ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ КОМПАКТИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к анализу физико-химических характеристик компактированных материалов, твердых электролитов, и может быть использована для определения основных электрических параметров, например, для определения зависимости электрической проводимости материалов от температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света.
Быстрый рост населения приводит к большому спросу на производство электроэнергии. На сегодняшний день огромная доля электроэнергии вырабатывается на ТЭС, ТЭЦ за счет переработки ископаемых топлив, что пагубно влияет на экологическое состояние планеты, вследствие чего, в последние годы доля электроэнергии получаемой за счет возобновляемых источники энергии увеличивается. При этом важнейшими компонентами возобновляемых источников энергии, являются устройства для хранения энергии. Такими устройствами являются аккумуляторы, батареи, конденсаторы и суперконденсаторы. Особое внимание получили суперконденсаторы благодаря своим уникальным свойствам, а именно мощности и длительному сроку службы.
Основным направлением в развитии суперконденсаторов является создание новых материалов или их модернизация различными методами [Poonam, Sharma, K., Arora, A., & Tripathi, S. K. Review of supercapacitors: Materials and devices // Journal of Energy Storage, Vol. 21, 2019, P. 801-825]. Благодаря развитию нанотехнологий появилось огромное количество наноструктурированных материалов (нанотрубки, нановолокна, наностержни, наноиглы, нанопроволоки, одномерные оксиды металлов и.т.д.), требующих тщательных испытаний на электропроводность в широком диапазоне температур, влажности, концентрации рабочего газа и  длины волны света.
Поэтому важным вопросом является создание ячейки для определения электрической проводимости различных компактированных материалов в зависимости от температуры, влажности концентрации рабочего газа и длины волны света.
Известна конструкция ячейки, содержащая корпус с перегородкой и измерительными контактами [Патент SU 940037 от 1982.06.30, МПК G01N 27/02(2006.01)]. Ячейка имеет корпус, выполненный в виде кольца с перегородкой со сквозным каналом, материал которых - эпоксидная смола марки ЭД-20. Токопроводящие контакты выполнены в виде вогнутых полусфер.
Данная конструкция не позволяет работать с компактированными материалами, поскольку ячейка предназначена только для сыпучих материалов. Кроме того, известная ячейка не позволяет получать зависимость электрической проводимости от температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света.
Известна конструкция ячейки, которая представляет собой цилиндрический корпус со сквозным отверстием, изготовленный из полиметилметакрилата, фторопласта или кварца, где с торцов установлены электроды [Патент SU 1140183 от 1983.06.23, МПК G01N 27/26(2006.01)]. Согласно полезной модели, корпус выполнен в виде цилиндра со сквозным отверстием, причем верхнее отверстие шире нижнего, внутри которого в поперечной плоскости на шайбе размещен исследуемый образец, прижимаемый к шайбе втулкой. С обоих торцов корпуса устанавливаются вспомогательный и рабочий электроды, которые пуансонами поджимаются к образцу. Данная конструкция ячейки позволяет исследовать вольт-амперные характеристики и измерять проводимость компактированных образцов.
Однако данная конструкция ячейки не позволяет получать зависимость электрической проводимости компактированных материалов от температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света.
Известна ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров хеморезистивного типа, являющаяся прототипом предлагаемой полезной модели, описание которой приводится в работе [Патент RU 202069 от 2020.01.28, МПК G01N 27/12(2006.01)]. Ячейка состоит из прямоугольного корпуса и крышки, изготовленных из термопласта. В центральной части крышки установлены светодиоды разной длины волны, а в центральной части дна корпуса расположен керамический нагреватель, с обеих сторон которого размещаются зажимные контакты для измерения электрической проводимости газовых сенсоров. В корпусе на противоположных частях меньшей стороны расположены штуцера ввода и вывода газовых потоков. Также ячейка оснащена датчиками контроля климатических параметров газовой среды. Между крышкой и корпусом имеется уплотнение для герметизации ячейки. Достоинством данной конструкции ячейки является возможность получать данные зависимости по влиянию температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света на удельную проводимость сенсоров.
Однако данная конструкция не позволяет работать с компактированными материалами, поскольку в ячейке предусмотрено подключение контактов в одной плоскости, а компактированные образцы необходимо подключать с противоположных торцевых концов.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности получения данных о влиянии температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света на электрическую проводимость для компактированных материалов.
Задача достигается тем, что ячейка для измерения электрической проводимости компактированных материалов состоит из корпуса и крышки, изготовленных из термопласта, при этом крышка закреплена к корпусу, а в центральной части крышки установлены светодиоды разной длины волны, в корпусе зафиксированы штуцера ввода и вывода газовых потоков, после штуцера ввода газовых потоков на днище корпуса закреплены датчики контроля климатических параметров газовой среды, а в центральной части днища корпуса зафиксирован керамический нагреватель, к которому зажимными контактами прижаты компактированные образцы, при этом между образцом и поверхностью нагревателя зафиксирован общий контакт, в роли которого может выступать металлическая пластина, изготовленная из любого металла, имеющего низкое электрическое сопротивление (например, из меди, свинца и пр.).
На чертеже приведена ячейка для измерения электрической проводимости компактированных материалов, состоящая из корпуса (1), крышки (2), штуцера ввода газов (3), датчика влажности-температуры (4), датчика давления (5), зажимных контактов (6), нагревателя (7), теплоизоляции (8), общий контакт (9), светодиодов (10), штуцер вывода газов (11), уплотнение (12).
Ячейка для измерения электрической проводимости компактированных материалов работает следующим образом. Смесь газов по газопроводу поступает в объем ячейки через штуцер ввода газа (3), закрепленного на корпусе (1). Прежде чем газовый поток достигает образца (на чертеже не указано), с помощью датчика влажности-температуры (4), определяются климатические параметры входящего газового потока, давление в ячейки измеряется с помощью датчика давления (5). Далее газовый поток проходит через компактированный материал, прижатый зажимными контактами (6) к общему контакту (9), изготовленному из металла, имеющего низкое электрическое сопротивление (например, из меди, свинца и пр.) и зафиксированному на керамическом нагревателе (7), который находится на теплоизоляции (8) на днище корпуса (1). Температура нагревателя контролируется изменением значения подаваемого на него напряжения. Светодиоды (10), закрепленные на крышке (2), включаются по очереди или периодически в зависимости от условий измерения. После чего с помощью штуцера вывода газов (11), газовый поток выходит в атмосферу.
Таким образом, ячейка для измерения электрической проводимости компактированных материалов, работает в проточном режиме, и оснащена общим контактом, вследствие чего ячейка способна получать данные зависимости влияния температуры, влажности, концентрации рабочего газа и длины волны света на удельную проводимость для компактированных материалов.