь для измерения электрокинетических характеристик // Приборы и техника эксперимента. 1998. № 3. С. 124–127.
  16. Преобразователи электрокинетического потенциала гидродисперсных систем / Д. А Гринюк [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 106–110.
  17. Electrokinetic Converter Using An Unsteady Shift: A Quantitative Model / D. Hryniuk [et al.] // Open Conference of Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream). Vilnius, Lithuania, 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/eStream.2019.8732159.
  18. Математическая модель формирования измерительного сигнала в электрокинетическом преобразователе переменного сдвига / Д. А Гринюк [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2019. № 2 (224). С. 58–65.
  19. Лидоренко Н. С., Ильин Б. И., Зайденман И. А. Введение в молекулярную электронику. М.: Энергоатомиздат, 1984. 320 c.
  20. Дамаскин Б. Б. Петрий О. А. Введение в электрохимическую электрокинетику / под общ. ред. А. Н. Фрункина. М.: Высшая школа, 1975. 416 с.

Поступила после доработки 15.11.2023