Компланарные коллекторы принцип работы: Компланарные коллекторы принцип работы

Содержание

Коллектор отопления в котельной, коллекторная группа теплого пола

В сантехнике коллектором называется участок трубы увеличенного сечения, собирающий (или раздающий) воду из нескольких ответвлений меньшего диаметра. В отопительных системах административных, жилых и производственных зданий указанный элемент встречается под названием «распределительная гребенка». Наша задача – рассмотреть коллектор отопления для частного дома, рассказать о принципе работы, вариантах применения и способах монтажа.

Зачем нужен коллектор, принцип работы

Устройство данного сантехнического прибора очень простое. По сути, это кусок трубы большого диаметра, оснащенный резьбовыми штуцерами для подключения контуров водяной системы. Длина гребенки отопления зависит от числа присоединений, основная линия обычно подводится к торцу.

Справка. Как правило, коллекторы снабжаются отводными патрубками одинакового диаметра, составляющего 0.5…0.75 от сечения главной камеры. Расстояние между штуцерами бывает разным – в зависимости от расхода теплоносителя в контурах и назначения гребенки.

Что происходит в коллекторе, куда поступает вода из 2…10 параллельных ветвей:

  1. Из нескольких магистралей в сборный трубопровод попадает теплоноситель с различными параметрами – температурой, скоростью течения, расходом за единицу времени.
  2. В большом проходном сечении гребенки скорость движения воды снижается, уменьшается гидравлическое сопротивление.
  3. Смешиваясь в главной камере, разные потоки обретают на выходе одинаковую температуру и скорость.

Схема работы коллекторной трубы для сбора теплоносителя

Итак, задача коллектора – сбор теплоносителя, выравнивание его параметров и отправка обратно в котел по основной линии. Без гребенки не обойтись, когда нужно свести в один трубопровод несколько магистралей с разным расходом воды, гидравлическим сопротивлением и протяженностью. Попробуйте соединить такие ветви на тройниках — 2–3 контура сразу перестанут нормально работать.

Распределительный коллектор отопления действует аналогичным образом, только в обратном направлении. Вода от котла, медленно протекающая через основную камеру, расходится в требуемом количестве по второстепенным линиям.

Одна голая труба с отростками малополезна без сопутствующей арматуры – кранов, клапанов и прочих элементов. Коллекторный узел в сборе помогает решить несколько важных задач:

  • регулировать количество теплоносителя по каждой ветви, балансировать их между собой;
  • путем подмеса снижать температуру подаваемой воды и поддерживать ее на заданном уровне;
  • опорожнять систему, сбрасывать воздух;
  • автоматически управлять микроклиматом каждого помещения, используя комнатные терморегуляторы.

Виды коллекторных узлов

Прежде чем рассматривать типы гребенок, укажем способы их применения в системах водяного отопления частных домов и квартир:

  • распределение и регулирование температуры воды в контурах теплых полов, сокращенно – ТП;
  • раздача теплоносителя радиаторам по лучевой (коллекторной) схеме;
  • общее распределение тепла в жилом здании большой площади со сложной системой теплоснабжения.

Слева на фото – компланарный коллектор для распределения теплоносителя по ветвям, справа – готовый коллекторный модуль с гидрострелкой

В загородных коттеджах с разветвленным отоплением коллекторная группа включает так называемую гидрострелку (иначе – термогидравлический разделитель). По сути, это вертикальный коллектор на 6 выводов: 2 – от котла, два – на гребенку, один верхний для удаления воздуха, из нижнего сбрасывается вода.

Дополнение. Есть каскадные гидрострелки с большим количеством штуцеров, куда подключаются отопительные контуры напрямую. Тогда распределитель коллекторного типа не используется.

Теперь о видах распределяющих гребенок:

  1. Для ограничения температуры воды, регулирования расхода и балансировки контуров теплого пола используются специальные коллекторные блоки, сделанные из латуни, нержавейки или пластика. Размер присоединительного отверстия основной теплотрассы (на торце трубы) – ¾ либо 1 дюйм (DN 20–25), ответвлений – ½ или ¾ соответственно (DN 15–20).
  2. В радиаторных лучевых схемах применяются те же гребенки систем напольного обогрева, но с урезанным функционалом. Разницу мы объясним ниже.
  3. Для общедомового распределения теплоносителя используются стальные коллекторы больших размеров, диаметр соединения – свыше 1” (DN 25).

Заводские коллекторные группы недешевы. Ради экономии домовладельцы часто пользуются гребенками, спаянными своими руками из полипропилена, или берут дешевые распределители для систем водоснабжения. Дальше мы укажем проблемы, связанные с установкой самодельных и водопроводных коллекторов.

Гребенки для радиаторных и напольных систем – из нержавейки, латуни и пластика

Устройство гребенки для теплого пола

Температура теплоносителя, подаваемого в контуры напольного отопления, не должна превышать 50 °C, оптимальный температурный график – 40/30 °C. Если поверхность пола нагреется сильнее 30 градусов, в комнате станет душно, некомфортно.

Держать на подаче 40–50 °C способны только газовые котлы, и то, с потерей КПД. Чтобы эффективно расходовать газ либо другой энергоноситель, воду необходимо греть до 60 градусов, а после снижать температуру на входе в петли ТП. Это одна из основных задач коллекторного блока, состоящего из следующих элементов:

  • сам коллектор – 2 отдельных трубки (подающая и обратная) с кронштейнами настенного крепления;
  • термостатические клапаны нажимного действия с подсоединением для труб типа «евроконус»;
  • расходомеры (ротаметры) со шкалой 0.5…5 л/мин;
  • торцевые блоки с автоматическими воздушными клапанами и вентилями слива;
  • блоки стрелочных термометров;
  • отсекающие шаровые краны;
  • байпасная линия с перепускным клапаном.

Конструкция распределителя для систем напольного обогрева

Ротаметры и нажимные клапаны завинчиваются в специальные гнезда на гребенке, последние закрыты пластмассовыми колпачками. Воздухоотводчики со сливными вентилями вкручиваются в торцы коллекторных трубок с одной стороны, блоки термометров и кранов – с другой. Байпас устанавливается в зависимости от конструкции гребенки.

Примечание. Обычно расходомеры стоят на линии подачи, термоклапаны – на «обратке». Но встречаются и другие модели коллекторов с ротаметрами на обратной магистрали. Если вы перепутаете трубки распределителя, то перекрутить клапаны вместо расходомеров не выйдет – внутренняя форма втулок разная.

За термометрами идут шаровые краны, следом – циркуляционный насос и узел смешивания. Рассмотрим каждый элемент коллекторной группы отдельно.

Конструкция и назначение расходомеров

Ротаметры предназначены для контроля и регулирования максимального расхода жидкости через петли. Элементы вкручиваются в специальные патрубки на коллекторе без подмоточных материалов – уплотнителем служит прокладка из резины EPDM.

В корпусе расходомера установлен подпружиненный шток с рабочей тарелкой на одном конце и контрольной шайбой на другом. Как работает ротаметр:

  1. Теплоноситель затекает сквозь боковое отверстие в корпусе, потом движется вниз, давит на тарелку и уходит в трубу.

    Чтобы настроить на расходомере максимальный проток регулировочной шайбой, нужно снять защитный пластиковый колпачок

  2. Чем больше воды протекает через расходомер, тем сильнее давление на тарелку. Пружина сдавливается, шток с контрольной шайбой опускается. Расход в л/мин можно наблюдать по шкале, нанесенной на прозрачной колбе элемента.
  3. Величина протока регулируется вращением верхней части корпуса. При закручивании проходное отверстие частично или полностью закрывается поршнем.

Справка. На коллекторах некоторых производителей устанавливаются нерегулируемые ротаметры. Для ограничения расхода используются отдельные краны, встроенные в тело трубы. Как выглядят подобные элементы, смотрите ниже на видео.

Расходомеры, устанавливаемые на обратной линии, устроены аналогично, только пружина стоит по другую сторону контрольной шайбы. Теплоноситель поступает снизу и толкает тарелку вверх, шток и шайба поднимаются. Как различить ротаметры разных типов:

  • если при отсутствии протока шайба находится вверху колбы, то расходомер ставится на подаче;
  • если при нулевом расходе воды шайба стоит внизу шкалы, элемент предназначен для «обратки»;
  • шкала на колбе проградуирована в соответствующем направлении, в первом случае отсчет ведется сверху вниз, во втором – снизу вверх.

В процессе эксплуатации ротаметры надо обслуживать – чистить по мере загрязнения. Индикатором служит прозрачная колба, когда она покроется налетом изнутри, элемент следует выкрутить, разобрать и удалить грязь с рабочих поверхностей.

Как устроен термостатический клапан

Конструктивно изделие не отличается от других подобных термоклапанов – радиаторных либо двухходовых. При нажатии на подпружиненный шток тарелка опускается в седло, перекрывая проход теплоносителю. Есть возможность преднастройки: максимальный расход ограничивается вращением сердцевины клапана с помощью шестигранного ключа.

Уточнение. Существует 2 типа клапанов – нормально открытые и нормально закрытые. Первые описаны выше – при нажатии на шток проход закрывается. Вторые используются реже, там канал закрыт изначально, при опускании штока отверстие открывается.

Назначение термостатического клапана – регулирование расхода теплоносителя при эксплуатации (не балансировка!). Управление реализуется 3 способами:

  1. Ручной. Положение штока регулируется пластиковой рукояткой, которая накручивается на клапан сверху.
  2. Автоматическими термоголовками RTL, нажимающими шток при увеличении температуры обратного потока. Не путайте их с обычными радиаторными головками, реагирующими на температуру воздуха.
  3. Электрическими сервоприводами, связанными с комнатными терморегуляторами либо погодозависимой автоматикой.

Ручное управление требует постоянного внимания со стороны пользователя – при изменении температуры окружающей среды вам придется поджимать или отпускать шток. Термоголовки типа RTL автоматизируют процесс, но хорошо работают только на коротких петлях – до 60 м. Сервоприводы плюс терморегуляторы применимы везде.

Прочие аксессуары гребенки

В начале публикации мы перечислили задачи, которые должна решать коллекторная группа теплых полов. С балансировкой и регулированием расхода понятно – эти функции исполняют ротаметры и клапаны. Перейдем к оставшимся аксессуарам:

  1. Терминальный узел для опорожнения и автоматического удаления воздушных пузырей. Элемент состоит из корпуса со сливным краном и поплавкового воздухоотводчика. Штуцер закрыт пробкой, которая одновременно является барашком для открытия вентиля.
  2. Блоки стрелочных термометров, размеченных до 80–90 °С. Назначение ясно – измерение температуры на входе и выходе из гребенки.
  3. Краны шаровые отсекающие. В зависимости от способа подключения коллектора к отоплению используются краны прямые, угловые, с американкой и внутренней/наружной резьбой.
  4. Байпасная перемычка с перепускным клапаном применяется в системах с автоматической регулировкой. Если из-за теплой погоды все контуры закроются, теплоноситель пойдет через байпас по кругу, насос не будет работать «на себя». В обычном режиме клапан не даст воде циркулировать напрямую, заставит двигаться по петлям.

Слева направо: концевой фитинг для опорожнения с ручным воздушным краном, блок с автоматическим воздухоотводчиком, шаровые краны и термометры

Примечание. Через терминальный узел можно не только сливать теплоноситель, но и закачивать в случае ремонта. Коллектор отсекается кранами от основной магистрали, производится опорожнение либо подпитка контуров ТП через боковой штуцер.

Количество и разнообразие дополнительной арматуры зависит от производителя гребенки. Указанные аксессуары являются основными, кроме них еще применяются различные заглушки, переходники и вентили.

Перед коллекторным блоком располагается смесительный узел, его состав зависит от метода приготовления теплоносителя для ТП. Практикуется 3 способа доведения воды в теплых полах до нужной температуры:

  1. Подмес в контуры горячей воды двухходовым термостатическим клапаном. Элемент запускает порции теплоносителя по команде термоголовки с выносным температурным датчиком в виде медной колбы. Последний прикреплен к металлической стенке коллектора и связан с головкой через капиллярную трубку.
  2. Смешивание охлажденного и нагретого теплоносителя с помощью трехходового клапана. Принцип следующий: насос гоняет воду через байпас по контурам, когда она не охладится, клапан открывает подачу нагретой воды из котловой линии. Отличие от предыдущего метода – более плавная подача, качество смешивания.
  3. Ограничение обратного протока термоголовками RTL, установленными на термоклапаны гребенки. Здесь насосный модуль вообще не нужен.

Управлять двух– либо трехходовым клапаном можно тремя способами: вручную, с помощью термоголовки с выносной колбой и электрическим исполнительным механизмом. Последний управляется контроллером, получающим сигналы комнатных либо погодных датчиков.

Распределитель лучевой системы отопления

Напомним: лучевая разводка предусматривает индивидуальное двухтрубное подключение каждого радиатора к общему распределительному коллектору, расположенному в удобном месте (обычно – ближе к центру здания).

Пример лучевой разводки отопления в одноэтажном доме

Для монтажа коллекторного узла применяются такие гребенки:

  • заводская для ТП (описывается выше), изготовленная из нержавеющей стали, латуни либо пластика;
  • заводская для водоснабжения со встроенными запорными вентилями, сделанная из полипропилена или металла;
  • самодельные коллекторы, скрученные из латунных фитингов, полипропиленовых тройников.

Выбор типа гребенки зависит от вашего бюджета и требований к радиаторной системе. Если каждая батарея оснащена собственным балансировочным вентилем и термоголовкой, то достаточно чистого коллектора без клапанов и расходомеров. Модуль сброса воздуха и воды оставьте.

Совет. При ограниченном бюджете можно выбрать недорогой водопроводный коллектор с кранами, изображенный на фото. Многие домовладельцы так и поступают, а систему балансируют радиаторными вентилями.

Если вы желаете автоматизировать работу отопления и все регулировки свести в коллекторный шкаф, покупайте гребенку для напольного обогрева. Устанавливайте все аксессуары – ротаметры, клапаны с сервоприводами, «воздушники», комнатные регуляторы. Смеситель по-прежнему не нужен, теплоноситель к батареям подается прямо из котельной.

Ниже на видео показан комбинированный коллектор для отопления, распределяющий тепло на радиаторную разводку и напольные контуры. Обе части гребенки установлены параллельно. Заметьте, для раздачи теплоносителя мастер использовал водопроводные распределители.

Общедомовая коллекторная группа

Магистральная гребенка выполняет те же функции, что и коллектор ТП – распределяет теплоноситель по ветвям отопительной сети различной нагруженности и протяженности. Элемент изготавливается из стали – нержавеющей или черной, профиль основной камеры – круглый либо квадратный.

Справка. Магистральные коллекторы заводского изготовления называют компланарными. Это умное слово обозначает, что все детали гребенки лежат в одной плоскости – вертикальные патрубки подачи насквозь пересекают камеру «обратки» и наоборот. Цель – уменьшить вес и габариты конструкции.

Существуют компактные модели распределителей на 3–5 контуров, сделанные в виде одной трубы. В чем хитрость: коллектор «обратки» помещен внутрь камеры подачи. В результате получаем 1 общий корпус с 2 камерами одинаковой вместительности.

В подавляющем большинстве загородных домов площадью до 300 м² разводящие коллекторы не нужны. Для нескольких потребителей тепла используется схема обвязки способом первично-вторичных колец, описанная в отдельной статье. Когда следует задуматься о покупке общедомовой гребенки отопления:

  • число этажей коттеджа – не менее двух, общая площадь – свыше 300 квадратов;
  • для обогрева задействовано минимум 2 источника тепла – котел газовый, твердотопливный, электрический и так далее;
  • количество отдельных ветвей радиаторного отопления – 3 и больше;
  • в схеме котельной присутствует бойлер косвенного нагрева, контуры отопления вспомогательных построек, подогрева бассейна.

Перечисленные факторы нужно рассматривать отдельно и в совокупности, а для подбора модели конкретных размеров произвести расчет нагрузки на каждую ветку. Отсюда вывод: без консультации с экспертом коллектор лучше не покупать.

Чертеж компланарного коллектора и фото готового изделия с насосными группами

Нюансы монтажа

Технология крепления коллектора к стене довольно проста: гребенка ТП и лучевой разводки подвешивается на монтажных кронштейнах, петли присоединяются фитингами типа «евроконус». Трубы, идущие к верхней части коллектора (обычно это «обратка»), пропускаются под нижней.

Совет. Никто не заставляет вас монтировать распределитель на скобах. При необходимости трубки можно разнести в стороны и закрепить на стене отдельно. Коллекторный ящик используется в помещениях жилой зоны, при установке коллектора в котельной шкаф не нужен.

Кратко перечислим основные моменты:

  1. Размер гребенки подбирается по диаметру труб, используемых в греющих петлях, – Ø16 или Ø20 мм. Соответственно, берем распределитель на ¾ либо 1 дюйм. Материал изделия роли не играет, по соотношению цена/качество выигрывает нержавейка.
  2. Если количество отводов гребенки превышает 12, соберите коллекторный узел из 2 секций. При установке аксессуаров подмоточные материалы не используются, поскольку детали снабжены резиновыми уплотнителями.
  3. Более тяжелый общедомовой коллектор подвешивается на крюках, усиленных кронштейнах либо устанавливается на пол. Насосы, трубы и прочие элементы обвязки не должны нагружать распределитель собственным весом.
  4. Самый горячий теплоноситель получает бойлер косвенного нагрева. Змеевик и циркуляционный насос водонагревателя подключается к гребенке напрямую, обычно – с торца.
  5. Ветви радиаторного отопления и ТП присоединяются к коллектору через узлы подмеса с трехходовыми клапанами. На каждую линию ставится отдельный насос, подобранный по давлению и производительности.

    Тяжелую компланарную гребенку можно устанавливать на пол – сварить металлические подставки

Важный момент. Смесительный узел теплых полов можно ставить в котельной, возле основной гребенки. Тогда к распределителю ТП пойдет вода нужной температуры.

Напоследок о самодельных коллекторах

Выше по тексту мы упоминали о бюджетных вариантах гребенок – водопроводных, полипропиленовых и самодельных. Подобные распределители без проблем используются в радиаторных лучевых схемах. Для балансировки и регулирования протока на каждую батарею ставится балансовый вентиль и кран с термоголовкой. Коллектор снабжаем «воздушниками» + сливными кранами.

Если же вы поставите указанные гребенки на ТП, то столкнетесь с такими нюансами:

  • распределитель невозможно оснастить ротаметрами;
  • без расходомеров сложно сбалансировать контуры разной длины;
  • на заводских пластиковых коллекторах стоят запорные краны, значит, регулировать расход нечем;
  • гребенки, собранные из полипропиленовых или латунных тройников, имеют множество стыков;
  • стоит отметить, что самодельные распределители не слишком хорошо выглядят.

Сделанный своими руками коллектор напольного отопления все-таки можно довести до ума. Собираем распределитель из тройников, а на обратных подводках монтируем радиаторные термостатические вентили с термоголовками типа RTL, как сделано на фото.

Мастеровитый хозяин спокойно изготовит и компланарный общедомовой коллектор – сварит из круглой или профильной трубы. Но здесь загвоздка в расчетах: нужно знать сечение камер и патрубков для конкретной системы отопления. Если специалист рассчитает эти параметры, воспользуйтесь опытом мастера из видео:

Распределительный коллектор отопления: принцип работы, разновидности

Распределительный коллектор отопления служит для равномерного распределения энергии теплоносителя, циркулирующего по контуру отопительной системы, между отопительными приборами. Такой подход обеспечивает не только комфортные условия проживания, но и увеличивает срок службы системы в целом.

Коллектор Uponor латунный, 3 вывода.

Принцип действия

Данное устройство, часто именуемое «гребёнкой» – ни что иное, как раздаточный узел, выполняющий две взаимосвязанные функции: подачу горячего теплоносителя в отдельный независимый контур и отвод остывшей жидкости к генератору тепловой энергии (котлу). От «гребёнки» может отходить разное количество выводов (до 12) в зависимости от числа подключённых контуров или отдельных приборов. Выводы оснащаются регулирующей и запорной арматурой (вентилями, кранами и др.) с тем, чтобы поддерживать желаемую температуру, а в случае необходимости полностью отключить контур для профилактики или ремонта.

Коллекторный блок Valtec из нержавеющей стали с расходомерами.

Из магистрального трубопровода теплоноситель поступает во внутреннюю полость коллектора, а оттуда расходится по подключённым к нему контурам, обеспечивая равномерную теплоотдачу. Отдав тепло отопительному прибору, теплоноситель возвращается в распределительный блок, а далее через обратный коллектор перенаправляется в котёл для повторного нагрева. Таким образом, получается замкнутый цикл.

Гребенка для отопления распределительный коллектор Valtec.


Корпус часто используют как платформу для монтажа некоторых компонентов системы отопления, таких как водовыпускные клапаны, расходомеры, воздухоотводчики, манометры. Это разумно, прежде всего, с точки зрения экономии средств: не нужно монтировать дополнительную трубопроводную арматуру для установки указанных устройств.

Разновидности коллекторов

На сегодняшний день рынок предлагает большое разнообразие коллекторных систем. Самые простые конструкции лишены регулировочной и другой аппаратуры – это даёт возможность покупателю (мастеру) самому решать, какое оборудование он будет в дальнейшем устанавливать. Есть и готовые к использованию коллекторные блоки, «нафаршированные» всевозможными элементами (шаровыми кранами, расходомерами, термодатчиками и т.п.). Это удобно, но дорого. К тому же может статься, что некоторые компоненты вообще не будут востребованы. Зачем же переплачивать?

Полипропиленовый Tebo с 3 выходами, c кранами, 25х20 мм.

Распределительные коллекторы отопления бывают с нижним, верхним или боковым подключением. Первый способ соединения наиболее популярен, так как позволяет максимально скрыть разводку и улучшить эстетичность помещения. В идеале коллектор заключается в нишу или специальный шкафчик, однако с таким расчётом, чтобы доступ к нему был свободным.

В больших домах с мощной и сильно разветвлённой отопительной системой «гребёнки» дополняют гидравлической стрелкой. По сути – это вертикальная труба с торцевыми заглушками, предназначенная для выравнивания параметров рабочего давления и предотвращения гидравлического удара. С одной стороны к стрелке подводится контур отопительных приборов, а с другой – контур котла. При такой схеме каждый контур рекомендуется оборудовать собственным циркуляционным насосом, иначе подобная новация вряд ли будет оправдана.

Никелированный Valtec, 3 вывода.

Распределительные коллекторы отопления изготавливаются из следующих материалов:

  • латунь;
  • нержавеющая сталь;
  • полимер.


Латунные «гребёнки», пожалуй, самые оптимальные с точки зрения соотношения цена/качество. Изделия из «нержавейки» — самые экологичные и долговечные, но и самые дорогостоящие. Полимерные аналоги относительно недороги, но по всем параметрам уступают вышеупомянутым собратьям.

Коллектор Uponor латунный, 2 вывода.

Uponor латунный, 2 вывода, обратка.

Преимущества использования коллектора отопления

В отличие от обычных одно- и двухконтурных систем, где отопительные приборы подключаются последовательно, коллекторная схема предоставляет возможность параллельного подключения. Благодаря этому температура теплоносителя во всех контурах выравнивается, и её можно установить в нужном диапазоне. Более того, с помощью регулирующих вентилей можно выставить индивидуальный тепловой режим для каждого контура (особенно это актуально при наличии тёплого пола).

Если говорить о тёплом поле с числом веток более двух, то без коллектора просто не обойтись. В противном случае слаженная работа системы будет нереальной. Более того, коллектор следует оснастить собственным циркуляционным насосом, а в идеале – ещё и смесительным узлом, отрегулировав его на нужную температуру (она не должна превышать 35-40°C). Количество ответвлений назначается с таким расчётом, чтобы общая длина труб в отдельном контуре не превышала 80 м.

Коллекторная группа Uni-Fitt.

Подытоживая вышесказанное, можно констатировать, что коллекторная схема предоставляет следующие уникальные возможности:

  • устанавливать и поддерживать стабильную, комфортную температуру в любом помещении;
  • распределительный коллектор отопления позволяет экономить энергоресурсы за счёт оптимального распределения тепла;
  • использовать трубы небольших диаметров, уменьшая таким образом толщину цементной стяжки.

Единственный недостаток – дополнительные затраты, причём немалые. Однако игра стоит свеч – проверено на практике.

Видео

 

принцип работы, назначение и расчеты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Что такое гидрострелка в системе отопления? Гидравлический и температурный буфер, который обеспечивает процессы корреляции температур подачи/обратки и упорядоченный максимальный проток теплоносителя, называют гидрострелкой. Статья на тему: «Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты» раскрывает сущность гидравлического разделения контуров отопления.

Гидрострелка необходима для осуществления гидродинамической балансировки в системе отопления

Зачем нужна гидрострелка в системе отопления?

Объяснить, для чего нужна гидрострелка для отопления, очень просто. Процессы разбалансировки теплоснабжения знакомы владельцам частных домов. Современный котел имеет меньший по объему контур, чем циркуляционный расход потребителя. Работа гидрострелки отопления позволяет отделить гидравлический контур теплогенератора от вторичной цепи, повысить надежность и качество системы.

Ответом на вопрос: «Для чего нужна гидрострелка в системе отопления?», служит список достоинств отопления с гидравлическим терморазделителем:

  • разделитель — обязательное условие производителя оборудования для гарантии технического обслуживания на котел мощностью 50 кВт и более, или теплогенератора с чугунным теплообменником;
  • узел обеспечивает максимальный проток с ламинарным течением теплоносителя, поддерживает гидравлический и температурный баланс системы отопления;
  • параллельное подключение гидрострелки отопления и контура потребителей создает минимальные потери давления, производительности и тепловой энергии;
  • коленное расположение патрубков подачи-обратки обеспечивает температурный градиент вторичных контуров;

Схема движения теплоносителя в коллекторе с гидрострелкой

  • оптимальный подбор и расчет гидрострелки для отопления защищает котел от разницы температур подачи-обратки, предохраняет оборудование от теплового удара, выравнивает циркуляционный объем водяных потоков в первичном и второстепенном контуре;
  • узел повышает КПД котла, позволяет вторичную циркуляцию части теплоносителя в котловом контуре, экономит электроэнергию и топливо;
  • подмес сохраняет постоянный объем котловой воды;
  • при экстренной необходимости разделитель компенсирует дефицит расхода во второстепенном контуре;
  • полый разделитель снижает влияние насосов, обладающих различной мощностью квт, на вторичные контуры и котел;
  • дополнительные функции гидроразделителя — уменьшает гидравлическое сопротивление, формирует условия для сепарации растворенных газов и шлама.

В многоконтурных системах отопления использование гидрострелки обязательно для сбалансированной работы

Принцип работы гидрострелки отопления позволяет стабилизировать гидродинамические процессы в системе. Своевременное удаление механических примесей из теплоносителя продлит срок службы насосов, вентилей, счетчиков, датчиков, отопительных приборов. Разделяя потоки (контур теплогенератора и независимый контур потребителя), гидрострелка обеспечивает максимальное использование теплоты сгорания топлива.

Устройство гидрострелки отопления

Гидроразделитель — вертикальный полый сосуд из труб большого диаметра (квадратного профиля) с эллиптическими заглушками по торцам. Размеры разделителя обусловлены мощностью (кВт) котла, зависят от количества и объема контуров.

Тяжелый металлический корпус устанавливают на опорные стойки, чтобы не создавать линейное напряжение на трубопровод. Компактные устройства крепят к стене, располагают на кронштейнах.

Гидрострелка из нержавеющей стали

Патрубок гидрострелки и отопительный трубопровод соединяют с помощью фланцев или резьбы.

Автоматический клапан воздухоотводчика располагают в верхней точке корпуса. Осадок удаляют через вентиль или специальный клапан, который врезан снизу.

Материал для изготовления гидрострелки — низкоуглеродистая или нержавеющая сталь, медь, полипропилен. Корпус обрабатывают антикоррозийным составом, покрывают теплоизоляцией.

Важно! Модели из полимера применяют в системе, которую отапливает котел мощностью от 13 до 35 кВт. Гидравлические разделители из полипропилена не используют для теплогенераторов, которые работают на твердом топливе. Изготовление гидрострелки своими руками из пропилена требует опыта и навыков работы с профессиональным слесарным и ручным электроинструментом.

Гидравлическая стрелка «Meibes»

Дополнительные функции гидрострелок

Усовершенствованные модели совмещают функции разделителя, регулятора температуры и сепаратора. Клапан-терморегулятор обеспечивает температурный градиент вторичных контуров. Выделение растворенного кислорода из теплоносителя снижает риск эрозии внутренних поверхностей оборудования. Удаление из потока взвешенных частиц продлевает срок службы рабочего колеса и подшипников циркуляционных насосов.

На фото изображена модель гидрострелки для отопления в разрезе:

Устройство гидрострелки — вид в разрезе

Горизонтальные перфорированные перегородки разделяют внутренний объем пополам. Потоки подачи-обратки соприкасаются в зоне «нулевой точки» и скользят в разные стороны, не создавая дополнительное сопротивление.

Сверху, в высокотемпературной зоне, расположены пористые вертикальные пластины деаэрации. Сборник шлама и магнитный уловитель (магниевый анод) расположены в нижней части корпуса.

Конструктивные опции гидрострелки: манометр, датчик температуры, клапан терморегулятор и линия для запитки системы при запуске. Сложному оборудованию необходима наладка, регулярные осмотры и техническое обслуживание.

Принцип работы коллектора с гидрострелкой на 3 контура отопления

Принцип работы гидрострелки в системе отопления частного дома

Поток теплоносителя проходит разделитель со скоростью 0,1-0,2 м/с. Котловой насос разгоняет горячую воду до 0,7-0,9 м/с. Рекомендованный скоростной режим дает представление о том, для чего нужна гидрострелка для отопления.

Изменение объема и направления движения гасит скорость водяных потоков при минимальной потере тепловой энергии в системе. Ламинарное движение потока приводит к тому, что гидравлическое сопротивление внутри корпуса практически отсутствует. Буферная зона разделяет котел и цепь потребителя. Насос каждого из отопительных контуров работает автономно, не нарушая гидравлический баланс.

Принцип работы гидрострелки в схеме отопления с 4-х ходовым смесителем

Схемы гидрострелки для отопления (режим работы):

  • Нейтральный режим работы гидроразделителя, при котором напор, расход, температура и тепловая энергия подачи — обратки соответствуют расчетным параметрам системы. Насосное оборудование обладает достаточной суммарной мощностью. Ламинарное движение потока в гидрострелке обеспечивает процессы деаэрации и осаждения взвешенных частиц.

Нейтральный режим работы гидроразделителя

  • Схема отражает принцип работы гидрострелки отопления, при котором котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре. Дефицит расхода приводит к подмесу холодного теплоносителя. Разница температур подачи/обратки приводит к срабатыванию термодатчиков. Автоматика выведет теплогенератор на максимальный режим горения, однако потребитель не получает достаточного количества теплоты. Система отопления разбалансирована, возникает угроза теплового удара.

Если котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре, возникает угроза теплового удара

  • Объемный поток первичного контура больше, чем расход теплоносителя зависимой цепи. Вариант, при котором котел функционирует в оптимальном режиме. При розжиге агрегата или параллельном отключении насосов вторичных контуров, теплоноситель циркулирует через гидрострелку по первичному (малому) контуру. Температура обратки, которая поступает в котел, выравнивается подмесом из подачи. Достаточный объем теплоносителя поступает потребителю.

Объемный поток первичного контура больше, чем расход теплоносителя зависимой цепи — котел функционирует в оптимальном режиме

Обязательное условие: производительность, которой обладает циркуляционный насос первичного (котлового) контура на 10% больше, чем суммарный максимальный напор насосов во второстепенном контуре.

Методы расчета гидрострелки в системе отопления частного дома

Как рассчитать гидрострелку системы отопления частного дома самостоятельно? Можно вычислить необходимые размеры по формулам или подобрать диаметр по правилу «3D».

  • Формула определяет диаметр (D) по максимальной пропускной способности гидравлического разделителя (расчеты по паспортным данным на котел):
  • Формула определяет диаметр гидрострелки по мощности теплогенератора. ΔT разница температур подачи/обратки — 10°C:
  • Диаметр патрубка, входящего в гидрострелку или распределительный коллектор:
ОбозначениеРасшифровка символаЕдиница измерения
DДиаметр корпуса гидрострелкимм
dДиаметр патрубкамм
PМаксимальная мощность, которой обладает котел (паспортные данные котла)кВт
GМаксимальный проток (пропускная способность, расход) через гидроразделитель за часм3/час
πПостоянное значение (3,14)
ωМаксимальная вертикальная скорость теплоносителя через разделитель (0,2)м/сек
ΔTРазница температур подачи — обратки (паспортные данные котла)°C
CТеплоемкость воды (относительная единица)Вт/(кг°C)
VСкорость теплоносителя через вторичные контурым/с
QМаксимальный расход в контуре потребителям3

 

Важно! Формулы, по которым производят расчет гидрострелки для отопления, получены эмпирическим путем. Диаметр входного патрубка в гидроразделитель соответствует диаметру выпуска котла.

  • Определение параметров гидрострелки практическим методом:

Ориентировочный размер для небольших разделителей выбирают по диаметру входных (выпускных) патрубков. Расстояние между врезками составляет не менее 10 диаметров штуцера. Высота корпуса значительно превышает диаметр.

Коленчатую схему гидрострелки для отопления используют в подборе установки больших размеров. По «правилу 3d» диаметр корпуса составляет три диаметра патрубка. Расстояние 3d определяет пропорции конструкции.

Определение параметров гидрострелки по «правилу 3d»

  • Распределение врезок по высоте колонны разделителя:

Если в системе не предусмотрен распределительный коллектор, то количество врезок в разделитель увеличивают. Трубопровод, соединяющий первый (котловой) контур с гидрострелкой, распределяют по высоте. Способ позволяет регулировать температурный градиент в динамике. Выполнение условия необходимо для качественного отбора теплоносителя вторичными контурами.

Схема врезки контуров системы отопления в обвязку котла

Совмещение коллектора отопления с гидрострелкой

Небольшие дома обогревает котел, в который встроен насос. Вторичные контуры присоединяют к котлу через гидрострелку. Независимые контуры жилых домов с большой площадью (от 150 м2) подключают через гребенку, гидроразделитель будет громоздким.

Статья по теме:

Распределительный коллектор монтируют после гидрострелки. Устройство состоит из двух независимых частей, которые объединяют перемычки. По количеству вторичных контуров врезают попарно расположенные патрубки.

Распределительная гребенка облегчает эксплуатацию и ремонт оборудования. Запорная и регулирующая арматура системы теплоснабжения дома находится в одном месте. Увеличенный диаметр коллектора обеспечивает равномерный расход между отдельными контурами.

Применение гидрострелки убережет котел от теплового удара

Разделитель и компланарная распределительная гребенка образуют гидравлический модуль. Компактный узел удобен для стесненных условий небольших котельных.

Монтажные выпуски предусмотрены для обвязки звездочкой:

  • низконапорный контур теплых полов подключают снизу;
  • высоконапорный контур радиаторов — сверху;
  • теплообменник — сбоку, на противоположной стороне от гидрострелки.

На рисунке представлена гидрострелка с коллектором. Схема изготовления предусматривает установку балансировочных клапанов между коллекторами подачи/обратки:

Схема гидрострелки с коллектором

Регулирующая арматура обеспечивает максимальный проток и напор на дальних от гидрострелки контурах. Балансировка снижает процессы неправильного дросселирование потока, позволяет добиться расчетной подачи теплоносителя.

Важно! Автономная система отопления относится к системам, работающим с высокой температурой среды под давлением (гидрострелка отопления частного дома в том числе).

Сделать гидрострелку отопления своими руками может специалист, обладающий достаточным запасом знаний в теплотехнике, опытом и навыками работы (электрогазосварка, слесарное дело, работа с ручным электроинструментом). Многочисленные интернет-сайты предлагают пошаговые инструкции по изготовлению гидрострелки для отопления, видео ролики также смогут помочь в этом процессе.

Размеры коллектора отопления с гидрострелкой

Теоретические знания помогут составить схемы и чертежи гидрострелки отопления, сделать индивидуальный заказ оборудования в специализированной организации, проконтролировать работу подрядчика. Доверять изготовление ответственных узлов системы отопления непрофессионалам опасно для жизни и здоровья. Следует помнить о том, что испорченное по вине владельца оборудование гарантийному ремонту и возврату не подлежит.

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ

Загрузка…

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Принцип работы котельной в современном доме

Автономная котельная – это такая котельная, посредством которой обеспечивается теплоснабжение и горячее водоснабжение одного отдельного здания или сооружения автономно, то есть без участия ТЭЦ и других подобных инженерных объектов.  Если кратко, то принцип работы котельной заключается в циклическом процессе, при котором теплоноситель нагревается, раздается на участки потребления и возвращается обратно.

Для осуществления такого процесса необходимо чтобы в котельной присутствовал котел. Если это твердотопливный котел, то он будет снимать тепловую энергию при сгорании топлива посредством имеющихся перегородок и ребер. При участии последних, при прохождении через котел теплоносителя (чаще это вода), происходит передача тепла. Нагретый до требуемой температуры теплоноситель отправляется в подающую трубу, которая попадает в распределительный узел.

Распределительный узел может быть самым примитивным – участок трубы с определенным сечением, в которую врезаны контуры, а может быть более совершенным технически – идеальным вариантом будет компланарный распределитель (его еще называют магистральный коллектор). С его помощью теплоноситель собирается и равномерно распределяется по всем контурам. Он стоит между нагревающим устройством (котлом) и потребляющими. При использовании коллектора обеспечивается сбалансированность работы всей системы в целом.

Попадая в распределительный коллектор, теплоноситель распределяется по потребителям — отопление каждого этажа отдельно, теплые полы каждого этажа тоже отдельно, подача горячей воды и подключение к бойлеру косвенного нагрева.

В общем, магистральный коллектор является небольшим таким аккумулятором, который изначально увеличивает объем теплоносителя, а затем позволяет равномерно его раздавать. Преимуществом использования этого устройства является его возможность уменьшать гидравлическое сопротивление, таким образом, спасая систему от гидроудара.

Компланарный распределитель, установленный в нагревательной системе, существенно влияет на принцип работы котельной. Без него диаметра обычной трубы недостаточно для оптимальной работы котельной. Увеличенное сечение коллектора позволяет забирать теплоноситель в нужном объеме – каждый потребитель использует только необходимое количество, при этом не будет недостатка в теплоносителе.

Поступающий объем теплоносителя регулируется термостатами на каждом потребителе – у бойлера свой, у теплого пола свой и так далее. Опираясь на показатели термостатов, работают насосы – чередуются режимы включения/выключения и режим подмешивания.

Еще одно дополнительное преимущество компланарного коллектора при устройстве проявляется при необходимости подключения дополнительных котлов. При этом схема работы, то есть принцип работы котельной не поменяется. Если распределителя нет, то котел придется врезать отдельно в трубопровод параллельно или последовательно, при этом останавливая работу всей системы. Но такое подключение ухудшает гидравлику.

Главный принцип работы котельной заключается в том, чтобы обеспечить здание или сооружение именно тем количеством тепла, которое нужно. Второй принцип это правильно и грамотно распределить это тепло, а третий принцип – основной принцип – это сделать эксплуатацию котельной простой в обращении и управлении.

Для этого дополнительно устанавливается достаточное количество запорной арматуры и приборов КИП (контрольно-измерительных приборов) — предохранительные устройства, автоматы воздухосброса, термометры, манометры и так далее. Это делается для того, чтобы можно было удобно отслеживать ход работы котельной.

Оборудование для автономной котельной

Для оптимальной работы котельной необходимо устанавливать целую систему, состоящую из отдельного оборудования:

  • котельное оборудование;
  • насосы;
  • система водоподготовки;
  • бойлер косвенного нагрева;
  • запорная арматура;
  • запорно-предохранительная арматура;
  • КИП (контрольно-измерительное оборудование) – счетчики, датчики, манометры, термометры и тому подобное).

Котел – это основной элемент каждой котельной. Здесь происходит нагрев теплоносителя или его получение (в случае использования паровых котлов). Котлы классифицируются по виду используемого теплоносителя – водогрейные, паровые или паро-водогрейные. Также они отличаются способом нагрева/получения теплоносителя – он может образовываться за счет получения тепловой энергии от сжигания топлива (если это газовые, твердотопливные или жидкотопливные котлы) или за счет преобразования электрической энергии в тепловую (электрические котлы).

Выбор котла определяется технико-экономическими характеристиками по следующим факторам:

  • необходимая производительность котельной;
  • стабильность работы котлов с минимальной нагрузкой;
  • количество потребителей;
  • длительность трубопровода до потребителя;
  • КПД котла;
  • химические характеристики выбранного топлива;
  • уровень автоматизации котельной;
  • габариты и надежность котла;
  • доступность при обслуживании и ремонте.

Если выбирается любой котел кроме электрического, то стоит обратить внимание на важный рабочий элемент – горелку. Ее функция – подготовить, смешать топливо и воздух, и сжечь полученную смесь в камере сгорания котла – то есть нагреть теплоноситель.

Насосы в котельной позволяют регулировать равномерную подачу воды, транспортируют ее по трубопроводу для полного круга циркуляции. В системе насосы используют для произведения полного цикла теплоносителем и для обеспечения требуемого напора. Для восполнения системы используются отдельные насосы.

Для повышения длительности эксплуатационного срока котельной используют подготовку теплоносителя. Под этим подразумевают очистку воды при поступлении в нагревательную систему котла. Для этого применяются фильтры и дополнительные установки, которые смягчают и очищают воду.

Используя бойлер косвенного нагрева в системе котельной можно обеспечить бесперебойное поступление горячей воды длительное время. Его наличие оправдывается в том случае, если необходимо подавать большой объем воды в данный момент времени. Бойлер не имеет собственного нагревательного элемента, а подпитывается он от котла, откуда и поступает резервный запас горячей воды.

Запорно-предохранительная арматура позволяет управлять работой котельной – она регулирует процессы в узлах, находящихся под давлением, используется для включения/отключения и регулировки подачи теплоносителя. Использование арматуры приносит всей системе котельной обеспечение безопасности и надежности.

Приборы КИПа позволяют сделать работу котельной безопасной и экономичной. Они осуществляют тепловой контроль, автоматическую регулировку и управляют технологическими процессами и защитой оборудования. С их помощью создаются допустимые условия работы каждого узла котельной и исключаются возможные неполадки и аварийные ситуации в работе всей системы.

Читайте так же:

плоскость, на которой датчики расположены на расстоянии 2W мм, копланарна …

Контекст 1

… STS состоит из двух осей вращения, на которых установлена ​​рама с фотоэлектрическими панелями или солнечными коллекторами, а также двумя шаговыми двигателями которые запускаются сигналами микропроцессора ПК. Этот микропроцессор должен быть запрограммирован так, чтобы выдавать выходные сигналы, которые поворачивали бы раму с солнечной панелью с заданной угловой горизонтальной скоростью (d — / dt), которая оценивается как функция дневного времени из уравнения (2): выполняется, если ось вращения вертикальна, с другой стороны, когда ось полярна, скорость вращения равна скорости изменения часового угла i. е. Эту же процедуру следует выполнить для скорости изменения наклона) относительно горизонтали. В таком решении датчик не требуется, вместо этого сигналы вырабатываются в заданных (предварительно заданных) интервалах, которые обеспечивают правильные значения и &. Это решение требует, чтобы соответствующая электронная схема была связана с набором датчиков, которые обеспечивали бы сигналы как для вращения: азимутального, так и для наклона к горизонтали. Принцип самоописания показан на рис. 2a, 2b. В этом случае сигнал вырабатывается компаратором (см. Рис. 2b).Что дает блок-схему схемы. Сигнал, производимый компаратором, запускает шаговый двигатель через мультивибратор, и, следовательно, он перемещает раму в направлении. Это еще одно подразделение конструкций S.T.S, в котором вместо двухступенчатых двигателей используются два общих двигателя. Каждый из них обеспечивает запускающий сигнал для вращения по одной оси, пока электронная схема обеспечивает выходной сигнал. Схема, описанная ниже, выдает сигнал, когда один из датчиков пары освещен меньше, чем другой. Такая схема не требует компаратора. направление для выравнивания освещенности в обеих парах датчиков. Такой STS требует компаратора (см. Рис. 2b и 2c) и шагового двигателя с его контроллером (см. Рис. 2d). Схема, работающая по этому принципу, показана здесь, принцип заключается в том, что когда один из датчиков (фоторезисторы) не в равной степени, светится как его партнер, сигнал вырабатывается таймером 555, который заряжает реле и заставляет двигатель двигаться. Это решение было принято данной командой, поскольку оно считалось более удобным и менее затратным по сравнению с другими решениями.В конечном итоге для схемы требуется 6 В постоянного тока, который обеспечивается небольшой фотоэлектрической панелью с 10 фотоэлементами по 25 Вт, мощность, чтобы двигатель вращал всю систему. Пусть пара датчиков направлена ​​на солнечный луч, как на рис. 4. Пусть датчики равномерно подсвечены. Геометрия такова, что расстояние между датчиками: 2 Вт = 6 мм Высота диафрагмы: h мм = 5 мм Тень, когда солнце следует по своему пути, движется к одному из датчиков со скоростью. Наконец, в конструкции принята геометрия, которая обеспечивает затенение для датчики на короткие периоды i.е. около 34,4 минуты, что соответствует 8,6 градусам. Это означает, что рама будет перемещаться каждые 34,4 минуты в течение 34,4 минут (1 0/4 мин) = 8,6 0 Рама, на которую монтируются коллекторы / фотоэлектрические панели согласно проекту, состоит из: 1. Стойки …

Энергия | Бесплатный полнотекстовый | Технология однокамерных твердооксидных топливных элементов — от истоков до современного уровня техники.

В (односторонних) SC-SOFC с копланарными электродами, анод и катод расположены с одной стороны от электролита. Зазор между соседними электродами перекрывается электролитом, который обеспечивает путь ионной проводимости от одного катализатора к другому.Этот тип ТОТЭ также называется СК-ТОТЭ с поверхностной проводимостью [171]. Базовая конструкция SC-SOFCs с копланарными электродами состоит из расположенного рядом электродов из параллельных электродных линий [36] или электродных лент [14]. Анодные и катодные полосы также могут быть расположены чередующимся образом на одной и той же стороне электролита для формирования компланарных электродных решеток [172] или встречно-гребенчатых электродов [173, 174] для увеличения эффективной площади электродов (см. Рисунок 8). Конфигурации полосковых или встречно-штыревых электродов также используются в сенсорной технике [45,175], и в дополнение к SOFCs, конструкция полосковой ячейки была предложена для MR-DMFC [22].Новый подход к конструкции с электродами многоугольной или круглой формы, попеременно расположенными на поверхности электролита, был запатентован в [176], а структура электродов произвольной формы была описана в [177].

Рисунок 8.
Схематическое изображение ТОТЭ с копланарными встречно-штыревыми электродами.

5.4.2. Соображения производительности

Принцип работы SC-SOFC с копланарными электродами схематически показан на рисунке 9 и аналогичен принципу работы двухсторонних SC-SOFC.H 2 и CO образуются на аноде в результате частичного окисления топлива и электрохимически восстанавливаются на границе раздела анод-электролит в результате реакции с ионами кислорода, поступающими с катода.

Рисунок 9.
Схема принципа действия СК-ТОТЭ с копланарными электродами; d — расстояние между электродами, а w — ширина электрода.

Рисунок 9.
Схема принципа действия СК-ТОТЭ с копланарными электродами; d — расстояние между электродами, а w — ширина электрода.

Транспорт ионов кислорода в основном происходит на поверхности электролита и сильно зависит от морфологии поверхности электролита [174]. В случае электролита BaCe 0,8 Gd 0,2 O 3-α гладкая полированная поверхность обеспечивала поверхностную ионную проводимость, аналогичную ее объемной проводимости, и приводила к меньшему омическому сопротивлению и лучшим характеристикам элемента по сравнению с электролитом. ячейки, состоящие из электролитов с шероховатой поверхностью [174]. Аналогичным образом уменьшение омического сопротивления ячейки и увеличение пиковой плотности мощности за счет уменьшения шероховатости поверхности электролита было обнаружено для электролита SDC [147]. Уменьшение шероховатости поверхности с 1,6 до 0,06 мкм привело к увеличению удельной мощности с 68 до 90 мВт · см -2 при фиксированном размере зазора 1 мм и работе в этановоздушных смесях при 600 ° С. В зависимости от морфологии поверхности электролита размеры элементов электрода, то есть ширина электрода w и межэлектродный зазор d (см. рисунок 9), влияют на омическое сопротивление ячейки [69,107,117,147,150,180]. В теоретическом исследовании SC-SOFC с копланарными электродами, основанном на соображениях сопротивления электрода и электролита [173], максимальная производительность была рассчитана для очень малой ширины электродов и размеров зазора порядка нескольких микрометров, чтобы минимизировать омическое сопротивление.Сравнение различных расстояний между электродами (10, 20, 40 и 80 мкм) с использованием метода конечных элементов (МКЭ) также выявило максимальную производительность ячейки для наименьшего исследованного размера зазора [181 182 183]. Первое экспериментальное подтверждение размерного эффекта было предоставлено Hibino et al. [107] для ячейки с параллельными электродными линиями Pd и Au на электролите BaCe 0,8 Gd 0,2 O 3-α . Уменьшение межэлектродного расстояния с 5 до 0,5 мм привело к увеличению максимального тока с 8 до 24 мА при 950 ° С в метано-кислородной смеси (R смесь = 2).Было обнаружено, что OCV не зависит от изменения межэлектродного зазора [180,184,185], что в основном влияет на омическое сопротивление электролита [147]. Аналогичным образом, для ячейки с копланарными электродами из Ni-SDC и SSC на электролите SDC, испытанном при 600 ° C в смеси C 2 H 6 и воздуха, уменьшение размера зазора с 3 до 0,5 мм (электрод ширина, фиксированная на 0,5 мм) вызвала увеличение пиковой плотности мощности с 38 до 193 мВт · см -2 , тогда как плотность мощности увеличилась с 90 до 130 мВт · см -2 , когда ширина электрода была уменьшена с 1 до 0.5 мм (размер зазора зафиксирован на 1 мм) [147]. По сравнению с двухсторонним элементом с толщиной электролита, равной межэлектродному зазору одностороннего SC-SOFC, последний показал более высокое омическое сопротивление и более низкие характеристики элемента. Эта разница возникла из-за более длинного пути ионной проводимости (что соответствует 2w + d, где w — ширина электрода, а d — расстояние между электродами, см. Рисунок 9) в односторонней ячейке, где ширина электродов должна приниматься в дополнение к межэлектродному расстоянию [117,137,147].Уменьшая ширину электродов для соответствия пути прохождения ионов, можно получить аналогичные характеристики двух- и односторонних SC-SOFC [147]. Однако, похоже, существуют определенные ограничения на то, насколько миниатюризация размеров электродных элементов может быть действительно полезной. Несмотря на увеличение выходной мощности за счет уменьшения ширины электрода, электроды большего размера оказались более стабильными при старении [150]. Потери и дестабилизация никеля повлияли на всю поверхность малых электродов, в то время как электроды большего размера разрушились лишь частично.Кроме того, для самой маленькой ячейки, о которой сообщалось до сих пор, с двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии всего 5 мкм друг от друга, была получена очень низкая производительность [186]. Низкая рабочая температура 400 ° C и используемые электродные материалы (Pt и Au) также могут способствовать низкому выходному напряжению. Для SC-SOFC с одной парой электродов была определена минимальная или критическая ширина электрода, ниже которой доступная площадь поверхности электрода была слишком мала для создания OCV [151]. Ячейки с шириной электродов, близкой к критическому размеру, показали ненулевой, но сильно колеблющийся OCV, тогда как только более крупные электроды обеспечивали стабильное выходное напряжение и мощность.При объединении пар электродов с размерами ниже критической ширины в близкорасположенных встречно-штыревых электродных структурах нестабильность напряжения может быть преодолена за счет увеличения площади электродов, в то время как в то же время небольшая ширина электродов и межэлектродные зазоры позволяют уменьшить омическую ячейку. Кроме того, использование близко расположенных электродов может создать проблемы во время работы топливных элементов. Реагирующие газы и продукты реакции от одного электрода могут легко мигрировать к противоположному электроду и дестабилизировать парциальное давление кислорода и, следовательно, OCV и общую производительность ячейки. Этот нежелательный перенос в газовой фазе наблюдался в [25] для стопок SC-SOFC на аноде, где быстрый перенос продуктов частичного окисления от анода к катоду соседней ячейки приводил к почти нулевому OCV. Было высказано предположение, что такое перемешивание и диффузия реакционных газов и продуктов также снижает производительность SC-SOFC с копланарными электродами. Перегородка между анодами и катодами, расположенными на одной стороне электролита, была предложена, чтобы избежать перемешивания и предотвратить падение напряжения [187,188].Считалось, что турбулентный поток и перемешивание газа между близко расположенными микроэлектродами являются причиной очень низких OCV, составляющих всего 0,35 В [189], и низкой выходной мощности [190] для компланарных массивов микроэлектродов. Однако в исследовании с встречно-штыревыми микроэлектродами с зазором 14 мкм были измерены OCV более 0,7 В, что указывает на то, что диффузия H 2 и CO от анода к катоду не влияет на напряжение ячейки [103]. Согласно Ясински [191], поле ламинарного потока необходимо для оптимального функционирования SC-ТОТЭ с копланарными электродами и очень близко расположенными электродами (35).При таком межэлектродном расстоянии и разности потенциалов 1 В между анодом и катодом электрическое поле будет 10 6 В · м -1 , что близко к электрическому полю, ведущему к разрушающему разряду или электрическому пробою ( 3 · 10 6 В · м −1 в воздухе). Копланарная конфигурация электродов с близко расположенными электродами также, по-видимому, способствует химическому взаимодействию между материалами анода и катода во время спекания [192]. Ячейки с катодом на основе LSM показали почерневшие анод и электролит после спекания, в то время как ячейки с катодом LSCF не показали такого изменения цвета.Предполагалось, что взаимодействие между LSM и YSZ, как сообщалось для двухсторонних ТОТЭ [193], дополнительно повлияло на соседний анод в ячейках с копланарными электродами. Черная окраска объясняется присутствием марганца, который, вероятно, диффундировал от катода к аноду через электролит. Такое химическое взаимодействие может повлиять на характеристики ячейки SC-SOFC с копланарными электродами и должно учитываться при выборе материалов компонентов ячейки. Как ранее наблюдалось для ячеек с электролитной подложкой [139], было обнаружено, что толщина анода влияет на стабильность напряжения SC-SOFC. с копланарными электродами [150].Использование анодного слоя с высоким содержанием никеля (80 мас.% NiO) толщиной 300 мкм поверх контактного слоя толщиной 20 мкм, состоящего из 55 мас.% NiO и 45 мас.% YSZ, позволило получить стабильный OCV, близкий к 1 В, без каких-либо серьезных последствий. колебания в течение 80 часов испытаний, тогда как более тонкие слои анода вызывали значительные колебания напряжения. Потери никеля из-за испарения никеля снижали стабильность анодов на основе никеля в метановоздушных смесях [96], но толстые аноды были менее подвержены деградации, и стабильность электролизера могла быть увеличена [148].Размер электрода также играет роль для работы SC-SOFC с компланарными электродами из того же материала [171,194]. Для обоих электродов, сделанных из платины, различие в каталитической активности может быть достигнуто за счет использования анода и катода разного размера [171]. Электрод большего размера обычно работал как катод. Однако только несколько различных составов газа позволяли генерировать разность напряжений, и измеренные OCV были ниже 0,5 В. В своей работе над SC-SOFCs, Riess [14] утверждает, что SC-SOFCs с копланарными электродами не работают должным образом, потому что больших времен нахождения газовой смеси над электродами в газовой камере и неоднородного распределения плотности тока в ленточных электродах.Последнее может быть объединено с экспериментальными наблюдениями, когда было обнаружено, что никелевые аноды становятся белыми в частях анода, ближайших к межэлектродному зазору, из-за изменений микроструктуры, вызванных повышенными потерями никеля [103,150,151]. Было высказано предположение, что не вся площадь поверхности электрода в равной степени участвовала в электрохимических реакциях из-за более длинного пути проводимости удаленных областей электродов и повышенного омического сопротивления ячейки. Следовательно, считается, что область электрода, близкая к следующему соседнему противоэлектроду, в основном участвует в реакциях генерирования энергии.На сегодняшний день доступно лишь несколько публикаций по СК-ТОТЭ с копланарными электродами. Большинство из них представляют собой исследования осуществимости или подтверждения концепции и касаются технологий изготовления и влияния параметров испытаний, геометрии ячейки и размера электродов. Однако что касается того, что на самом деле происходит на электродах и между ними, то анализов почти не проводилось. Малый размер электродов обеспечивает очень низкие скорости преобразования газов-реагентов, что затрудняет обнаружение различий между входящими и выходными газами с помощью масс-спектроскопии для идентификации происходящих реакций.Кроме того, мало известно о фактическом пути прохождения ионов кислорода в электролите. В одном исследовании разница в каталитической активности анода и катода для смесей этана с воздухом была исследована с помощью масс-спектроскопии [147]. Кроме того, был проведен импедансный анализ сопротивления омической ячейки из-за различных материалов электролита и зазоров между электродами. Однако исследования были применены к довольно большим электродам (зазор и ширина 1 мм) по сравнению с электродными структурами микромасштаба.Из-за отсутствия фундаментальных исследований, моделей и соответствующих методов определения характеристик и изготовления фактические принципы работы SC-SOFC с копланарными электродами еще полностью не поняты.

5.4.3. Условия испытаний

Среди различных условий испытаний в основном изучалось влияние направления потока газа, состава газа и рабочей температуры на характеристики ячейки. Для ячеек с двумя параллельными линиями электродов, подвергающихся воздействию различных направлений газового потока, самый высокий OCV был получен для параллельного газового потока [180, 184].Потребление кислорода на аноде и смешивание реакционного газа привело к самому низкому OCV для перпендикулярного потока газа, когда анод помещался впереди в потоке газа. Несколько иные результаты были получены Jacques-Bédard et al. [148 150]. Самая низкая производительность была подтверждена для положения ячейки, когда анод подвергался воздействию газовой смеси первым. Повышенное потребление кислорода на аноде и обедненная кислородом газовая смесь, достигающая катода, вызвали низкий OCV и, следовательно, производительность. Богатые кислородом смеси с R mix ≈ 1 могли компенсировать частичную реакцию кислорода на аноде и изменение состава газовой смеси, но размещение катода первым в входящем потоке газа привело к максимальной выходной мощности.Для батареи топливных элементов, состоящей из нескольких пар анодных и катодных линий, наивысшие характеристики были достигнуты при параллельном размещении, которое меньше всего влияло на состав газа. Используя моделирование методом конечных элементов, было подтверждено, что перпендикулярный поток газа, когда катод подвергается воздействию входящей газовой смеси первым, является наиболее благоприятным для увеличения выходной мощности [181, 182, 183]. Оптимальный состав газовой смеси в разных исследованиях различается в зависимости от материалов компонентов ячейки, конструкции камеры, температуры и реакционных газов.Например, для копланарных электродов на основе Ni-YSZ и LSM на электролитах YSZ максимум OCV наблюдался в районе смеси R = 2 со значительным падением напряжения для смеси R = 0,5 при 800 ° C в метане. -воздушные смеси [150]. Аналогичные результаты были получены для ячеек с анодной опорой [27]. Для SC-SOFC с копланарными электродами, состоящими из анода Ni-GDC-Pd и катода LSM-YSZ на электролите YSZ, испытания при 850 ° C в смеси метана и воздуха показали увеличение OCV с увеличением R смесь [184 ].Низкие OCV ниже 0,4 В были получены при R mix = 1, тогда как OCV более 0,5 В можно было измерить только для более высоких R mix , с максимумом при R mix = 5. Для линий с одним электродом [185] и Решетки микроэлектродов [189], R смесь = 3,75 была необходима для работы в метановоздушных смесях при 900 ° C. Однако такие высокие значения R mix не подходят для работы электролизера, поскольку они способствуют образованию углерода и ограничивают рабочие характеристики [50]. Для метановоздушных смесей, содержащих 3% H 2 O при 900 ° C, диапазон R mix от 2.Было подтверждено, что от 78 до 6,67 приводит к превосходным характеристикам электролизера, тогда как стехиометрическое соотношение (R смесь = 2) для частичного окисления метана приводит к самому высокому OCV для сухого реакционного газа [180]. Объяснение высокого содержания R смеси во влажной газовой смеси основывалось на возникновении парового риформинга метана. В случае встречно-штыревых микроэлектродов было обнаружено, что газовые смеси, богатые топливом, улучшают выходную мощность элемента, тогда как богатые кислородом смеси снижают OCV, транспортируя больше кислорода к очень тонкому аноду (2–3 мкм), чем он может преобразовать. [103].Использование других видов топлива, кроме метана, было изучено для работы при более низких температурах 500–600 ° C [147]. Среди различных изученных материалов электролитов SDC показал более низкое омическое сопротивление и привел к более высокой выходной мощности, чем электролиты YSZ или LSGM в сочетании с анодом Ni-SDC и катодом SSC. Аналогичные характеристики электролизера были измерены для этана, пропана и бутана в качестве топлива, тогда как низкая каталитическая активность анода для частичного окисления метана при пониженных рабочих температурах вызвала очень плохие характеристики в смесях метана с воздухом.Было обнаружено, что добавление PdO к аноду увеличивает каталитическую активность анода для частичного окисления углеводородов. На основе ячейки смешанного реагента Дайера [38], Нагата сообщил о работе SC-SOFC с копланарными электродами при комнатной температуре. и другие. [194]. Pt электроды разного размера и зазор 0,5 мм на псевдбомитовом электролите обеспечивали OCV 0,54 В.

5.4.4. Методы микротехнологии

Использование близко расположенных электродов небольшого размера указывает на большой потенциал SC-SOFC с копланарными электродами для миниатюризации и их возможное применение в качестве источников питания малых и микромасштабов. Однако это также создает проблемы при изготовлении электродов таких малых размеров. Стандартные методы микротехнологии на основе фотолитографии позволяют точно создавать микромасштабные узоры, но трудность заключается в создании таких узоров из многокомпонентных керамических материалов и создании электродов с пористой микроструктурой. Таким образом, существует потребность в поиске подходящих альтернативных технологий с высокой степенью универсальности для изготовления рисунков электродов точных размеров в микромасштабе, для изготовления электродов различной геометрии, для точного нанесения электродов в точном положении на электролитную подложку, чтобы обеспечить повышенное осаждение. скорость изготовления и, наконец, изготовление пористых электродов из керамических материалов.

Хотя в литературе предлагаются методы осаждения тонких пленок и микротехнологии на основе фотолитографии, изготовление и тестирование полных ячеек по-прежнему отсутствуют. Тонкопленочные технологии (например, методы навинчивания, плазменное напыление, химическое осаждение из паровой фазы, лазерное напыление, распыление, испарение и влажное напыление) предлагаются для изготовления копланарных тонкопленочных микроэлектродов с встречно-штыревыми, гребенчатыми или другой формой электродов [168 ]. Электроды могут быть сформированы осаждением электродного материала желаемой формы или заполнением канавок в электролите или подложке электродным материалом.Сообщалось о встречно-штыревой структуре напыленных Pt-электродов на напыленном тонкопленочном электролите GDC [195], а также было предложено фотолитографическое формирование рисунка электродных тонких пленок, нанесенных с помощью лазерной абляции, для изготовления встречно-штыревых электродов с межэлектродным зазором от 10 до 50. мкм [196]. Стандартная фотолитография и влажное химическое травление были использованы для изготовления встречно-штыревых катодов LSCO из напыленных тонких пленок [30,197]. Несмотря на расстояния и ширину электродов 50 мкм, технология еще не расширилась до изготовления встречно-штыревых рисунков как анода, так и катода.Кроме того, этот метод позволил получить очень плотные электроды, уменьшив количество TPB для электрохимических реакций. Формование компланарных решеток микроэлектродов из фоторезиста на электролите GDC, напыленном с помощью радиочастотного распыления, привело к межэлектродным расстояниям и ширине электродов 20 мкм [172]. Наименьший межэлектродный зазор для функционального одностороннего SC-SOFC с двумя параллельными линиями электродов (ширина электродов 15 мкм), о которых сообщалось до сих пор, составлял 5 мкм и был достигнут с помощью методов осаждения тонких пленок и фотолитографии [186].Однако электроды были изготовлены из Pt и Au вместо обычных материалов ТОТЭ на основе металлокерамики и / или керамики. Ячейки действительно можно было протестировать, но они показали плохую работу. Первые СК-ТОТЭ с копланарными электродами были изготовлены путем ручного размазывания электродной краски кисточкой по поверхности электролита [107]. Этот метод использовался Hibino et al. с тех пор, но ячейки с межэлектродными зазорами и шириной электродов менее 0,5 мм не производились. Затем трафаретная печать с использованием электродных масок [12, 98, 103, 198] и литье лентой [150] были предложены в качестве подходящих технологий изготовления SC-SOFC с микроэлектродами.Были достигнуты минимальные размеры зазора 0,3 мм [103] и 0,2 мм [12 150] при минимальной ширине электродов 0,5 мм [150]. Однако для дальнейшей миниатюризации и создания встречно-штыревых рисунков микроэлектродов необходимы различные методы микротехнологии, среди которых микрофлюидная литография, микролитье и роботизированная прямая запись в настоящее время являются основными методами изготовления, о которых сообщается в литературе. Метод микротекстурирования на основе полимерных форм и вакуумной инфильтрации позволил изготавливать встречно-штыревые электроды с межэлектродным расстоянием 50 мкм и шириной 100 мкм [189,199,200,201].В отличие от технологий изготовления тонких пленок, эта микрофлюидная литография представляет собой интегрированную коллоидную обработку керамики и, таким образом, имеет то преимущество, что позволяет лучше контролировать микроструктуру электродов на последующей стадии спекания. Микроканалы в форме были заполнены электродным материалом (LSM для катода и Ni-SDC для анода) и сформировали микромасштабную структуру электрода на подложке из электролита YSZ. Аналогичный подход, называемый микролитьем в капиллярах, был использован для изготовления SC-SOFC. с встречно-штыревыми электродами шириной 100 мкм, разделенными зазором всего 14 мкм [103].Однако этот метод привел к низкой воспроизводимости, а неполное заполнение каналов пресс-формы электродным материалом привело к появлению лишь нескольких встречно-штыревых электродных линий. Микропроцессор с прямой записью, управляемый роботом, состоит из экструзии суспензий (или чернил) соответствующего электродного материала через микронасадку и осаждения электродных структур на электролитную подложку с использованием управляемого роботом устройства для осаждения. Этот метод был применен для изготовления SC-SOFCs с копланарными одиночными и множественными встречно-штыревыми парами электродов из обычных материалов SOFC [104,149,151,177,180,184,185,202,203,204,205].Межэлектродные расстояния от 255 до 783 мкм (ширина электрода приблизительно 0,6 мм) [180,185] и ширина электродов от 93 до 1380 мкм (межэлектродный зазор приблизительно 250 мкм) [151] были зарегистрированы для одиночных пар электродов. Были изготовлены структуры встречно-штыревых электродов со средними зазорами около 300 мкм (ширина электрода 600 мкм [180] и 140 мкм [149, 204]) и 114 мкм (ширина электрода 260 мкм) [151]. Метод прямой записи также использовался для создания U-образных микроэлектродов [184], криволинейных микроэлектродов произвольной сложной 2D-геометрии (среднее межэлектродное расстояние от 434 до 487 мкм, средняя ширина электрода от 229 до 263 мкм [ 177]), а также стеки ячеек [151, 203].Недостатком метода прямой записи, однако, является ограниченный контроль размеров электродных элементов в результате растекания электродных красок на электролитической подложке, когда используются обычные электродные чернила с ньютоновским поведением потока [151, 206]. Кроме того, эти краски приводят к линзовидной форме поперечного сечения электродов и неоднородной толщине поперечного сечения электродов [177, 206]. Сообщалось, что вязкоупругие гелеобразные электродные краски позволяют лучше сохранять форму осажденных электродных структур по сравнению с ньютоновскими чернилами и приводят к улучшенному контролю размеров электродов [205].

5.4.5. SC-SOFCs с конструкцией встречно-штыревых электродов

Первый SC-SOFC с компланарными массивами микроэлектродов был изготовлен и испытан Kim et al. [172] в 2005 г. Ячейка состояла из анода Ni-GDC и катодных линий SSC, разделенных зазором 20 мкм на электролите GDC. OCV 0,2 В и максимальная плотность мощности 67 мВт · см -2 были измерены в метановоздушной смеси при 500 ° C. OCV всего 0,35 В было получено для микрочипов Ni-SDC и LSM на YSZ (межэлектродный зазор 50 мкм) с использованием метана в качестве топлива [189].При 900 ° C и смеси R = 3,75 максимальная плотность мощности составляла приблизительно 75 мВт · см -2 . Низкий OCV объясняется турбулентным потоком и перемешиванием газа между близко расположенными электродами, а также расходом метана в нежелательных реакциях. Работа при более низких температурах в пропановоздушных смесях с катодом SSC-SDC не привела к улучшению характеристик [190]. Помимо перемешивания газа между встречно-штыревыми электродами с размером зазора 100 мкм, фазовый распад катода привел к выходу мощности только 1. 5 мВт · см –2 при 550 ° C. Значения НТС более 0,8 В были достигнуты для гребенчатых анодов Ni-SDC и катодов LSM на электролитах SDC и YSZ [12]. Было обнаружено, что OCV, а также удельная мощность зависят от температуры печи. В то время как OCV немного уменьшалась с увеличением температуры от 550 до 700 ° C, максимальная плотность мощности увеличивалась, достигая 40 мВт · см -2 при 700 ° C и R mix = 1. Зависимость OCV от числа пар электродов наблюдали для анодов Ni-GDC-Pd и катодов LSM (-GDC) на электролите YSZ [180,185].Когда количество пар электродов было увеличено с 1 до 8, OCV уменьшилось с 0,8 до 0,4 В. Падение OCV было связано с повышенной сложностью системы, где перемешивание продуктов реакции увеличивалось, а парциальное давление кислорода на катоде уменьшалось. уменьшенный. В случае ячеек с двумя парами электродов эту потерю производительности можно было бы преодолеть, уменьшив расстояние между двумя парами [180]. Увеличение расстояния между парой до 8 мм привело к восстановлению характеристик ячейки и, наконец, к тому же OCV и максимальной плотности мощности, что и для одиночной пары электродов. В отличие от [180,185], где увеличение числа пар электродов приводило к OCV ниже 0,8 В, OCV 0,8 В было получено для структуры встречно-штыревого электрода из 5 пар анодных Ni-YSZ и катодных линий LSM на электролите YSZ [149 ]. Однако колебания напряжения элемента между 0,4 и 0,8 В наблюдались во время старения элемента, вероятно, из-за циклов окисления-восстановления Ni и улетучивания никеля. Через 24 часа в условиях разомкнутой цепи максимальная плотность мощности упала на 15%, что указывает на проблемы нестабильности ячейки.Кратковременная стабильность OCV этих ячеек зависела от количества электродных линий и, как было обнаружено, улучшалась с увеличением количества электродных пар [151]. Возможность создания SC-SOFC с встречно-штыревыми микроэлектродами была также показана путем сравнения характеристик макро-, милли- и микро SC-SOFC [103]. Микро SC-SOFC с встречно-штыревыми электродами, разделенными зазором всего 14 мкм, успешно работали в метановоздушных смесях при 650 ° C, обеспечивая максимальную плотность мощности 17 мВт · см –2 .По сравнению с макро- и миллиэлементами уменьшение межэлектродного зазора, а также увеличение количества пар анод-катод, соединенных параллельно в виде встречно-штыревой схемы микроячейки, увеличили полезную площадь поверхности ячейки и позволили увеличить ее в десять раз. удельная мощность.

% PDF-1.4
%
1 0 объект
>
эндобдж
9 0 объект

/Заголовок
/Предмет
/ Автор
/Режиссер
/ Ключевые слова
/ CreationDate (D: 20210605042048-00’00 ‘)
/ ModDate (D: 20180314204338 + 01’00 ‘)
>>
эндобдж
2 0 obj
>
эндобдж
3 0 obj
>
эндобдж
4 0 obj
>
эндобдж
5 0 obj
>
поток
Microsoft® Word 2016

  • Виктория Насерддин
  • Microsoft® Word 20162018-03-14T20: 43: 38 + 01: 002018-03-14T20: 43: 38 + 01: 00uuid: 3F06E0EB-057C-4907-920B-CC1DD3C80C99uuid: 3F06E0EB-05 -4907-920B-CC1DD3C80C99

    конечный поток
    эндобдж
    6 0 obj
    >
    эндобдж
    7 0 объект
    >
    эндобдж
    8 0 объект
    >
    эндобдж
    10 0 obj
    >
    эндобдж
    11 0 объект
    >
    эндобдж
    12 0 объект
    >
    эндобдж
    13 0 объект
    >
    эндобдж
    14 0 объект
    >
    эндобдж
    15 0 объект
    >
    эндобдж
    16 0 объект
    >
    эндобдж
    17 0 объект
    >
    эндобдж
    18 0 объект
    >
    эндобдж
    19 0 объект
    >
    эндобдж
    20 0 объект
    >
    эндобдж
    21 0 объект
    >
    эндобдж
    22 0 объект
    >
    эндобдж
    23 0 объект
    >
    эндобдж
    24 0 объект
    >
    эндобдж
    25 0 объект
    >
    эндобдж
    26 0 объект
    >
    эндобдж
    27 0 объект
    >
    эндобдж
    28 0 объект
    >
    эндобдж
    29 0 объект
    >
    эндобдж
    30 0 объект
    >
    эндобдж
    31 0 объект
    >
    эндобдж
    32 0 объект
    >
    эндобдж
    33 0 объект
    >
    эндобдж
    34 0 объект
    >
    эндобдж
    35 0 объект
    >
    эндобдж
    36 0 объект
    >
    эндобдж
    37 0 объект
    >
    эндобдж
    38 0 объект
    >
    эндобдж
    39 0 объект
    >
    эндобдж
    40 0 объект
    >
    эндобдж
    41 0 объект
    >
    эндобдж
    42 0 объект
    >
    эндобдж
    43 0 объект
    >
    эндобдж
    44 0 объект
    >
    эндобдж
    45 0 объект
    >
    эндобдж
    46 0 объект
    >
    эндобдж
    47 0 объект
    >
    эндобдж
    48 0 объект
    >
    эндобдж
    49 0 объект
    >
    эндобдж
    50 0 объект
    >
    эндобдж
    51 0 объект
    >
    эндобдж
    52 0 объект
    >
    эндобдж
    53 0 объект
    >
    эндобдж
    54 0 объект
    >
    эндобдж
    55 0 объект
    >
    эндобдж
    56 0 объект
    >
    эндобдж
    57 0 объект
    >
    эндобдж
    58 0 объект
    >
    эндобдж
    59 0 объект
    >
    эндобдж
    60 0 объект
    >
    эндобдж
    61 0 объект
    >
    эндобдж
    62 0 объект
    >
    эндобдж
    63 0 объект
    >
    эндобдж
    64 0 объект
    >
    эндобдж
    65 0 объект
    >
    эндобдж
    66 0 объект
    >
    эндобдж
    67 0 объект
    >
    эндобдж
    68 0 объект
    >
    эндобдж
    69 0 объект
    >
    эндобдж
    70 0 объект
    >
    эндобдж
    71 0 объект
    >
    эндобдж
    72 0 объект
    >
    эндобдж
    73 0 объект
    >
    эндобдж
    74 0 объект
    >
    эндобдж
    75 0 объект
    >
    эндобдж
    76 0 объект
    >
    эндобдж
    77 0 объект
    >
    эндобдж
    78 0 объект
    >
    эндобдж
    79 0 объект
    >
    эндобдж
    80 0 объект
    >
    эндобдж
    81 0 объект
    >
    эндобдж
    82 0 объект
    >
    эндобдж
    83 0 объект
    >
    эндобдж
    84 0 объект
    >
    эндобдж
    85 0 объект
    >
    эндобдж
    86 0 объект
    >
    эндобдж
    87 0 объект
    >
    эндобдж
    88 0 объект
    >
    эндобдж
    89 0 объект
    >
    эндобдж
    90 0 объект
    >
    эндобдж
    91 0 объект
    >
    эндобдж
    92 0 объект
    >
    эндобдж
    93 0 объект
    >
    эндобдж
    94 0 объект
    >
    эндобдж
    95 0 объект
    >
    эндобдж
    96 0 объект
    >
    эндобдж
    97 0 объект
    >
    эндобдж
    98 0 объект
    >
    эндобдж
    99 0 объект
    >
    эндобдж
    100 0 объект
    >
    эндобдж
    101 0 объект
    >
    эндобдж
    102 0 объект
    >
    эндобдж
    103 0 объект
    >
    эндобдж
    104 0 объект
    >
    эндобдж
    105 0 объект
    >
    эндобдж
    106 0 объект
    >
    эндобдж
    107 0 объект
    >
    эндобдж
    108 0 объект
    >
    эндобдж
    109 0 объект
    >
    эндобдж
    110 0 объект
    >
    эндобдж
    111 0 объект
    >
    эндобдж
    112 0 объект
    >
    эндобдж
    113 0 объект
    >
    эндобдж
    114 0 объект
    >
    эндобдж
    115 0 объект
    >
    эндобдж
    116 0 объект
    >
    эндобдж
    117 0 объект
    >
    эндобдж
    118 0 объект
    >
    эндобдж
    119 0 объект
    >
    эндобдж
    120 0 объект
    >
    эндобдж
    121 0 объект
    >
    эндобдж
    122 0 объект
    >
    эндобдж
    123 0 объект
    >
    эндобдж
    124 0 объект
    >
    эндобдж
    125 0 объект
    >
    эндобдж
    126 0 объект
    >
    эндобдж
    127 0 объект
    >
    эндобдж
    128 0 объект
    >
    эндобдж
    129 0 объект
    >
    эндобдж
    130 0 объект
    >
    эндобдж
    131 0 объект
    >
    эндобдж
    132 0 объект
    >
    эндобдж
    133 0 объект
    >
    эндобдж
    134 0 объект
    >
    эндобдж
    135 0 объект
    >
    эндобдж
    136 0 объект
    >
    эндобдж
    137 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI]
    >>
    эндобдж
    138 0 объект
    >
    поток
    x ڝ X͎6) J? P [EV0N6tQ 쩯 _R $ -qvg: Ñ-Qu? Jnsm> / Ӈ ~ q1rǟu.| m2QsrA5Nt% &, «j8CkCȠy0HByo.
    Ie3L5 ߽ɣ E7 (na # q

    Плата питания для топливного элемента копланарной схемы

    Изобретение относится к области топливных элементов, которые состоят из пакета из большого количества ступеней, каждая из которых включает в себя базовый элемент, который, в свою очередь, состоит из разделительной мембраны, помещенной между двумя электродами, которые сами расположены между двумя полярными или биполярными пластинами.

    Топливный элемент этого типа может найти свое применение во многих сферах деятельности, в том числе как в военном, так и в гражданском секторах.Военное применение включает, в частности, подводные двигательные установки, мобильные электрогенераторы и маломощные установки для замены батарей. Военное или гражданское применение включает, среди прочего, транспортную область для приведения в движение транспортных средств городского общественного транспорта, например, таких как автобусы, трамваи, троллейбусы и так далее. Также предусмотрены приложения для автомобилей, грузовиков и поездов. Возможны и другие стационарные применения, в частности, в стационарных системах для местного производства электроэнергии, например, в больницах и других служебных зданиях, где должна быть исключена возможность прерывания подачи электроэнергии.Наконец, существуют другие потенциальные приложения в области портативных и миниатюрных устройств.

    Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию топлива, в некоторых случаях возобновляемого типа, в электрическую энергию. Принцип работы этого электрохимического генератора зависит от реакции электрохимического синтеза воды. Многие топливные элементы состоят из последовательности ступеней, каждая из которых включает в себя базовый элемент, состоящий из двух электродов, один из которых является анодом, а другой — катодом, к которым непрерывно подается окислитель, например кислород из воздуха, и топливо, такое как водород. , которые остаются разделенными ионообменной мембраной, действующей как электролит.На аноде топливо подвергается каталитическому окислению, которое, в случае топливного элемента с протонообменной мембраной, высвобождает протоны и электроны. Электроны перемещаются по внешней электрической цепи, в то время как протоны переносятся в электролите на катод, где они рекомбинируют с электронами и топливом под действием каталитического восстановления с образованием воды. Эти две операции сопровождаются установлением разности потенциалов между двумя электродами.

    КПД топливного элемента, теоретически немного менее 100%, достигает значений, превышающих КПД двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, топливный элемент работает бесшумно и практически не загрязняет окружающую среду, хотя топливо представляет собой органическое соединение. Такая высокая эффективность и низкая производительность являются одними из причин проведения исследований и разработок в этой области.

    Различные типы топливных элементов можно определить по природе электролита, составляющего мембрану. Один из самых современных типов топливных элементов в области температур ниже 100 ° C.это топливные элементы с полимерным электролитом. Настоящее изобретение относится к области топливных элементов типа PEM (протонообменная мембрана), в которых электролит представляет собой протонообменную мембрану.

    С механической точки зрения топливный элемент состоит из пакета электрохимических ячеек, составляющих ступень, каждая ячейка состоит из полярных или биполярных разделительных пластин, между которыми помещен основной элемент EME (электрод, мембрана, электрод). Такое расположение основных элементов, составляющих активную зону топливного элемента, известно специалистам в данной области как «стопка».

    В батарее топливных элементов типа PEM разделительные пластины, называемые биполярными пластинами, также выполняют функцию распределения газа-реагента, состоящего из кислорода или воздуха и водорода, а также сбора образовавшихся электронов и удаления продукты реакции, в частности вода. Каждая биполярная пластина контактирует на одной из этих сторон с анодом базового элемента N, а на другой стороне — с катодом базового элемента ранга N + 1.

    Наконец, в топливных элементах большой мощности последней функцией этих полярных или биполярных пластин является охлаждение всей батареи за счет циркуляции охлаждающей жидкости между различными основными элементами топливного элемента.Охлаждающая жидкость течет по каналам, которые специально спроектированы и интегрированы в полярные или биполярные пластины. Можно видеть, что это охлаждение может применяться не ко всем ступеням, а скорее периодически в стеке.

    Во французской заявке на патент, опубликованной под номером FR-2 810 795, описана биполярная пластина, которая распределяет окислитель и топливо по двум ее сторонам с помощью двух циркуляционных каналов. В середине каркаса этой биполярной пластины, между двумя металлическими пластинами, организована циркуляция охлаждающей жидкости.Эти биполярные пластины имеют значительную толщину из-за конструкции, которая требует, чтобы циркуляция, во-первых, топлива и окислителя, а во-вторых, жидкого хладагента не мешала. Вот почему они размещены в разных соответствующих плоскостях.

    Толщина этой биполярной пластинки, как и многих других клеток, поэтому велика.

    Целью изобретения является устранение этого недостатка путем предложения другого типа полярной или биполярной пластины.

    С этой целью основным предметом изобретения является подающая пластина, по крайней мере, к одному элементу топливного элемента, которая включает в себя:

      • отверстия для подачи топлива, окислителя и охлаждающей жидкости;
      • две противоположные грани, по крайней мере, на одной из которых есть каналы для циркуляции топлива или окислителя; и
      • ,

      • , по крайней мере, один канал охлаждения, расположенный на той же стороне или сторонах, что и тот или те, на которых расположены каналы для циркуляции топлива или окислителя, так чтобы он был компланарен этим циркуляционным каналам, при этом подающая пластина, таким образом, имеет минимальная толщина, а охлаждение происходит в центре активной зоны.Поэтому он более эффективен.

    Согласно изобретению первые каналы для соответствующей циркуляции топлива и окислителя расположены на двух сторонах пластины, при этом охлаждение происходит на обеих сторонах пластины, когда пластина, таким образом, образует биполярный пластина, причем один охлаждающий канал расположен сразу на обеих сторонах и, как следствие, имеет несколько проходов через пластину от одной стороны к другой, а также ответвления.

    В основном варианте осуществления изобретения вход и выход охлаждающего канала расположены на стороне, противоположной той, на которой расположен этот охлаждающий канал, причем последний проходит через толщину пластины.

    Может оказаться выгодным сгруппировать вместе отверстия для подачи окислителя, топлива и охлаждающей жидкости, а также входы и выходы каналов циркуляции и охлаждения в одном заданном положении на пластине.

    Что касается совместного использования разных каналов на лицевой стороне или лицевых сторонах пластины, можно настроить так, чтобы траектории циркуляционных каналов и холодильного канала или каналов чередовались относительно друг друга, таким образом, следуя одному и тому же пути.

    Предпочтительная траектория циркуляционных каналов пластины согласно изобретению спроектирована так, чтобы последняя была зигзагообразной.

    Что касается траектории циркуляционных каналов, то также возможно, что они должны быть параллельны друг другу, чтобы образовать гребнеобразную структуру.

    В предпочтительном варианте осуществления канала или каналов охлаждения последние имеют ответвления, входы и выходы которых разнесены по большей части длины пластины.

    Особенностью этой реализации может быть то, что ориентация каналов должна быть смещена на 90 ° с одной стороны по отношению к другой.

    В этих последних случаях предусмотрено, что прохождение через пластину холодильным каналом происходит на конце каждого ответвления с изменением ориентации на 90 ° С для холодильного канала при прохождении через пластину.

    В одном конкретном варианте осуществления пластины в соответствии с изобретением последняя принимает форму гофрированной пластины, чтобы образовывать первые каналы для циркуляции топлива на первой поверхности, чередующиеся с параллельными каналами охлаждения на первой поверхности, и каналы для циркуляции окислителя чередуются с параллельными охлаждающими каналами, так что каналы на первой поверхности образуют разделения для каналов на второй стороне и наоборот, при этом все каналы расположены в одной плоскости, и при этом пластина составляет биполярная пластинка.

    В этом случае пластина состоит в основном из гофрированного листа, возможно, окруженного рамой, в которой имеются отверстия для подачи.

    В различных вариантах осуществления предусмотрено, что охлаждающие каналы или их ответвления расположены между несколькими каналами для циркуляции окислителя или топлива.

    В способе работы топливного элемента с использованием пластины согласно изобретению охлаждающей жидкостью предпочтительно является вода.

    В предпочтительном варианте пластина изготовлена ​​из композитного материала полимер-графит.

    Изобретение и его различные технические характеристики будут лучше поняты при чтении следующего описания со ссылками на фигуры, на которых изображено:

    Фиг. 1, в аксонометрии, один пример варианта осуществления подающей пластины согласно изобретению;

    РИС. 2A и 2B — две схемы, представляющие расположение каналов на подающей пластине согласно изобретению, как показано на фиг. 1;

    РИС. 3A и 3B показывают расположение каналов во втором варианте осуществления подающей пластины согласно изобретению; и

    ФИГ.4, опять же в перспективе, показан один частный вариант осуществления пластины согласно изобретению.

    РИС. 1 позволяет понять конструкцию подающей пластины в соответствии с изобретением, наблюдая за поперечным сечением предпочтительного варианта этой пластины. В этом случае последний изготовлен из графита и до завершения его изготовления имеет две плоские поверхности, которые обрабатываются во время изготовления последнего так, чтобы создать две грани: 1 A и 1 B.

    Первая грань 1 A была показана, в частности, хотя и частично. Фактически, в четырех углах последнего имеется питающее отверстие 2 или 3 для окислителя или топлива. На этой первой поверхности 1 A отверстие подачи окислителя 2 поступает в канал циркуляции окислителя 21 , где этот канал изгибается по площади 1 A, чтобы посетить самую большую центральную часть последнего. Кроме того, отверстие 4 для подачи охлаждающей жидкости также расположено на периферии пластины и подает в канал 41 охлаждения, проходящий вдоль пространств, оставленных каналами подачи окислителя 21 .

    Можно видеть, что в большинстве случаев выбор того, должен ли окислитель или топливо течь через одну или другую из двух сторон, не имеет значения.

    Вторая поверхность 1 B имеет аналогичную конструкцию, но ориентирована под углом 900 по отношению к ориентации каналов на первой поверхности 1 A, что объясняет нехватку каналов, показанных на этой второй поверхности 1 B, из-за того, что рисунок в разрезе. Фактически, второй канал 22, циркуляции топлива показан символически, но последний ориентирован в направлении, перпендикулярном его истинной ориентации.Ответвление 42 охлаждающего канала 41 показано в центре пластины и выходит на вторую поверхность 1 B. Он питается на своих двух концах через отверстия 43 , которые заставляют его сообщаться с части канала 41 , расположенные на первой поверхности 1 A.

    Ссылаясь на фиг. 2A и 2B, легче понять относительную организацию этих двух поверхностей 1 A и 1 B. Фактически, на фиг.2A схематично изображена первая поверхность 1 A пластины. Здесь мы видим отверстия для подачи окислителя 2 , топлива 3 и охлаждающей жидкости 4 , а также каналы циркуляции окислителя 21 и канал охлаждения 41 . Эти каналы циркуляции проходят по большей части пластины, выполняя один или несколько зигзагов. В середине двух из этих зигзагов противоположного направления расположены начало и конец ответвлений канала 41 охлаждения, которые лежат параллельно направлению ориентации каналов 21 циркуляции.Видно, что эти ответвления холодильного канала 41 снабжены сквозными отверстиями 43 .

    Переворачивание плиты согласно изобретению, показанной на фиг. 1 и 2A, мы видим компоновку, представленную на фиг. 2Б. Однако циркуляционные каналы , 22, теперь касаются топлива и соединяют отверстие для подачи топлива на входном конце с отверстием для подачи топлива 30, на выходном конце. Подающие отверстия 2 и 20 показаны здесь на фиг.2B, но не подключены к первым циркуляционным каналам.

    Видно, что ориентация зигзага, составляющего траекторию этих каналов циркуляции 22 , смещена на 900 по отношению к таковым на первой грани 1 A.

    Видно, что ветви 42 , уже показанный на лицевой стороне 1 B на фиг. 1, расположены между зигзагами первых циркуляционных каналов 22 . На каждом из их концов имеется сквозной канал 43 , который позволяет соединять эти ответвления 42 с остальной частью охлаждающего канала 41 .

    РИС. 2A и 2B показано расположение каналов в зигзагообразной форме, но, используя ответвления 42 охлаждающего канала 41 , можно представить, что траектория циркуляционных каналов 22 может быть не зигзагообразной, а в форме гребенки, причем разные ответвления канала (ов) 22 в этом случае параллельны друг другу и по отношению к ответвлениям 42 канала 41 охлаждения.

    Подающая пластина, описанная со ссылкой на фиг.1, 2A и 2 B, поэтому обеспечивают циркуляцию окислителя и топлива соответственно на двух его сторонах. Таким образом, пластина подачи является биполярной.

    Со ссылкой на фиг. 3A и 3B, возможно, что пластина подачи может быть только монополярного типа. Пример, описанный этими двумя фиг. 3A и 3B показано, что одна грань, здесь поверхность 51 A, имеет только каналы циркуляции 61 . Эта же поверхность 51 A также имеет охлаждающий контур в виде питающего отверстия 54 для охлаждающей жидкости и два боковых охлаждающих канала 53 с несколькими ответвлениями 55 , параллельными параллельным частям первых циркуляционных каналов. 61 , которые идут в виде зигзагов.Каждая из ветвей , 55, проходит в пространстве, образованном петлей зигзагообразного хода циркуляционных каналов , 61, , и попеременно с обеих сторон пластины. В этой реализации каждая ветвь 55 совершает один обратный проход по ширине пластины, проходя через нее на своем конце 56 .

    Ссылаясь на фиг. 3B видно, что вторая поверхность 52 B имеет в качестве единственного канала конец и выход охлаждающего канала 53 , в частности, два ответвления 57 , которые позволяют соединять его посредством сквозного проходы 58 , в другую часть канала охлаждения 53 на первой поверхности 51 A.Таким образом, охлаждающая жидкость может быть удалена через питающее отверстие 59, , расположенное на периферии пластины. В этом случае использование различных полярных пластин пакета требует чередования подачи топлива в каждую пластину и окислителя.

    Можно видеть, что во всех этих случаях каждая пластина проходит через отверстия для подачи трех типов, а именно для топлива, окислителя и охлаждающей жидкости.

    РИС. 4, таким образом, представляет собой один конкретный вариант осуществления подающей пластины согласно изобретению, поскольку последняя состоит в случае ее центральной части из гофрированного листа 101 .В этой реализации гофры являются прямолинейными и параллельными, но это показывает только часть гофрированного листа, а циркуляционные каналы фактически могут следовать извилистой или зигзагообразной траектории.

    Фактически, учитывая каждую область 101 S и 101 I гофрированного листа, гофры образуют циркуляционные каналы 102 , 103 и 104 , расположенные таким образом чередующимся образом. Другими словами, циркуляционные каналы , 102, , сформированные на верхней поверхности 101 S, соответствуют разделениям для двух каналов , 103, и , 104, , сформированным на нижней поверхности 101 I.Другими словами, циркуляционные каналы чередуются с разделяющими их гофрами.

    На этой фиг. 4, два первых канала циркуляции , 102, показаны на верхней поверхности 1 S. Им отведена роль каналов циркуляции топлива для циркуляции водорода H 2 . В случае циркуляционных каналов, относящихся к нижней поверхности 101 I, на рисунке показаны два первых чередующихся канала для циркуляции окислителя 103 , то есть для переноса кислорода O 2 , со вторым каналом для циркуляции. охлаждающей жидкости 4 , то есть воды H 2 0 .Аналогичным образом, на верхней поверхности 1 S показаны некоторые вторые каналы для циркуляции охлаждающей жидкости , 104, , а именно воды.

    Этот вариант выполнения в форме гофрированного листа означает, что подающая пластина должна быть завершена рамой, которая не показана на этой фиг. 4, и который имеет отверстия для подачи топлива, окислителя и охлаждающей жидкости аналогично предыдущим вариантам осуществления.

    Мы видели использование гофрированного листа на фиг. 4, это предполагает использование металла для изготовления подающей пластины в соответствии с изобретением.Однако вполне можно представить себе такую ​​реализацию в расширенном графите.

    Траектории траекторий каналов циркуляции во всех реализациях имеют вид зигзагов. Однако это только одна форма реализации, когда принцип изобретения касается размещения каналов параллельно друг другу и побуждения их изменять направление параллельным образом. Таким образом, согласно настоящему изобретению можно покрыть большую часть обеих сторон каждой подающей пластины.

    В варианте осуществления изобретения все эти циркуляционные каналы расположены в одной плоскости. Более того, окислитель, топливо и охлаждающая жидкость находятся в прямом контакте с основными элементами EME. Другими словами, ни одна конкретная плоскость не предназначена ни для охлаждения, ни для распределения топливных и окислительных газов. Напротив, только одна единственная зона или слой выполняет двойную функцию распределения окислителя или топлива и охлаждающей жидкости. Кроме того, группируя вместе входы и выходы, можно сконструировать две зоны подачи в раме 20, , через которые могут проходить каналы подачи для соединения с входами и выходами.

    Системы двойных электродов с массивами микроэлектродов для электрохимических измерений

    Системы двойных электродов на основе массивов микроэлектродов обладают свойством перекрытия диффузионного слоя между двумя наборами электродов. В последние годы они привлекли к себе повышенное внимание в области электрохимии и электроаналитической химии. Этот обзор знакомит с изготовлением, характеристикой и применением систем двойных электродов на основе массивов микроэлектродов.Прогресс фотолитографии делает возможным и приносит пользу микрообработке электродных систем различной геометрии. В качестве важного шага перед электрохимическими применениями используются различные методы определения характеристик для контроля качества изготовленных электродов. Далее обсуждаются возможности применения в качестве электрохимических сенсоров в режиме генератор-коллектор. Затем также вводятся электрохимические датчики в биполярном режиме, интересное явление, существующее в системах с двумя электродами.Наконец, демонстрируются применения двойных электродных систем для измерения фундаментальных электрохимических параметров.

    Ссылки

    Aguiar, F. A .; Галлант, А. Дж .; Розамонд, М. С .; Rhodes, A .; Wood, D .; Катаки, Р. Матрицы конических утопленных золотых микроэлектродов, полученные с помощью фотолитографических методов: характеристика и причины. Electrochem. Commun. 2007 , 9 , 879–885. Искать в Google Scholar

    Aguiar, F. A .; Розамонд, М.C .; Wood, D .; Катаки Р. К многофункциональным решеткам микроэлектродов. Аналитик 2008 , 133 , 1060–1063. Искать в Google Scholar

    Amatore, C .; Savéant, J.M .; Тессье, Д. Перенос заряда на частично заблокированных поверхностях: модель для микроскопических активных и неактивных сайтов. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1983 , 147 , 39–51. Искать в Google Scholar

    Aoki, K .; Morita, M .; Нива, О.; Табей, Х. Количественный анализ регулируемых обратимой диффузией токов редокс-растворимых веществ на встречно-штыревых электродах в стационарных условиях. J. Electroanal. Chem. 1988 , 256 , 269–282. Искать в Google Scholar

    Aoki, A .; Matsue, T .; Учида, И. Электрохимический отклик на электродах микрочипов в проточных потоках и определение катехоламинов. Анал. Chem. 1990 , 62 , 2206–2210.Искать в Google Scholar

    Bard, A. J .; Crayston, J. A .; Киттлесен, Г. П .; Varco Shea, T .; Райтон, М.С. Цифровое моделирование измеренного электрохимического отклика обратимых окислительно-восстановительных пар на решетках микроэлектродов: последствия, возникающие из-за близко расположенных ультрамикроэлектродов. Анал. Chem. 1986 , 58 , 2321–2331. Искать в Google Scholar

    Bard, A. J .; Fan, F. R. F .; Kwak, J .; Лев, О. Сканирующая электрохимическая микроскопия. Введение и принципы. Анал. Chem. 1989 , 61 , 132–138. Искать в Google Scholar

    Barnes, E.O .; Льюис, Г. Э. М .; Dale, S. E. C .; Marken, F .; Комптон, Р.Г. Двойные электродные системы генератор-коллектор: обзор. Аналитик 2012 , 137 , 1068–1081. Искать в Google Scholar

    Bartlett, P. N .; Тейлор, С. Л. Точная имитационная модель микродисков для утопленных микродисковых электродов. J. Electroanal. Chem. 1998 , 453 , 49–60.Искать в Google Scholar

    Basha, C. A .; Раджендран, Л. Теории ультрамикродисковых электродов: обзорная статья. Внутр. J. Electrochem. Sc. 2006 , 1 , 268–282. Искать в Google Scholar

    Ben-Amor, S .; Vanhove, E .; Белаиди, Ф. С .; Шарло, С .; Colin, D .; Rigoulet, M .; Девин, А .; Sojic, N .; Launay, J .; Temple-Boyer, P .; Арбо, С. Улучшенное обнаружение перекиси водорода с помощью платинированных массивов микроэлектродов для анализа активности митохондрий. Электрохим. Acta 2014 , 126 , 171–178. Искать в Google Scholar

    Buss, G .; Schoning, M. J .; Luth, H .; Шульце, Дж. У. Модификации и характеристики массива микроэлектродов на основе кремния. Электрохим. Acta 1999 , 44 , 3899–3910. Искать в Google Scholar

    Bustin, D .; Mesaros, S .; Tomčík, P .; Rievaj, M .; Тварозек, В. Применение повышенного тока окислительно-восстановительного цикла на встречно-гребенчатом электроде для определения следов железа в сверхчистом спектральном углероде. Анал. Чим. Acta 1995 , 305 , 121–125. Искать в Google Scholar

    Bustin, D .; Юрса, С .; Томчик, П. Титрование электрогенерированными галогенами в диффузионном слое встречно-штыревой матрицы микроэлектродов. Аналитик 1996 , 121 , 1795–1799. Искать в Google Scholar

    Cahill, P. S .; Уокер, К. Д.; Finnegan, J.M .; Mickelson, G.E .; Travis, E. R .; Вайтман, Р. М. Микроэлектроды для измерения катехоламинов в биологических системах. Анал. Chem. 1996 , 68 , 3180–3186. Искать в Google Scholar

    ChenMing, L .; HongBin, C .; YuPing, L .; Йи, З. Применение метода амперометрии с тройным потенциалом для количественного электроанализа. Подбородок. Sci. Бык. 2007 , 52 , 2771–2774. Искать в Google Scholar

    Chidsey, C.E .; Feldman, B.J .; Lundgren, C .; Мюррей, Р. В. Платиновый встречно-гребенчатый электрод с микрометровыми интервалами: изготовление, теория и начальное использование. Анал. Chem. 1986 , 58 , 601–607. Искать в Google Scholar

    Chow, K. F .; Mavre, F .; Crooks, J. A .; Chang, B. Y .; Крукс, Р. М. Крупномасштабный беспроводной электрохимический биполярный электродный микрочип. JACS 2009 , 131 , 8364–8365. Искать в Google Scholar

    Dam, V.A.T .; Olthuis, W .; ван ден Берг, А. Редокс-циклирование с встречно-штыревыми матричными электродами как метод селективного обнаружения редокс-видов. Аналитик 2007 , 132 , 365–370. Искать в Google Scholar

    Davies, T. J .; Комптон, Р. Г. Циклическая и линейная вольтамперометрия регулярных и случайных массивов микродисковых электродов: теория. J. Electroanal. Chem. 2005 , 585 , 63–82. Искать в Google Scholar

    Davies, T. J .; Ward-Jones, S .; Бэнкс, К. Э .; дель Кампо, Дж .; Mas, R .; Munoz, F. X .; Комптон, Р. Г. Циклическая и линейная вольтамперометрия регулярных массивов микродисковых электродов: подгонка экспериментальных данных. J. Electroanal. Chem. 2005 , 585 , 51–62. Искать в Google Scholar

    del Campo, F. J .; Абад, Л .; Illa, X .; Prats-Alfonso, E .; Borrise, X .; Cirera, J.M .; Bai, H. Y .; Цай, Ю. С. Определение констант скорости гетерогенного переноса электронов на встречно-штыревых нанополосных электродах, изготовленных методом оптического смешивания и согласования. Сенсорный привод B-Chem. 2014 , 194 , 86–95. Искать в Google Scholar

    Engstrom, R.C .; Штрассер, В. А. Характеристика электрохимически предварительно обработанных стеклоуглеродных электродов. Анал. Chem. 1984 , 56 , 136–141. Искать в Google Scholar

    Fagan, D. T .; Ху, И. Ф .; Кувана, Т. Вакуумная термообработка для активации стеклоуглеродных электродов. Анал. Chem. 1985 , 57 , 2759–2763. Искать в Google Scholar

    Feeney, R .; Кунавес, С. П. Микро-сборные матрицы ультрамикроэлектродов: разработки, достижения и применения в анализе окружающей среды. Электроанализ 2000 , 12 , 677–684. Искать в Google Scholar

    Feeney, R .; Herdan, J .; Nolan, M. A .; Tan, S. H .; Тарасов, В. В .; Кунавес, С. П. Аналитическая характеристика микролитографически изготовленных матриц ультрамикроэлектродов на основе иридия. Электроанализ 1998 , 10 , 89–93. Искать в Google Scholar

    Feldman, B.J .; Feldberg, S.W .; Мюррей, Р. В. Электрохимический эксперимент по времени пролета. J. Phys. Chem. 1987 , 91 , 6558–6560. Искать в Google Scholar

    Fiaccabrino, G.C .; Куделка-Хеп М. Тонкопленочное микропроизводство электрохимических преобразователей. Электроанализ 1998 , 10 , 217–222. Искать в Google Scholar

    Goluch, E.D .; Wolfrum, B .; Сингх, П. С .; Зевенберген, М.А.Г .; Lemay, S.G. Редокс-циклирование в наножидкостных каналах с использованием встречно-штыревых электродов. Анал. Биоанал. Chem. 2009 , 394 , 447–456. Искать в Google Scholar

    Guo, J. D .; Линднер, Э. Циклические вольтамперограммы на компланарных и неглубоких утопленных массивах электродов микродисков: руководство по проектированию и эксперименту. Анал. Chem. 2009 , 81 , 130–138. Искать в Google Scholar

    Hasnat, M. A .; Гросс, А. Дж .; Dale, S.E .; Barnes, E. O .; Compton, R.G .; Маркен, Ф. Двухпластинчатый датчик микротраншейного коллектора-генератора ITO-ITO: активация поверхности, пространственное разделение и подавление необратимой интерференции кислорода и аскорбата. Аналитик 2014 , 139 , 569–575. Искать в Google Scholar

    Hayashi, K .; Iwasaki, Y .; Horiuchi, T .; Sunagawa, K .; Тейт, А. Селективное обнаружение катехоламина против электроактивных помех с использованием встречно-штыревого гетерометричного электрода, состоящего из металлооксидного электрода и металлического ленточного электрода. Анал. Chem. 2005 , 77 , 5236–5242. Искать в Google Scholar

    Hayashi, K .; Takahashi, J.-I .; Хориучи, Т.; Iwasaki, Y .; Хага, Т. Разработка наноразмерного встречно-гребенчатого электрода в качестве платформы электрохимического датчика для высокочувствительного обнаружения биомолекул. J. Electrochem. Soc. 2008 , 155 , J240 – J243. Искать в Google Scholar

    Horiuchi, T .; Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Количественный анализ установившихся токов обратимых окислительно-восстановительных частиц на матричном электроде микродисков, встроенном в поверхностный электрод. J. Electroanal. Chem. 1990 , 295 , 25–40. Искать в Google Scholar

    Horiuchi, T .; Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Ограничение увеличения тока за счет самоиндуцированного окислительно-восстановительного цикла на микромакро-двойном электроде. J. Electrochem. Soc. 1991 , 138 , 3549–3553. Искать в Google Scholar

    Horiuchi, T .; Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Десорбционная вольтамперометрия обратимых окислительно-восстановительных частиц путем самоиндуцированного окислительно-восстановительного цикла. Анал. Chem. 1992 , 64 , 3206–3208.Искать в Google Scholar

    Hu, M. J .; Фрич, И. Поведение окислительно-восстановительного цикла индивидуальных и бинарных смесей катехоламинов на массивах золотых микрополосных электродов. Анал. Chem. 2015 , 87 , 2029–2032. Искать в Google Scholar

    Huang, X. J .; O’Mahony, A.M .; Комптон, Р. Г. Матрицы микроэлектродов для электрохимии: подходы к изготовлению. Малый 2009 , 5 , 776–788. Искать в Google Scholar

    Huang, X.-J .; Aldous, L .; O’ahony, A.M .; дель Кампо, Ф. Дж .; Комптон, Р. Г. К безмембранным амперометрическим газовым сенсорам: подход с использованием матрицы микроэлектродов. Анал. Chem. 2010 , 82 , 5238–5245. Искать в Google Scholar

    Huske, M .; Stockmann, R .; Offenhausser, A .; Вольфрум, Б. Редокс-циклирование в нанопористых электрохимических устройствах. Наноразмер 2014 , 6 , 589–598. Искать в Google Scholar

    Jia, W.-Z .; Wang, K .; Песня, Ю.-Y .; Ся, X.-H. Микроустройство типа «зонд в трубке» на основе диффузионного слоя для селективного анализа электроактивных частиц. Electrochem. Commun. 2007 , 9 , 1553–1557. Искать в Google Scholar

    Kang, S .; Mathwig, K .; Лемей, С. Г. Время отклика наножидкостных электрохимических сенсоров. Лаборатория на чипе 2012 , 12 , 1262–1267. Искать в Google Scholar

    Kim, S.K .; Hesketh, P.J .; Li, C.M .; Thomas, J. H .; Холсолл, Х.B .; Heineman, W. R. Изготовление гребенчатой ​​решетки встречно-гребенчатых электродов (IDA) для системы электрохимического анализа на основе микрошариков. Biosen. Биоэлектрон. 2004 , 20 , 887–894. Искать в Google Scholar

    Kokkinos, C .; Эконому, А .; Raptis, I .; Спелиотис, Т. Одноразовые литографические матрицы висмутовых микроэлектродов для вольтамперометрического обнаружения металлических следов. Electrochem. Commun. 2011 , 13 , 391–395.Искать в Google Scholar

    Kokkinos, C .; Эконому, А .; Раптис, И. Микро-изготовленные одноразовые сенсоры «лаборатория на кристалле» со встроенными матрицами висмутовых микроэлектродов для вольтамперометрического определения металлических примесей. Анал. Чим. Acta 2012 , 710 , 1–8. Искать в Google Scholar

    Köster, O .; Schuhmann, W .; Vogt, H .; Моква, В. Контроль качества матриц ультра-микроэлектродов с помощью циклической вольтамперометрии, спектроскопии электрохимического импеданса и сканирующей электрохимической микроскопии. Сенсорный привод B-Chem. 2001 , 76 , 573–581. Искать в Google Scholar

    Kwak, J .; Бард, А. Дж. Сканирующая электрохимическая микроскопия. Теория режима обратной связи. Анал. Chem. 1989 , 61 , 1221–1227. Искать в Google Scholar

    Lee, H.J .; Beriet, C .; Ferrigno, R .; Жиро, Х. Х. Циклическая вольтамперометрия на массиве обычных микродисковых электродов. J. Electroanal. Chem. 2001 , 502 , 138–145.Искать в Google Scholar

    Liu, F .; Колесов, Г .; Паркинсон, Б. А. Время пролета электрохимии: измерения коэффициента диффузии с использованием электродов с встречно-штыревой решеткой (IDA). J. Electrochem. Soc. 2014 , 161 , h4015 – h4019. Искать в Google Scholar

    Loget, G .; Кун, А. Формирование и исследование микро- и наномира с помощью биполярной электрохимии. Анал. Биоанал. Chem. 2011 , 400 , 1691–1704. Искать в Google Scholar

    Lowinsohn, D.; Peres, H. E. M .; Косминский, Л .; Paixao, T .; Ferreira, T. L .; Рамирес-Фернандес, Ф. Дж .; Бертотти, М. Дизайн и изготовление матрицы микроэлектродов для количественного определения йодата в малых объемах образцов. Сенсорный привод B-Chem. 2006 , 113 , 80–87. Искать в Google Scholar

    Ma, C .; Контенто, Н. М .; Гибсон, Л. Р .; Bohn, P. W. Редокс-циклирование в массивах электродов с кольцевыми дисками и дисками с наноразмерными углублениями для повышения электрохимической чувствительности. ACS Nano 2013 , 7 , 5483–5490.Искать в Google Scholar

    Ma, C. X .; Zaino, L.P .; Bohn, P. W. Самоиндуцированная свечение, связанное с окислительно-восстановительным циклом, на биполярных дисковых многомасштабных электродах с нанопорами. Chem. Sci. 2015 , 6 , 3173–3179. Искать в Google Scholar

    Меньшыков, Д .; О Махони, А. М .; дель Кампо, Ф. Дж .; Munoz, F. X .; Комптон, Р. Г. Микромассивы дисковых электродов с кольцом в переходном режиме генератор-коллектор: теория и эксперимент. Анал. Chem. 2009 , 81 , 9372–9382.Искать в Google Scholar

    Меньшыков, Д .; Cortina-Puig, M .; дель Кампо, Ф. Дж .; Munoz, F. X .; Комптон, Р. Г. Плоские утопленные дисковые электроды и их массивы в переходном режиме генератор-коллектор: измерение скорости химической реакции электрохимически генерируемых частиц. J. Electroanal. Chem. 2010 , 648 , 28–35. Искать в Google Scholar

    Moraes, F. C .; Cesarino, I .; Коэльо, Д .; Педроса, В. А .; Мачадо, С.А.С. Анализ высокочувствительных нейротрансмиттеров в матрице платина-ультрамикроэлектроды. Электроанализ 2012 , 24 , 1115–1120. Искать в Google Scholar

    Morita, M .; Ивасаки, Ю. Электрохимические измерения с встречно-гребенчатыми микроэлектродами. Curr. Сентябрь 1995 , 14 , 2–8. Искать в Google Scholar

    Nagale, M. P .; Фрич, И. Индивидуально адресуемые электроды с субмикронным диапазоном. 1. Изготовление из многослойных материалов. Анал. Chem. 1998 , 70 , 2902–2907.Искать в Google Scholar

    Niwa, O .; Табей, Х. Вольтамперометрические измерения обратимых и квазиобратимых окислительно-восстановительных частиц с использованием встречно-штыревых решетчатых микроэлектродов на основе углеродной пленки. Анал. Chem. 1994 , 66 , 285–289. Искать в Google Scholar

    Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Изготовление и характеристики вертикально разделенных встречно-гребенчатых электродов. J. Electroanal. Chem. 1989 , 267 , 291–297.Искать в Google Scholar

    Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Электрохимическое поведение обратимых окислительно-восстановительных частиц на встречно-штыревых матричных электродах с различной геометрией: рассмотрение окислительно-восстановительного цикла и эффективности сбора. Анал. Chem. 1990 , 62 , 447–452. Искать в Google Scholar

    Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Высокочувствительное и селективное вольтамперометрическое обнаружение дофамина с вертикально разделенными встречно-гребенчатыми электродами. Электроанализ 1991 , 3 , 163–168. Искать в Google Scholar

    Niwa, O .; Morita, M .; Табей, Х. Высокоселективное электрохимическое обнаружение дофамина с использованием встречно-гребенчатых электродов, модифицированных слоистой пленкой нафиона / полиэфирного иономера. Электроанализ 1994 , 6 , 237–243. Искать в Google Scholar

    Odell, D. M .; Бойер, У. Дж. Изготовление решеток ленточных микроэлектродов из металлической фольги и термосвариваемой фторполимерной пленки. Анал. Chem. 1990 , 62 , 1619–1623. Искать в Google Scholar

    Odijk, M .; Olthuis, W .; Dam, V.A.T .; ван ден Берг, А. Моделирование явлений окислительно-восстановительного цикла на встречно-штыревых электродах (IDA): усиление и селективность. Электроанализ 2008 , 20 , 463–468. Искать в Google Scholar

    Oleinick, A.I .; Battistel, D .; Daniele, S .; Свирь, И .; Аматоре, С. Простое и ясное доказательство ограничения положительной обратной связи биполярным поведением во время сканирующей электрохимической микроскопии несмещенных проводников. Анал. Chem. 2011 , 83 , 4887–4893. Искать в Google Scholar

    Oleinick, A .; Zhu, F .; Ян, Дж .; Mao, B .; Свирь, И .; Аматоре, С. Теоретическое исследование массивов микролунок генератор-коллектор для улучшения электроаналитической селективности: применение для селективного обнаружения дофамина в присутствии аскорбиновой кислоты. ChemPhysChem 2013 , 14 , 1887–1898. Искать в Google Scholar

    Oleinick, A .; Ян, Дж .; Мао, Б.; Свирь, И .; Аматоре, С. Теория решеток микролунок, работающих как генераторы-коллекторы на основе одного биполярного плоского электрода. ChemElectroChem 2015 , DOI: 10.1002 / celc.201500321. Искать в Google Scholar

    Ordeig, O .; Бэнкс, К. Э .; Дель Кампо, Ф. Дж .; Munoz, F. X .; Комптон, Р. Г. Электроанализ бромата, йодата и хлората на решетках платиновых микроэлектродов, модифицированных оксидом вольфрама. Электроанализ 2006a , 18 , 1672–1680.Искать в Google Scholar

    Ordeig, O .; Бэнкс, К. Э .; Дэвис, Т. Дж .; Кампо, Дж .; Mas, R .; Muoz, F. X .; Комптон, Р. Г. Регулярные массивы микродисковых электродов: моделирование позволяет количественно оценить долю «мертвых» электродов. Аналитик 2006b , 131 , 440–445. Искать в Google Scholar

    Ordeig, O .; дель Кампо, Дж .; Muñoz, F. X .; Бэнкс, К. Э .; Комптон, Р. Г. Электроанализ с использованием массивов электродов амперометрических микродисков. Электроанализ 2007 , 19 , 1973–1986.Искать в Google Scholar

    Orozco, J .; Suarez, G .; Fernandez-Sanchez, C .; McNeil, C .; Хименес-Хоркера, К. Характеристика матриц ультрамикроэлектродов, сочетающая электрохимические методы и визуализацию оптической микроскопии. Электрохим. Acta 2007 , 53 , 729–736. Искать в Google Scholar

    Paeschke, M .; Wollenberger, U .; Köhler, C .; Lisec, T .; Schnakenberg, U .; Хинтше, Р. Свойства матриц встречно-штыревых электродов различной геометрии. Анал. Чим. Acta 1995a , 305 , 126–136. Искать в Google Scholar

    Paeschke, M .; Hintsche, R .; Wollenberger, U .; Jin, W .; Шеллер, Ф. Динамический окислительно-восстановительный цикл цитохрома c. J. Electroanal. Chem. 1995b , 393 , 131–135. Искать в Google Scholar

    Paixao, T .; Matos, R.C .; Бертотти, М. Титрование дипирона в диффузионном слое в фармацевтических препаратах на двухзонной электрохимической ячейке. Таланта 2003 , 61 , 725–732.Искать в Google Scholar

    Pang, S .; Ян, Дж .; Zhu, F .; Он, Д .; Mao, B .; Oleinick, A .; Свирь, И .; Amatore, C. Новая стратегия устранения помех от механизма EC ’во время аналитических измерений, основанная на матричных микродисковых электродах с плоскими утопленными полосами. Electrochem. Commun. 2014 , 38 , 61–64. Искать в Google Scholar

    Partel, S .; Kasemann, S .; Чолева, П .; Dincer, C .; Kieninger, J .; Урбан, Г. А. Новый процесс изготовления субмикронных встречно-штыревых электродов для высокочувствительного электрохимического обнаружения. Сенсорный привод B-Chem. 2014 , 205 , 193–198. Искать в Google Scholar

    Penner, R. M .; Мартин, К. Р. Приготовление и электрохимическая характеристика ансамблей ультрамикроэлектродов. Анал. Chem. 1987 , 59 , 2625–2630. Искать в Google Scholar

    Postlethwaite, T. A .; Hutchison, J.E .; Murray, R .; Fosset, B .; Amatore, C. Взаимно-гребенчатый электрод в качестве альтернативы вращающемуся кольцево-дисковому электроду для определения продуктов реакции восстановления двуокиси кислорода. Анал. Chem. 1996 , 68 , 2951–2958. Искать в Google Scholar

    Qiao, J. X .; Luo, H. Q .; Ли, Н. Б. Электрохимическое поведение мочевой кислоты и адреналина на электрохимически активированном стеклоуглеродном электроде. Colloids Surf. B: Биоинтерфейсы 2008 , 62 , 31–35. Искать в Google Scholar

    Rahimi, M .; Миккельсен, С. Р. Циклическая биамперометрия. Анал. Chem. 2010 , 82 , 1779–1785.Искать в Google Scholar

    Rahimi, M .; Миккельсен, С. Р. Циклическая биамперометрия на штыревых микроэлектродах. Анал. Chem. 2011 , 83 , 7555–7559. Искать в Google Scholar

    Rahman, A .; Guiseppi-Elie, A. Конструктивные соображения при разработке и применении массивов микродисковых электродов (MDEA) для имплантируемых биосенсоров. Biomed. Микроустройства 2009 , 11 , 701–710. Искать в Google Scholar

    Ramaswamy, R.; Шеннон, С. Скрининг оптических свойств градиентов сплава Ag-Au, сформированных биполярным электроосаждением, с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности. Langmuir 2011 , 27 , 878–881. Искать в Google Scholar

    Read, T. L .; Bitziou, E .; Joseph, M. B .; Macpherson, J. V. Контроль локального pH на месте с использованием дискового электрода с алмазным кольцом, легированного бором: оптимизация обнаружения тяжелых металлов (ртути). Анал. Chem. 2014 , 86 , 367–371.Искать в Google Scholar

    Сайто Ю. Теоретическое исследование диффузионного тока на неподвижных электродах круглого и узкополосного типов. Rev. Polarogr. 1968 , 15 , 177–187. Искать в Google Scholar

    Sanderson, D. G .; Андерсон, Л. Б. Филарные электроды: установившиеся токи и спектроэлектрохимия на сдвоенных встречно-штыревых электродах. Анал. Chem. 1985 , 57 , 2388–2393. Искать в Google Scholar

    Sandison, M.E .; Anicet, N .; Glidle, A .; Купер, Дж. М. Оптимизация геометрии и пористости матриц микроэлектродов для проектирования датчиков. Анал. Chem. 2002 , 74 , 5717–5725. Искать в Google Scholar

    Seddon, B.J .; Shao, Y .; Жиро, Х. Х. Печатная матрица микроэлектродов и амперометрический датчик для мониторинга окружающей среды. Электрохим. Acta 1994 , 39 , 2377–2386. Искать в Google Scholar

    Suzuki, A .; Ивандини, Т.А .; Йошими, К .; Fujishima, A .; Oyama, G .; Nakazato, T .; Hattori, N .; Kitazawa, S .; Эйнага, Ю. Изготовление, характеристика и применение алмазных микроэлектродов, легированных бором, для обнаружения дофамина in vivo . Анал. Chem. 2007 , 79 , 8608–8615. Искать в Google Scholar

    Tabei, H .; Horiuchi, T .; Niwa, O .; Морита, М. Высокочувствительное обнаружение обратимых видов путем самоиндуцированного окислительно-восстановительного цикла. J. Electroanal. Chem. 1992 , 326 , 339–343.Искать в Google Scholar

    Thiagarajan, S .; Tsai, T.-H .; Чен, С.-М. Легкая модификация стеклоуглеродного электрода для одновременного определения аскорбиновой кислоты, дофамина и мочевой кислоты. Biosens. Биоэлектрон. 2009 , 24 , 2712–2715. Искать в Google Scholar

    Tomčík, P. Решетки микроэлектродов с перекрывающимися диффузионными слоями в качестве электроаналитических детекторов: теория и основные приложения. Датчики 2013 , 13 , 13659–13684.Искать в Google Scholar

    Tomčík, P .; Бустин, Д. Вольтамперометрическое определение йодида с использованием встречно-штыревой матрицы микроэлектродов. Fresenius J. Anal. Chem. 2001 , 371 , 562–564. Искать в Google Scholar

    Tomčík, P .; Юрса, С .; Месарош, Ш .; Бустин, Д. Титрование As (III) электрогенерированным йодом в диффузионном слое встречно-штыревой матрицы микроэлектродов. J. Electroanal. Chem. 1997 , 423 , 115–118.Искать в Google Scholar

    Tomčík, P .; Mesaros, S .; Бустин Д. Титрование электрогенерированным гипобромитом в диффузионном слое встречно-штыревой матрицы микроэлектродов. Анал. Чим. Acta 1998 , 374 , 283–289. Искать в Google Scholar

    Tomčík, P .; Крайчикова, М .; Бустин, Д. Определение фармацевтических лекарственных форм путем титрования диффузионного слоя на встречно-штыревой матрице микроэлектродов. Таланта 2001 , 55 , 1065–1070.Искать в Google Scholar

    Wang, K .; Xu, J.-J .; Sun, D.-C .; Wei, H .; Ся, X.-H. Селективное определение глюкозы основано на концепции электрохимического истощения электроактивных частиц в диффузионном слое. Biosens. Биоэлектрон. 2005a , 20 , 1366–1372. Искать в Google Scholar

    Wang, K .; Zhang, D .; Чжоу, Т .; Ся, X. Х. Подход с двумя электродами для высокоселективного обнаружения глюкозы на основе теории диффузионного слоя: эксперименты и моделирование. Chem. Евро. J. 2005b , 11 , 1341–1347. Искать в Google Scholar

    Wang, J .; Bian, C .; Тонг, Дж .; Sun, J .; Ся, С. Микросенсорный чип, интегрированный с матрицей ультрамикроэлектродов, модифицированных наночастицами золота, для улучшенного электроаналитического измерения ионов меди. Электроанализ 2013 , 25 , 1713–1721. Искать в Google Scholar

    Wang, J .; Bian, C .; Тонг, Дж .; Sun, J .; Hong, W .; Ся, С. Композитный модифицированный ультрамикроэлектродный массив с уменьшенными карбоксильными наночастицами графена и палладия и его применение в биохимическом микродатчике потребности в кислороде. Электрохим. Acta 2014 , 145 , 64–70. Искать в Google Scholar

    Wightman, R.M. Микровольтамперометрические электроды. Анал. Chem. 1981 , 53 , 1125A – 1134A. Искать в Google Scholar

    Wightman, R. M .; May, L.J .; Майкл, А. С. Обнаружение динамики дофамина в головном мозге. Анал. Chem. 1988 , 60 , 769A – 779A. Искать в Google Scholar

    Wipf, D. O .; Вайтман, Р.М. Быстрые реакции расщепления галогенароматических анион-радикалов, измеренные с помощью циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием. J. Phys. Chem. 1989 , 93 , 4286–4291. Искать в Google Scholar

    Wolfrum, B .; Зевенберген, М .; Lemay, S. Нанофлюидная окислительно-восстановительная циклическая амплификация для селективного обнаружения катехолов. Анал. Chem. 2008 , 80 , 972–977. Искать в Google Scholar

    Wollenberger, U .; Paeschke, M .; Hintsche, R. Микроэлектроды с встречно-штыревой решеткой для определения активности ферментов. Аналитик. 1994 , 119 , 1245–1249. Искать в Google Scholar

    Wu, S .; Pan, D .; Yu, Z .; Канг, Q .; Шен, Д. Золото Электроды на основе массивов микроэлектродов для определения следов меди в морской воде. 2014 , 9 , 2741–2744. Искать в Google Scholar

    Xu, X .; Liu, C .; Jia, J .; Лю, Б .; Ян, X .; Донг, С. Простой и недорогой метод изготовления ультрамикроэлектродной матрицы и его применение для обнаружения растворенного кислорода. Электроанализ 2008 , 20 , 797–802. Искать в Google Scholar

    Yang, X .; Чжан, Г. Вольтамперометрические характеристики встречно-штыревых электродов с различными константами скорости переноса электрона. Сенсорные приводы B: Chem. 2007 , 126 , 624–631. Искать в Google Scholar

    Зарецкий М.К .; Mouayad, L .; Мельчер, Дж. Р. Свойства континуума из диэлектрометрии встречно-штыревого электрода. IEEE Trans. Избрать.Insul. 1988 , 23 , 897–917. Искать в Google Scholar

    Zhu, F .; Ян, Дж .; Lu, M .; Zhou, Y .; Ян, Й .; Мао, Б. Стратегия селективного обнаружения, основанная на истощении интерферентов и окислительно-восстановительном цикле с использованием плоских утопленных электродов массива микродисков. Электрохим. Acta 2011 , 56 , 8101–8107. Искать в Google Scholar

    Zhu, F .; Ян, Дж .; Pang, S .; Zhou, Y .; Mao, B.-W .; Oleinick, A .; Свирь, И .; Аматоре, С. Стратегия увеличения плотности электродов массива микроэлектродов за счет использования биполярного поведения металлической пленки. Анал. Chem. 2014 , 86 , 3138–3145. Искать в Google Scholar

    Zoski, C.G .; Simjee, N .; Guenat, O .; Куделка-Хеп, М. Адресные массивы микроэлектродов: характеризация путем визуализации с помощью сканирующей электрохимической микроскопии. Анал. Chem. 2004 , 76 , 62–72. Искать в Google Scholar

    Коллекторы для дома

    Коллекторы воды служат для подачи воды по всему дому, что, в свою очередь, улучшает управление горячей и холодной водой.

    Строительство систем водоснабжения внутри домов представляет собой очень важный аспект, так как при наличии ошибок или неисправностей могут возникнуть более или менее значительные неудобства. В частности, можно найти два типа систем:
    — Коллекторные водные системы;
    — Системы водоснабжения.
    Основное преимущество, которое дает использование коллекторов для воды, заключается в том, что, поскольку все трубы параллельны друг другу и не имеют ответвлений или тройников, они имеют лучшие характеристики, гарантируя меньшие перепады давления и большую легкость в обслуживании и замене поврежденных частей.В частности, отсутствие стыков — настоящая сила этого типа системы. И наоборот, если мы проанализируем основные недостатки, мы определенно не сможем пренебречь стоимостью, которая намного выше, если мы проведем сравнение со стоимостью системы водоснабжения. При явном появлении доказательств, уменьшении затрат на возможное вмешательство в управление, финансовая отчетность также может быть благоприятной с экономической точки зрения.

    Коллектор для воды модели

    Принимая во внимание все эти аспекты, можно отметить, что правильная конструкция коллектора является важной отправной точкой для эксплуатации системы и обеспечения ее долговечности в течение долгого времени.На рынке представлены различные модели коллекторов, которые можно использовать внутри домов, и различия в основном связаны с:
    1. Возможность сборки и разборки: на самом деле есть модели как в собранном виде, так и для сборки на месте;
    2. Количество выходов: количество может варьироваться в зависимости от размера системы;
    3. Расположение метчиков: все они могут быть копланарными или нет;
    4. Материал реализации;

    Фундаментальные аспекты водосборников

    Правильная конструкция водосборников также зависит от качества соединения с основной водопроводной сетью и отходящими трубами: на самом деле важно, чтобы резьба гарантировала идеальное уплотнение, избегая разливов или других проблем.Что касается, однако, управления скоростью транспортируемой текучей среды, это зависит от геометрии секций: по мере уменьшения диаметра при том же объемном расходе скорость текучей среды увеличивается.
    Кроме того, сборка также должна выполняться особым образом, чтобы можно было полностью использовать преимущества коллекторной системы:
    — Коллектор должен находиться в легкодоступном месте, чтобы обеспечить простоту обслуживания в случае необходимости;
    — Коллектор должен быть изолирован от окружающей среды с помощью защитной коробки, обычно из полимерного материала, который выполняет защитную функцию для коллектора.Фактически, если бы его не было, это могло бы вызвать взаимодействие между стенками и латунью, вызывая проблемы с коррозией, которые повредили бы компонент.


    19.08.2020
    Смотрите также

    19/09/2017 Коллекторы воды диаметром 35 мм Диаметр 35 мм делает водосборники подходящим решением с точки зрения компактности

    19/03/2021 Коллекторы отопления с запорным краном Регулируемая версия коллекторов обогрева, полезная для правильной балансировки установок

    19.04.2019 Коллекторы: выбор и преимущества

    19.05.2013 Коллекторы отопления и принципы использования Комбинация нескольких коллекторов отопления позволяет собрать систему гидравлического управления жилыми помещениями

    19.01.2020 Давайте не будем Забудьте о выпускном воздушном клапане в наших установках. Воздушный предохранительный клапан в сочетании с автоматическим обратным клапаном для упрощения обслуживания.

    Содержимое не может быть периодическим и не распространено «редакционным продуктом».

    Все, что вам нужно знать об осцилляторах | Блог

    Марк Харрис

    | & nbsp Создано: 29 октября 2020 г.
    & nbsp | & nbsp

    Информация обновлена: 3 февраля 2021 г.

    Практически на каждой печатной плате, сделанной за последнее время, есть генератор той или иной формы, и большинство интегральных схем также содержат генераторы.Осцилляторы — это важные компоненты, которые производят периодический электронный сигнал, обычно синусоидальную или прямоугольную волну. Осцилляторы преобразуют сигнал постоянного тока в периодические сигналы переменного тока, которые можно использовать для установки частоты, для аудиоприложений или в качестве тактового сигнала. Для работы всех микроконтроллеров и микропроцессоров требуется генератор для установки тактового сигнала. В некоторых устройствах они встроены, а некоторым требуется внешний генератор — или и то, и другое, с внутренним генератором низкой точности с возможностью подачи внешнего сигнала.

    Электронные устройства используют тактовый сигнал в качестве эталона времени, позволяя выполнять действия согласованно. Другие устройства используют сигнал генератора для генерации других частот, которые могут обеспечивать звуковые функции или генерировать радиосигналы.

    Понимание различных типов осцилляторов и того, как они работают, может позволить вам выбрать правильный осциллятор для вашего проекта. Если вы пытаетесь создать радиосигнал, вам понадобится гораздо более точный генератор, чем для других устройств.Осцилляторы — это то, что можно легко упустить из виду в проекте, если просто взять любой старый осциллятор, который находится в частотном диапазоне, указанном в таблице данных, который соответствует требованиям к месту на плате и стоимости. Выбор может быть значительно больше; однако, в зависимости от требований к питанию платы, ее площади и требуемой точности частоты. Некоторые генераторы работают от микроампер или меньшей мощности, а некоторым для работы требуется несколько ампер.

    Осцилляторы делятся на две основные категории: гармонические и релаксационные.Гармонические генераторы создают синусоидальную форму волны, RC, LC, резервуарные схемы, керамические резонаторы и кварцевые генераторы попадают в эту категорию.

    В этой статье мы рассмотрим:

    • Резисторно-конденсаторные генераторы (RC)
    • Генераторы индуктивно-конденсаторные (LC)
    • Керамические резонаторы
    • Кварцевые генераторы
    • Модули кварцевого генератора
    • Осцилляторы МЭМС
    • Силиконовые генераторы

    Хотя вы, возможно, не собираетесь самостоятельно создавать RC- или LC-генератор, а вместо этого читаете эту статью для получения информации о корпусных генераторах, которые вы можете просто добавить в схему — я собираюсь начать говорить о RC- и LC-генераторах. .Важно понимать, как они функционируют и каковы их недостатки, поскольку многие ИС со встроенными генераторами используют RC-цепочку или LC-схему.

    Понимая, как они работают, вы можете лучше понять, когда уместно использовать встроенный генератор, а когда уместно добавить внешний источник синхронизации. Если вы хотите узнать больше об генераторах и часах, вы можете легко построить RC или LC-генератор на макетной плате и протестировать его с помощью осциллографа. Прежде чем мы углубимся в это, давайте кратко рассмотрим сравнение между каждым типом осцилляторов.

    Сравнение производительности осцилляторов

    Из приведенной ниже таблицы стоит отметить, что для каждого варианта на рынке доступно огромное количество различных устройств. Например, если посмотреть на генераторы МЭМС с фиксированной частотой, то параметры, которые регулярно продаются в DigiKey, варьируются от 150 до 50 частей на миллиард с точки зрения стабильности частоты. Этот огромный диапазон стабильности частоты также имеет огромный диапазон цен, поэтому, если один тип генератора может иметь варианты чрезвычайно высокой стабильности или точности в широком диапазоне температур, это не означает, что другой вариант может быть не дешевле для вашей точности. требования.

    В качестве крайнего примера этого, Connor-Winfield OX200-SC-010.0M 10MHz VCOCXO представляет собой кварцевый генератор со стабильностью частоты всего +/- 1,5 частей на миллиард. Атомный генератор IQD Frequency Products LFRBXO059244BULK 10 МГц более чем в десять раз дороже в единичных количествах при той же стабильности частоты +/- 1,5ppb. Несмотря на это, наступят времена, когда атомный осциллятор за 2000 долларов станет лучшим выбором для чрезвычайно точного осциллятора.IQD Frequency Products также производит VCOCXO, который имеет потрясающую стабильность частоты +/- 1ppb в более широком диапазоне температур, чем атомный осциллятор. Менее чем вдвое дороже, чем устройство Коннора-Винфилда в единичных объемах, и все же менее чем в десять раз дешевле, чем атомарный вариант. Для меня невероятно, что сегодня у нас есть источники атомных часов, которые можно легко найти, и еще более безумно то, что у нас есть более точный кварцевый генератор за небольшую часть цены.

    Источник тактовой частоты

    Частота

    Точность

    Преимущества

    Недостатки

    Кристалл кварца

    от 10 кГц до 100 МГц

    от среднего до высокого

    Низкая стоимость

    Чувствителен к электромагнитным помехам, вибрации и влажности.

    Модуль кварцевого генератора

    от 10 кГц до 100 МГц

    от среднего до экстремального

    Нечувствителен к электромагнитным помехам и влажности. Никаких дополнительных компонентов или проблем с соответствием

    Высокая стоимость, высокое энергопотребление, чувствительность к вибрации, большая упаковка

    Керамический резонатор

    от 100 кГц до 10 МГц

    Средний

    Более низкая стоимость

    Чувствителен к электромагнитным помехам, вибрации и влажности

    Интегрированный кремниевый осциллятор

    от 1 кГц до 170 МГц

    от низкого до среднего

    Нечувствителен к электромагнитным помехам, вибрации и влажности.Быстрый запуск, небольшой размер, отсутствие дополнительных компонентов или проблем с соответствием

    Температурная чувствительность хуже керамики или хрусталя. Большой ток питания.

    Осциллятор MEMS

    От десятков кГц до сотен МГц

    от низкой до экстремальной

    Простая конструкция, Комплектация меньшего размера, без внешних компонентов, Может управлять несколькими нагрузками.

    Дорого

    RC-генератор

    От Гц до 10 МГц

    Очень низкий

    Самая низкая стоимость

    Обычно чувствителен к электромагнитным помехам и влажности. Плохая производительность подавления температуры и напряжения питания

    Генератор LC

    от кГц до сотни МГц

    Низкий

    Низкая стоимость

    Обычно чувствителен к электромагнитным помехам и влажности.
    Низкая температура и отклонение напряжения питания

    Теперь, когда у нас есть общий обзор опций, давайте перейдем непосредственно к основным осцилляторам и принципам, лежащим в их основе. RC-генератор — это генератор, который вы можете легко построить на макетной плате с очень простыми компонентами. RC-генератор (резистор-конденсатор) — это тип генератора обратной связи, который построен с использованием резисторов и конденсаторов, а также усилительного устройства, такого как транзистор или операционный усилитель.Усиливающее устройство возвращается в RC-сеть, что вызывает положительную обратную связь и генерирует повторяющиеся колебания.

    Большинство микроконтроллеров и многие другие цифровые ИС, которым для выполнения действий требуется тактовый сигнал, содержат внутри себя RC-генераторную сеть для создания своего внутреннего источника синхронизации.

    RC Генератор с положительной обратной связью.

    Принцип работы

    RC-цепочка RC-генератора сдвигает фазу сигнала на 180 градусов.

    Положительная обратная связь необходима для сдвига фазы сигнала еще на 180 градусов.Затем этот фазовый сдвиг дает нам 180 + 180 = 360 фазового сдвига, что фактически равно 0 градусам. Следовательно, общий фазовый сдвиг схемы должен составлять 0, 360 или другое кратное 360 градусам.

    Мы можем использовать тот факт, что фазовый сдвиг происходит между входом RC-сети и выходом из той же сети, используя взаимосвязанные RC-элементы в ветви обратной связи. На картинке выше мы видим, что каждая каскадная RC-сеть обеспечивает задержку межфазного напряжения 60 градусов.Три сети вместе производят фазовый сдвиг на 180 градусов.

    Для идеальных RC-сетей максимальный фазовый сдвиг может составлять 90 градусов. Следовательно, для создания фазового сдвига на 180 градусов генераторам требуется как минимум две RC-цепи. Однако сложно добиться точно 90 градусов фазового сдвига на каждой ступени RC-цепи. Нам нужно использовать больше каскадов RC-цепи, соединенных вместе, чтобы получить требуемое значение и желаемую частоту колебаний.

    Чистая или идеальная однополюсная RC-цепь дает максимальный сдвиг фазы точно на 90 градусов.Для генерации нам требуется сдвиг фазы на 180 градусов, поэтому для создания RC-генератора мы должны использовать как минимум две однополюсные сети.

    Фактическая фаза RC-цепи зависит от выбранного резистора и емкости конденсатора для желаемой частоты.

    Расчет фазового угла RC.

    За счет каскадирования нескольких RC-цепей мы можем получить сдвиг фазы на 180 градусов на выбранной частоте. Этот каскад сетей составляет основу RC-генератора, также известного как Phase Shift Oscillator.Добавив усилительный каскад с использованием биполярного переходного транзистора или инвертирующего усилителя, мы можем произвести фазовый сдвиг на 180 градусов между его входом и выходом, чтобы обеспечить полный сдвиг на 360 градусов назад до 0 градусов, который нам необходим, как упоминалось выше.

    Схема базового RC-генератора

    Первичная схема RC-генератора формирует выходной синусоидальный сигнал с использованием регенеративной обратной связи, полученной от лестничной RC-цепи. Регенеративная обратная связь возникает из-за способности конденсатора накапливать электрический заряд.

    Сеть обратной связи резистивного конденсатора может быть подключена для создания опережающего фазового сдвига (сеть с опережением фазы) или может быть подключена для создания запаздывающего фазового сдвига (сеть с запаздыванием фазы). Один или несколько резисторов или конденсаторов из RC-схемы фазового сдвига могут быть изменено, чтобы изменить частоту сети. Это изменение можно сделать, оставив резисторы одинаковыми и используя переменные конденсаторы, поскольку емкостное реактивное сопротивление зависит от частоты. Однако для новой частоты может потребоваться регулировка усиления по напряжению усилителя.

    Если выбрать резисторы и конденсаторы для RC-цепей, то частота RC-колебаний будет:

    R — Сопротивление резисторов обратной связи
    C — Емкость конденсаторов обратной связи
    N — Количество RC-цепей, включенных каскадом

    Однако комбинация цепи RC-генератора работает как аттенюатор и уменьшает сигнал на некоторую величину, когда он проходит через каждый RC-каскад. Таким образом, коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада должен быть достаточным для восстановления потерянного сигнала.

    Наиболее распространенной схемой RC-генератора является RC-генератор с фазовым выводом операционного усилителя.

    [RC-осциллятор с фазовым выводом рабочего усилителя]

    RC-цепь должна быть подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, что делает его конфигурацией инвертирующего усилителя. Инвертирующая конфигурация дает сдвиг фазы на 180 градусов на выходе, что в сумме дает 360 градусов в сочетании с RC-цепями.

    Другая конфигурация RC-генератора — это генератор с запаздыванием по фазе операционного усилителя.

    [Операционный RC-генератор с запаздыванием фазы]

    [Уравнение RC-осциллятора с фазовой задержкой рабочего усилителя]

    LC-осциллятор

    LC или генератор индуктивно-конденсаторного типа — это тип генератора, в котором используется контур резервуара для создания положительной обратной связи для поддержания колебаний. Схема содержит катушку индуктивности, конденсатор, а также усилительный компонент.

    Принцип работы

    Цепь резервуара представляет собой конденсатор и катушку индуктивности, соединенные параллельно, приведенная выше схема также включает переключатель и источник напряжения для упрощения демонстрации принципа работы, когда переключатель подключает конденсатор к источнику напряжения, конденсатор заряжается.

    Когда переключатель соединяет конденсатор и катушку индуктивности, конденсатор разряжается через катушку индуктивности. Увеличивающийся ток через катушку индуктивности начинает накапливать энергию, создавая электромагнитное поле вокруг катушки.

    Когда переключатель соединяет конденсатор и катушку индуктивности, конденсатор разряжается через катушку индуктивности. Увеличивающийся ток через катушку индуктивности начинает накапливать энергию, создавая электромагнитное поле вокруг катушки. После разряда конденсатора энергия от него передается в катушку индуктивности в виде электромагнитного поля.По мере того, как поток энергии от емкости уменьшается, ток через индуктор уменьшается — это также вызывает падение электромагнитного поля индуктора. Из-за электромагнитной индукции катушка индуктивности создает обратную ЭДС, равную L (di / dt), в противовес изменению тока. Затем эта обратная ЭДС начинает заряжать конденсатор. После того, как конденсатор поглотил энергию магнитного поля индуктора, энергия снова сохраняется в виде электростатического поля внутри конденсатора.

    Если бы у нас были идеальные катушка индуктивности и конденсатор, эта схема могла бы генерировать колебания вечно. Однако конденсатор имеет утечку тока, а катушки индуктивности имеют сопротивление. Однако в реальной жизни колебания будут выглядеть так, как показано ниже, поскольку энергия теряется. Эта потеря называется демпфированием.

    [Демпфирование осциллятора в моделировании]

    Если мы хотим поддерживать колебания, нам необходимо компенсировать потерю энергии в контуре резервуара путем добавления в схему активных компонентов, таких как транзисторы с биполярным переходом, полевой эффект транзисторы, или операционные усилители.Основная функция активных компонентов — добавить необходимое усиление, помочь создать положительную обратную связь и компенсировать потерю энергии.

    Настроенный коллекторный осциллятор

    Настроенный коллекторный генератор представляет собой трансформатор и конденсатор, соединенные параллельно и переключаемые с помощью транзистора. Эта схема является самой простой схемой LC-генератора. Первичная обмотка трансформатора и конденсатора образует контур резервуара, а вторичная обмотка обеспечивает положительную обратную связь, которая возвращает часть энергии, произведенной контуром резервуара, на базу транзистора.

    Осциллятор Колпитца

    Генератор Колпитца — это генератор LC Tank, который очень часто используется в радиочастотных приложениях. Он подходит для приложений с частотой до нескольких сотен мегагерц. Эта схема состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, образующих делитель напряжения, обеспечивающий обратную связь с транзистором, с параллельно включенной катушкой индуктивности. Хотя этот генератор относительно стабилен, его может быть трудно настроить, и он часто реализуется со схемой эмиттерного повторителя, чтобы не загружать резонансную сеть.

    Осциллятор Клаппа

    Чтобы преодолеть трудности настройки генератора Колпитца на определенную частоту при производстве, часто добавляется переменный конденсатор, соединенный последовательно с катушкой индуктивности, образуя генератор Клаппа. Эта модификация позволяет настраивать схему во время производства и обслуживания на конкретную требуемую частоту. К сожалению, этот тип LC-генератора все еще довольно чувствителен к колебаниям температуры и паразитным емкостям.

    Керамический резонатор

    Пьезоэлектрический керамический материал с двумя или более металлическими электродами (обычно 3) составляет основу керамического резонатора.В электронной схеме пьезоэлектрический элемент механически резонирует, генерируя колебательный сигнал определенной частоты — как камертон. Керамические резонаторы отличаются невысокой стоимостью; однако допуск по частоте керамических резонаторов составляет всего около 2500-5000 ppm. Этот допуск от 0,25% до 0,5% от целевой частоты не подходит для прецизионных приложений, но он может дать значительную экономию средств там, где не требуется абсолютная точность.

    [Керамические резонаторы Murata: Источник]

    При частотах от 1 кГц до 1 ГГц существует ряд различных материалов и режимов вибрации, которые используются в керамических резонаторах.Может быть важно понять метод резонанса, используемый в устройстве, которое вы вставляете в свою конструкцию. Факторы окружающей среды, такие как вибрация и удары, могут повлиять на работу резонатора в вашей цепи.

    [Режим вибрации и диапазон частот: Источник]

    Кварцевый осциллятор

    Кварцевый генератор — самый распространенный тип кварцевого генератора на рынке. Там, где точность и стабильность имеют решающее значение, в первую очередь выбирают кварцевые генераторы и их варианты.Стабильность кварцевого генератора измеряется в миллионных долях (миллионных долях), а стабильность может составлять от 0,01% до 0,0001% в диапазоне от -20 до +70 по Цельсию, в зависимости от конкретного устройства. Стабильность RC-генератора в лучшем случае может составлять 0,1%, а LC 0,01%, обычно они составляют около 2% и очень чувствительны к изменениям температуры. Кристалл кварца может колебаться с очень небольшой мощностью, необходимой для его включения, по сравнению со многими другими генераторами, что делает их идеальными для приложений с низким энергопотреблением.

    Когда кристалл подвергается ударному воздействию в результате физического сжатия или, в нашем случае, приложенного напряжения, он будет механически вибрировать с определенной частотой.Эта вибрация будет продолжаться в течение некоторого времени, создавая переменное напряжение между его выводами. Такое поведение является пьезоэлектрическим эффектом, аналогичным керамическому резонатору. По сравнению с LC-схемой колебания кристалла после начального возбуждения будут длиться дольше — результат естественно высокого значения добротности кристалла. Для высококачественного кристалла кварца добротность 100000 не редкость. Цепи LC обычно имеют добротность около нескольких сотен. Однако даже с гораздо более высокой добротностью они не могут резонировать вечно.Из-за механической вибрации возникают потери, поэтому требуется усилительная цепь, такая как RC- и LC-генераторы. Для большинства устройств, которые используют внешний кварцевый источник тактовой частоты, он будет интегрирован в устройство, и единственными необходимыми дополнительными компонентами являются нагрузочные конденсаторы. Конденсаторы нагрузки необходимы; если их емкость неправильная, генератор не будет стабильным. Как правило, техническое описание генератора содержит рекомендуемые значения или уравнение для расчета правильного значения для вашей схемы.

    Другие вещи, которые следует учитывать:

    1. Поместите конденсаторы и кристалл кварца как можно ближе к MCU
    2. Используйте как можно более короткие и широкие дорожки, чтобы предотвратить паразитную индуктивность.

    Есть много вариантов кварцевого генератора; однако, помимо обычного кристалла или «XO», вы обычно будете использовать другие параметры только для специализированных приложений. Эти специализированные генераторы могут быть очень дорогими и иметь удивительно стабильные и точные колебания в невероятно сложных условиях, где требуется абсолютная точность.Подавляющему большинству проектов не потребуется ничего, кроме TCXO из приведенного ниже списка, но вы можете найти их интересными для дальнейшего исследования.

    Этот список взят из Википедии:

    Модули кварцевого генератора

    Предположим, вы ищете точный источник тактовой частоты для приложения, в котором нет схемы усиления для использования кварцевого генератора. В этом случае модуль генератора может быть отличным решением. Эти модули имеют все необходимые встроенные схемы для обеспечения усиленных и буферизованных часов для любого приложения, которое вам нужно.Как и в случае со многими полностью интегрированными устройствами, вы платите за удобство, цены обычно намного выше, чем у самого кварцевого генератора, и они занимают больше места. Несмотря на это, они все же могут быть меньше, чем схемы усиления и буфера строительного генератора, и не беспокоиться о стабильности.

    Большинство модулей генератора имеют затвор инвертора на кристалле и КМОП-матрице, использующий схему генератора Пирса. Хотя КМОП-инверторы менее стабильны и имеют более высокое энергопотребление, чем транзисторные генераторы, вентили на основе КМОП-инверторов просты и полностью применимы во многих приложениях.

    Осцилляторы МЭМС

    MEMS или генераторы микроэлектромеханических систем — это устройства синхронизации, основанные на технологии MEMS, и они являются относительно новой технологией. Генераторы MEMS состоят из резонаторов MEMS, операционных усилителей и дополнительных электронных компонентов для установки или регулировки их выходных частот. Генераторы MEMS часто включают в себя контуры фазовой автоподстройки частоты, которые производят выбираемые или программируемые выходные частоты.

    Работа резонаторов MEMS похожа на крошечный камертон, который звенит на высоких частотах.Поскольку устройства MEMS малы, они могут звонить на очень высоких частотах, а их настроенные резонансные структуры создают частоты от десятков кГц до сотен МГц.

    Резонаторы

    MEMS имеют механический привод и делятся на две категории: электростатические и пьезоэлектрические. В первую очередь, генераторы MEMS будут использовать электростатическое преобразование, поскольку резонаторы пьезоэлектрического преобразования недостаточно стабильны. Резонаторы MEMS с пьезоэлектрическим преобразованием находят применение в фильтрах.

    Одним из основных преимуществ генераторов MEMS является то, что они могут использоваться для нескольких нагрузок, заменяя несколько кварцевых генераторов в цепи. Эта функция может значительно снизить стоимость и площадь платы, используемую схемами генераторов. По сравнению с другими схемами генераторов, даже кварцевыми генераторами, потребляемая мощность устройств MEMS чрезвычайно низка из-за меньшего потребления тока ядра. Низкое энергопотребление может позволить устройствам, работающим от батареи, работать значительно дольше или избавить от необходимости отключать схему первичного генератора для экономии энергии.Генераторы MEMS, в отличие от других генераторов, не требуют для работы каких-либо внешних компонентов, что обеспечивает дополнительную экономию места и затрат. Ранние генераторы MEMS несколько боролись со стабильностью, и на рынке есть варианты со стабильностью частоты +/- 8 частей на миллиард, если вы готовы за это платить.

    Кремниевые генераторы

    Как упоминалось в начале статьи, многие устройства имеют встроенные генераторы в кремниевые кристаллы. Кремниевые генераторы в основном такие же, только в отдельном корпусе.Эта интегральная схема дает вам полную схему RC-генератора, построенную из кремния. Он обеспечивает лучшее согласование и компенсацию, которые вы обычно можете сделать за те же деньги, используя пассивные компоненты в меньшем корпусе. Кремниевые генераторы могут быть отличным преимуществом для устройств, которые будут подвергаться ударам или вибрации, поскольку в них нет механически резонансных элементов. На веб-сайтах большинства поставщиков вы найдете их в категории «Интегральные схемы», а не в категории «Осцилляторы».

    В дополнение к преимуществам перед другими генераторами в суровых условиях, кремниевый генератор обычно является программируемым. Возможности программирования зависят от конкретного устройства; однако обычно используются резистор установки частоты или интерфейс SPI / I2C. Хотя кремниевые генераторы обычно имеют относительно небольшую погрешность частоты около 1-2%, они компактны и требуют только внешнего байпасного конденсатора источника питания. Они могут быть недорогой альтернативой другим типам генераторов в неточных приложениях.

    Сводка

    Выбрать оптимальный источник тактовой частоты непросто. Существует множество факторов, таких как общая стабильность, чувствительность к температуре, вибрация, влажность, электромагнитные помехи, стоимость, размер, энергопотребление, сложная компоновка и дополнительные компоненты.

    Есть много приложений, в которых подходят встроенные RC или кремниевые генераторы, поскольку эти приложения не требуют дополнительной точности. Использование внутреннего генератора может сэкономить время проектирования, затраты и снизить инженерные риски.Однако современные приложения все чаще требуют высокой точности, что требует использования внешнего генератора, такого как кварцевый кристалл, керамика или MEMS.

    Например, для высокоскоростного USB требуется минимальная точность частоты 0,25%, в то время как некоторые другие внешние средства связи могут правильно работать с источниками синхронизации со стабильностью 5%, 10% или даже 20%. Другие высокоскоростные шины и ВЧ-приложения часто требуют гораздо большей точности частоты, чем USB.

    Потребляемая мощность генераторов микроконтроллеров зависит от тока питания усилителя обратной связи и используемых значений емкости.Энергопотребление этих усилителей в основном зависит от частоты, поэтому, если вы хотите разработать устройство с очень низким энергопотреблением, подумайте о снижении тактовой частоты до минимума, при котором ваше устройство все еще может завершить свою работу. Часто вы обнаруживаете, что микроконтроллер имеет много оставшихся тактов, каждый из которых потребляет ненужную энергию.

    Цепи с керамическим резонатором обычно имеют большие значения емкости нагрузки, чем схемы с кварцевым резонатором, и потребляют еще больший ток, чем схема с кристаллами, использующая тот же усилитель.Для сравнения, модули кварцевого генератора обычно потребляют от 10 мА до 60 мА тока питания из-за включенных функций температурной компенсации и управления.

    На рынке доступно множество типов осцилляторов, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы. Для приложений общего назначения, где синхронизация не является абсолютно критичной, вы можете использовать практически любое устройство или схему генератора, отвечающую требованиям по частоте. Для схем более высокой точности вы можете рассмотреть более дорогие устройства, такие как генераторы MEMS, которые могут обеспечить стабильность частоты частей на миллиард даже в большом диапазоне температур, однако ожидайте, что вы заплатите десятки или сотни долларов за генератор.

    Если вы создаете контроллер светодиодов или подобные схемы, которым нужен только микроконтроллер для запуска некоторого кода управления или пользовательского интерфейса, встроенный RC-генератор предоставит вам все необходимое. Предположим, вы работаете над глубоководным аппаратом, который может точно отслеживать его положение. В этом случае осциллятор, который имеет стабильность всего несколько частей на миллиард в широком диапазоне температур, может оказаться тем минимумом, который вам может сойти с рук. Чем теснее вы хотите интегрировать данные датчиков или чем более узкую полосу вы хотите использовать для радиосвязи, тем более стабильным должен быть ваш генератор.Предположим, вы, например, значительно увеличиваете свою частоту. В этом случае, если вы создаете сигнал гигагерцового диапазона от мегагерцового генератора, тем более стабильным вам понадобится генератор, поскольку любая ошибка будет увеличиваться.

    Есть еще вопросы? Вызовите специалиста Altium.

    .

    Want to say something? Post a comment

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *