Электрохимический интегратор сэлектрическим считыванием

Электрохимический интегратор сэлектрическим считыванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5ОЗ 8)3

Союз Советских

Социалистицеских

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.10.74 (21) 2071118/18-10 с,присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.03.76. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 13.01.77 (51) M.Êë, Н 01G 9/22

Гасударственный комитет гавета Министров СССР аа делам изобретений и аткрытии (53) УДК 621.35 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. П. Шорыгин, Г. Л. Даниелян и Э. В. Казарян

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (54) ЭЛ ЕКТРОХИМИ ЧЕСКИ и И НТЕГРА (ОР

С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЧИТЫВАНИЕМ

Изобретение относится к электрохимическим преобразователям электрических величин и может быть использовано в устройствах для автоматического контроля, обработки информации, в управляющих системах, системах связи, в автономных метеорологических комплексах, в измерителях интегрального уровня шумов или электромагнитных излучений и других как в качестве интеграторного, так и аналогового запоминающего или адаптивного элемента, счетчика времени наработки или элемента задержки.

Для известных электрохимических интеграторов на основе капилля!рных ртутно-электролитических кулонометров с емкостным электрическим параметрическим считыванием характерны длительное время интегрирования (такие же, как при .резистивном считывании), большое потребление тока от высокочастотного генератора переменного напряжения, используемого для считывания, высокое выходное (емкостное) сопротивление, практически исключающее удовлетворительное согласование с нагрузкой при использовании в выходных цепях полупроводниковых транзисторов и ИС и приводящее к значительному снижению чувствительности, а также к резкому уменьшению кратности, изменения выходного сигнала при использовании емкостного пре2 образователя по сравнению с рсзпстш!пым считыванием.

Цель изобретения — уменьшение времени переключения, обеспечение большой кратности, линейности и стабильности характеристик управления, уменьшение потребления тока от высокочастотного генератора считыванияя.

Принцип действия интегратора -остоит в и подаче сигнала считывания па наружную оокладку емкостного преобразователя капиллярного ртутно-электролитпческого элемента, так что цепь считывания отделена гальвапически от цепи управления.

1к В предлагаемом элекгрохимическом интеграторе, содержащем капиллярный ртутноэлектролитический кулонометр с емкостпымп преобарзователями, цепь управления, цепь сч!!тывания, образованную источником высо2П кочастотпого напряжения и разделительными конденсаторами, и цепь чтения, цепь считывания включена одним концом непосредственно на обкладки емкостных преобразовате лей, расположенные на капиллярах в цент25 ральной их части, вторым концом — к выводам входа управления вместс с выводами

От экранов Hаложенных !!и кап!!.Iлярь! по обеим сторочам обкладок емкостных преобразователей, а цепь чтения образована позп следовательно соединенным сопротивлением

508813

60 нагрузки интегратора и другими разделительными конденсаторами и подключена непосредственно к входу управления преобразователя.

Для увеличения крутизны характеристики вход управления — выход чтения (характеристики управления) два одинаковых капиллярных элемента объединены з общую, схему так, что как входы управления, так и выходы чтения соединены между собой последовательно, а входы считывания — параллельно.

Чтобы получить знакопеременный выходной сигнал, на выход чтения подключают фазочувствительный детектор, опорным напряжением для которого служит напряжение считывания капиллярного ртутно-электролитического элемента, подаваемое сюда через фазовращатель для обеспечения нужного сдвига фаз по отношению к выходному сигналу.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого электрохимического интегратора; на фиг. 2 — графики зависимости выходного сигнала от смещения межэлектродного промежутка в капилляре (выраженного в долях длины обкладки lc) под влиянием заряда, прогекшего в цепи управления при заданном токе считывания, при различных соотношениях длин межэлектродного зазора 1, и длины обкладки l, .

Электрохимичеокий интегратор состоит из двух одинаковых капиллярных ртутно-электролитических элементов, образованных изолирующими герметизирозанпыми капиллярами 1, заполненными каждый двумя столбиками 2 и 3 ртути, выполняющими функцию электродов, разделенными электролитными зазорами 4 и снабженными электрическими выводами 5 и 6. Входные элекгроды 2 через выводы 5 и ограничивающий резистор 7 подключены к зажимам 8 на входе управления интегратора, а электроды 3, называемые общими электродами, через выводы 6 связаны между собой.

По концам капилляров 1 расположены экраны 9 и 10, также соединенные с общими электродами 3. Расположенные на ка пиллярах обкладки 11 емкостных прсобразователей соединены между собой и подключены к одному из полюсов источника 12 напряжения считывания, а общие электроды через разделительный конденсатор 13 подсоединены к другому полюсу источника 12. Общие электроды 3 через выводы 6 и îíäåíñàòîð 13 связаны с выходным зажимом 14, а входные электроды 2 через выводы 5 v. конденсаторы 15 — с выходными зажимами 16 и 17.

Нагрузка (например, вход усилителя и т. п,) подключается к зажимам 14, 16 и 17, При протекании в цепи управления униполярного тока через резистор 7 и капиллярные,ртутно-электролитичеокие элементы, например, от верхнего зажима 8 входа управления к нижнему, происходит перснос металла согласно законам Фарадея с электрода 2 на

5 0

4 электрод 3 у верхнего капилляра и с электрода 3 на электрод 2 у нижнего капиллярного ртутно-электролитического элемента.

В результате происходит смещение межэлектродного зазора 4, заполненного электролитом, у верхнего ка пиллярного ртутно-электролитического элемента влево, у нижнего— вправо и притом на одинаковую величину, а суммарная длина ртутных электродов 2 и 3 в каждом элементе сохраняется прежней, Так как реактивное сопротивление емкостного преобразователя каждого капиллярного ртутно-электролитического элемента между обкладкой капилляра и заполняющей капилляр жидкостью на несколько порядков выше, чем сопротивление этой жидкости (ртути или электролита), то распределение тока считывания в капилляре по его длине не зависит от положения межэлектродного зазора 4.

Вследствие того, что удельное сопротивление электролита по крайней мере на два порядка больше сопротивления ртути, при прсдложенной схеме включения выходное переменное напряжение (напряжение чтения), снимаемое с выводов 5 и

6 управления капиллярных ртутно-электролитических элементов зависит практически только от положения межэлектродного зазора 4 относительно обкладки 11. Когда зазор данного капиллярного ртутно-электролитического элемента находится справа от обкладки 11 в зоне экрана 10, напряжение чтения максимальное, когда влево от обкладки в зоне экрана 9 — минимальное.

Учитывая, что сигнал чтения попадает на выход интегратора в противофазе, получаем, что при промежуточном, среднем положении зазоров 4 под обкладками 11 выходной сигнал интегратора равен нулю, при отклонении в ту или иную сторону сигнал возрастает, достигая максимума, когда в одном капиллярном ртутно-электролитиче ском элементе зазор под экраном 9, а в другом — под экраном 10.

Емкости разделительных конденсаторов 13 и

15 выбирают так, чтобы их реактивные сопротивления на частоте считывания были малы по сравнению с остальными сопротивлениями схемы.

Входные сопротивления капиллярных ртутно-электролитических элементов (по цепи считывания) определяются реактивными сопротивлениями еикостных преобразователей, выходные сопротивления (»o цепи чтения) — сопротивлением электролита в межэлектродных промежутках 4 на поремепном токс и положением этого зазора.

Наибольшее напряжение чтения на выходе одной половины схемы

I1 (U -) мас= Uc > (1) со где R, — сопротивление» кэлектоодного зазора;

508813 (3) / чэ—

l0

15 где U...—

Хсо, 25

5

Хс, — реактивное сопротивление емкостного преобразователя.

Линейный участок амплитудной характеристики по цепи считывания: сч-l c с / э 1

Rp,(l р — — (х — — ) X

Хсо, 2;, 2 йэ, — Rp„

Р, pg напряжение считывания источника 12; длина обкладки 11 преобразователя; оопротивление единицы длины капилляра 1, заполненного ртутью; сопротивление единицы длины капилляра 1, заполненного элект.ролитом; реактивное сопротивление обкладки 11 — заполнение капилляра на единицу его длины; длина столбика ртути в капилляре у общих электродов 3; длина межэлюктродного зазора

4. смещение зазора относительно правой кромки обкладки 11, т. е. со стороны общего электрода 3.

Полученные при анализе системы выражения позволяют найти зависимость формы характеристик от основных линейных размеров капиллярного ртутно-электролитического элемента, аналитически определи1ь рабочий диапазон I „и выбрать оптимальные параметры элемента для предложенного интегратора,,, (,„" „

Лэ,— Rp, P+ 1

Rp, с

40 б

1 (-,„. " ) :)где P = Л/(U „) „,„,, причем Л вЂ” наибольшее отклонение расчетной характеристики U„, = ср/х от касательной, проведенной через точку максимальной крутизны этой характеристики.

Как видно из кривых (фиг. 2), рассчитанных по полученным уравнениям на ЭВМ, по мере уменьшения относительной длины межэлектродного зазора практически линейный участок увеличивается, а абсолютная нелинейность, заданная в неизменном диапазоне, например от 0,1 до 0,9 (У,„ /1,,) „„„., уменьшается.

Формула изобретения

Электрохимический интегратор, с электрическим считыванием, содержащий двухкапиллярпый ртутно-электролитический кулонометр с емкостными преобразователями в виде обкладки на каждом капилляре, цепь управления, цепь считывания, образованную последовательно соединенными источником переменного напряжения и разделительным конденсатором, и цепь чтения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени переключения, обеспечения большей кратности, линейности и стабильности характеристик, уменьшения потребления тока от генератора считывания, цепь считывания включена на обкладки емкостных преобразователей,и на общие для цепей управения и считывания электроды кулонометра, с которыми соединены расположенные по концам капилляров экраны, а цепь чтения, образованная последовательно соединенными разделительными конденсаторами и нагрузкой на выходе устройства, подключена непосредственно к входным электродам кулонометра.

508813

Руе.1

А!У, о ог у 1Ю га фее. 7

Составитель И. Орлова

Тех ред Г. А идреева

Редактор Т. Рыбалова

Корректор Е. Хмелева

Заказ 5192 Изд. ¹ 1248 Тираж 963 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ЗК-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский филиал