Ртутно-электролитические капиллярные преобразователи

Московский государственный технический университет 

имени Н. Э. Баумана 

 

 
 

С.Н. Синавчиан, М.А. Синельщикова,  

В.С. Синавчиан 

 
 
 
 

Ртутно-электролитические  

капиллярные преобразователи 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

УДК 531.768 
ББК 32.84 
         С38 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/192/book752.html 

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» 
Кафедра «Технологии приборостроения» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана  
в качестве учебного пособия 

Рецензенты: 
канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана А.С. Косолапов; 
нач. отдела ФГУП «ЦНИРТИ» им. А.И. Берга Н.С. Резниченко 

  
 
Синавчиан, С. Н.  
 
 
     Ртутно-электролитические капиллярные преобразователи : учебное пособие / С. Н. Синавчиан, М. А. Синельщи- 
кова, В. С. Синавчиан. — Москва : Издательство МГТУ  
им. Н. Э. Баумана, 2014. — 62, [2] c. : ил.  

ISBN 978-5-7038-4063-4 

Ртутно-электролитические капиллярные преобразователи, являющиеся разновидностью электрокинетических преобразователей, составляют перспективный класс преобразователей, пригодных для решения широкого круга задач, в первую очередь задач виброметрии. 
Учебное пособие посвящено основам теории и применения электрокинетических преобразователей. Рассмотрены физико-химические 
основы работы, методы расчета и конструирования ртутно-электро- 
литических капиллярных преобразователей. Приведены принципы построения, конструкция и технические характеристики. 
Для студентов старших курсов кафедры «Технологии приборостроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплины «Методы 
оценки эксплуатационных параметров и испытаний изделий», «Электрорадиоизмерения и испытания информационных радиоэлектронных 
средств», «Электрорадиоизмерения и испытания радиоэлектронных 
средств». 
 
 
УДК 531.768 
ББК 32.84 
 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 
 © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4063-4 
 
 
       МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

С38 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В середине 1970-х годов на стыке физики, химии и электроники зародилось и успешно развивается новое направление — хемотроника, использующая электрохимические явления для построения средств автоматики, измерительной и вычислительной 
техники, моделирования биологических процессов. 
Успешная исследовательская и конструкторско-технологическая работа в области хемотроники проводилась коллективами 
под руководством Н.С. Лидоренко, Б.С. Сотскова, П.Д. Луковцева, 
Р.Ш. Нигматулина, И.В. Стрижевского, А.П. Шорыгина, Б.М. Гра- 
фова, М.Л. Фиша, М.С. Касимзаде, А.Н. Балашова и других ученых. Одним из перспективных классов хемотронных приборов 
являются устройства, основанные на использовании электрокинетических явлений, связанных с электромеханическими процессами на границе раздела фаз и сопровождающихся непосредственным преобразованием энергии движения жидкости в 
электрическую энергию и обратно — электрической энергии в 
движение жидкости. 
Обратимость, широкие рабочий частотный и температурный 
диапазоны, охватывающие частоты от тысячных долей герца до 
ультразвуковых и температуры от –50…40 до 150…200 °С, высокая чувствительность, большой динамический диапазон, малый 
уровень собственных шумов, надежность, простота конструкции и 
другие качества открывают возможность широкого применения 
электрокинетических преобразователей (ЭКП) в измерительной 
технике. 
Современное развитие науки и техники предъявляет все возрастающие и разносторонние требования к элементам и устройствам автоматики, измерительной и вычислительной техники в 
отношении расширения их возможностей, улучшения конструкций 
и технических характеристик, а также повышения надежности. 

Удовлетворение этих требований невозможно без существенного 
развития принципов построения соответствующих элементов, 
привлечения для этого новейших достижений естественных и технических наук. 
В настоящее время на базе ЭКП предложены и разрабатываются приборы для измерения различных механических величин: давления, перемещения, линейного и углового ускорения, тепловых, 
акустических, медико-биологических параметров, для перекачки, 
контроля состава, дозирования и измерения расхода жидкостей. 
Ртутно-электролитический 
капиллярный 
преобразователь 
(РЭКП) является акселерометром с ярко выраженной резонансной 
характеристикой. Он предназначен для преобразования механических колебаний объекта, на котором закреплен, в электрический 
сигнал в диапазоне частот до 4 кГц, т. е. в инфранизкочастотной и 
низкочастотной областях, и используется для нужд военнопромышленного и аэрокосмического комплексов, приборостроения и других областей техники. Однако отсутствие целенаправленного формирования характеристик преобразователей и низкая 
точность одной из последних операций — заполнения чувствительного элемента (ЧЭ) — существующих технологических процессов изготовления РЭКП приводят к необходимости выпуска 
избыточного количества датчиков с последующим подбором экземпляров с необходимыми характеристиками, причем выход готовых изделий составляет 15 %. 
Существенным является отсутствие комплексных исследований, посвященных расчету геометрии компонентов РЭКП в зависимости от требуемых выходных характеристик. 
Изготовление партий РЭКП с заданными метрологическими 
характеристиками, заключающееся в разработке технологических 
мероприятий, направленных на формирование параметров РЭКП и 
увеличение точности операции заполнения ЧЭ чередующимися 
каплями ртути и электролита, определяет актуальность представленной работы. 
В первой главе рассмотрены физико-химические основы работы, общие свойства, вопросы расчета и конструирования ЭКП, в 
частности РЭКП. 
Во второй главе показана актуальность использования РЭКП 
во многих областях приборостроения, в первую очередь для нужд 

военно-промышленного и аэрокосмического комплексов. Проведен анализ существующих конструкций и технологических процессов изготовления РЭКП, их достоинств и недостатков, а также 
факторов, определяющих низкое качество изготовления РЭКП при 
использовании традиционной технологии.  
В третьей главе представлен принцип действия установки для 
заполнения ЧЭ РЭКП. Описаны испытательные стенды для исследования изменения резонансных характеристик экземпляров 
РЭКП. Представлены результаты исследований и проведен их 
анализ. 
 
 

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ 
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 

1.1. Электрокинетические явления.  
Определения, классификация 

Под электрокинетическими подразумевают явления, имеющие 
общую природу, происходящие на границе раздела фаз и связанные с их взаимным перемещением. Классическими их формами 
являются электроосмотический перенос жидкости, потенциал протекания (течения), потенциал оседания и электрофорез. 
Электрокинетические явления в капиллярных системах — 
электроосмос, потенциал (ток) течения — можно отнести к внутренним, а электрофорез и потенциал оседания (седиментационный 
потенциал) — к внешним электрокинетическим явлениям. 
Известны также другие явления, имеющие электрокинетическую природу или смежные с ними, — звукоэлектрохимические 
эффекты на поляризованных электродах, возникновение потенциала на проводнике с пористой изоляцией, помещенном в жидкость, 
движение полярных жидкостей в неоднородном электрическом 
поле (эффект Сумото), эффекты на границе двух несмешивающихся жидкостей, находящихся в капилляре (U-эффекты или Laturэффекты), возникновение потенциала коллоидной и ионной вибрации и т. д. 
Исходным пунктом различных теорий электрокинетических 
явлений служит представление о наличии двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Характерной особенностью 
электрокинетических эффектов является их обратимость. С этой 
точки зрения можно классифицировать эти явления на прямые и 
обратные. 

Прямые явления — образование электрической разности потенциалов за счет: 1) движения жидкости относительно твердой 
поверхности — потенциал протекания; 2) движения частиц твердого тела в жидкости — седиментационный и вибрационный потенциалы.  
Обратные явления — возникновение при наличии электрического поля: 1) движения жидкости относительно твердой поверхности — электроосмос; 2) движения частиц твердого тела в жидкости — электрофорез. 
Электроосмос и электрофорез были открыты профессором 
Московского университета Ф. Рейссом в 1808 г. Развитию теории 
электрокинетических явлений в значительной мере способствовали фундаментальные исследования И.И. Жукова и его учеников, 
А.Н. Фрумкина, В.В. Дерягина, С.С. Духина и других ученых. 

1.2. Явления, смежные с электрокинетическими 

Электрокапиллярные явления. Если электрокинетические 
явления отражают связь между относительным движением жидких 
и твердых фаз, то электрокапиллярные явления отражают связь 
между избыточной поверхностной энергией и разностью потенциалов на границе раздела несмешивающихся электропроводных 
жидкостей внутри капилляра (рис. 1.1). 
 

Рис. 1.1. К принципу работы электрокапиллярного преобразователя
 
 
Электрические и гидродинамические эффекты, возникающие 
на границе раздела жидких фаз при их относительном движении, 
по своей природе и причинам близки к электрокинетическим. В то 
же время порядок величин, выявляемых в результате действия 
этих эффектов, существенно отличается от аналогичных значений, 

e

Ртуть

v

Раствор
электролита