Водородный интегратор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИКАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВйДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик iii 907445 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кл..
G 01 Я 11/44
Н 01 G 9/22 (22) Завалено 051 1.79 (21) 2840084/18-21 с присоединением заявки МРВуАератееллый комитет
СССР ив делам изобретений и открыткй (23) ПриоритетОпубликовано 2302/2. Бюллетень М 7
Дата опубликования описания 230282 (53)3 gl(621 317 .786(088.8) (72) Автор изобретения
И,Г.Щигорев
\ (71) Заявитель (54) ВОДОРОДНЫЙ ИНТЕГРАТОР
Изобретение относится к приборо- строению, в частности к водородным электрохимическим интеграторам, которые являются основными элементами при разработке счетчиком машинного времени, счетчиков ампер-часов, интеграторов тока и напряжения, реле времени и др.
Известен водородный интегратор с визуальным считыванием информации, состоящий из электродной камеры, внутри которой расположены сетчатые пла тинированные электроды, разделенные пористой перегородкой, пропитанной электролитом, и подсоединенного к тй ней измерительного капилляра с инди каторной жидкостью 315.
Недостатком известного технического решения является ограниченность выполняемых функций, неустойчивость прибора к механическим и гравитационным нагрузкам ввиду наличия в приборе газовой атмосферы.
Наиболее близким по технической сущности является водородный интегратор, содержащий электродную камеру, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой (диафрагмой), по обе стороны которой расположены высокодисперсные пористые рабочие электроды: измерительный капилляр с сиг" нальными электродами, концы которого подсоединены к отсекам электродной камеры, и рабочий электролит, полностью заполняющий корпус интегратора. В измерительном капилляре содержится столбик газообразного водорода (или металлической ртути), служащий указателем отсчета 725, Недостатком известного техничес" кого решения является ограниченность выполняемых функций и недостаточно высокая электрическая емкость интег" ратора, Интегратор не может выполнять функцию времяэадающего устройства с программным управлением, т,е. не способен выполнять преобразова3 907 ние (заданного) ряда интегралов тока по времени в программированный ряд временных интервалов (эадержек), причем выполнять программу неограниченное число раз, без ее разрушения, не изменяя направление и величину тока интегрирования.
Интегратор может хранить и выполнять только одно значение временного интервала при заданном токе управления, причем для повторного выполнения данного временного интервала требуется изменение направления тока интегрирования, Для получения нового значения временного интервала требуется также и изменение величины интегрирующего тока. Поэтому для, реализации выполнения интегратором функции программного реле времени необходимо иметь дополнительно программное управление током интегрирования, что потребует сложной электронной схемы с наличием пороговых и переключающих устройств с обратной связью.
Недостаточно высокая емкость интегратора (для реализации многофункционального прибора) обусловлена небольшим количеством свободного водорода в объеме электрода, который ад" сорбирован на поверхности платины в порах электрода ввиде атомов Р -H .
Мелкопористые электроды интегратора не могут удерживать в своем объеме больших количеств водорода, так как микропоры под действием капиллярных сил заполняются преимущественно рабочим электролитом, вытесняя газообразный водород. Крупнопористые злектроды также не пригодны для аккумулирования больших количеств газообразного водорода, так как он будет плохо удерживаться в порах и барбатиро" ваться в электролит, исключаясь из дальнейшего участия в электрохимической реакции ионизации.
Цель изобретения - увеличение электрической емкости и расширение функциональных возможностей преобразователя.
Указанная цель достигается тем, что в водородном интеграторе, содержащем электродную камеру разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой, по обе стороны которой расположены высокодисперсные пористые рабочие электроды, измерительный капилляр с сигнальными электродами, концы которого подсоединены к отсе44 кам злекгродной камеры, и рабочий электролит, заполняющий корпус интегратора, рабочие электроды выполнены из двух слоев, один из которых имеет крупнопористую гидрофобизированную структуру, проницаемую дпя электролита и газа, а второй - мелкопористую гидрофильную, проницаемую только для электролита, причем гид р рофобизированными слоями электроды аправлены в сторону разделяющей их перегородки, а гидрофильными - к измерительному капилляру, который выполнен в W-образной форме и содержит g в верхнем изгибе два радиально противоположно направленных друг к друI гу сигнальных электрода, а на концах — конусообразные расширения, выполненные в виде газовых ловушек и содержащие электроды заряжения, На фиг. 1 изображена конструкция водородного интегратора: на фиг, 2 пояснение его работы.
Устройство (фиг. 1а) содержит электродную камеру 1, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой 2, по обе стороны которой расположены высокодисперсные, выполненные иэ двух слоев, электроды 3 и
4, измерительный капилляр 5, который выполнен в И-образной форме и содержит в верхнем, изгибе два сигнальных электрода 6 и 7, а на концах — конусообразные расширения 8 и 9, выполненные в виде газовых ловушек, содерМ жащих платинированные электроды заряжения 10 и 11. Внутренняя полость преобразователя полностью заполнена
30 -ным раствором серной кислоты 12, 46
Полупроницаемая перегородка состоит иэ мелкопористого стекла и разделена на две части полупроницаемой мембраной (непроницаемое для водорода и растворителя, например, электропроводящее литиевое стекло). Рабочие электроды имеют два слоя 13 и 14 (фиг. 2д). Слой 13 имеет мелкопористую структуру, является гидрофильным, запорным для водорода (исключает уход газа иэ электрода в электролит) слоем. Изготовлен иэ высокодисперсного платинового порошка 15. Слой 14 имеет крупнопористую структуру, является гидрофобизированным, активным споем, проницаемым для газа и элект>> ролита, так же изготовлен из платинового порошка 15 и порообразователя (бикарбонат аммония, который затем удаляется оставляя поры) с добавкой
5 9074
3-5 гидрофобизатора {фторопласта) для обеспечения оптимального распределения в порах электролита и газообразного водорода, Степень гидрофо.бизации уменьшается при переходе к запорному слою. Крупнопористая, частично гидрофобизированная структура позволяет электроду, частично пропитанному электролитом, аккумулировать в 4-g раз больше свободного водоро- to да, чем электроды известного во столько же раз увеличивается и электрическая емкость интегратОра, Перед использованием преобразователя информации о временных интервалах по заданной программе заносятся в ячейку памяти, в качестве которой используется одно из 0-образных колен измерительного капилляра. Зарядка интегратора может осуществляться . с помощью сигнальных электродов 6 и 7 или с помощью газовой ловушки 8 с использованием электрода заряжения 10.
В первом случае сигнальные элект- р5 роды 6 и 7 подвергаются катодной по; ляризации внешним источником тока с использованием рабочего электрода 3 (или 4) в качестве анода, При этом на сигнальных электродах выделяется газообразный водород 16, который накапливается в верхнем изгибе й-образного капилляра и перекрывает капилляр, разрывая столбик электроли" та (фиг. 16). Затем с помощью рабочих электродов 3 и 4 газовый объем перемещается по капилляру (вниз) на заданное расстояние от электродов
6 и 7 (фиг ° 1в), после чего вновь осуществляют разрыв газом столбика электролита и перемещение его по капилляру. Повторяя эти операции, можно получить в правом U-образном колене ряд столбиков электролита, за" данной длины, разделенных газовыми
16 объемами (фиг. 1в).
По второму методу зарядки устройства подвергают катодной поляризации электрод заряжения 10, расположенный в газовой ловушке 8. Анодом служит рабочий электрод 3. Выделяющийся газообразный водород 16 собирается в ловушке 8 (фиг. 2а) в количестве,пропорциональном количеству прошедшего электричества, Затем полученный объем водорода 16 вводится в капилляр, для чего прибор переворачивается (на 180 ) в положение (фиг. 2б), при котором газ перекры:
45 6 вает капилляр (собирается у входа в капилляр) и с помощью рабочих электродов (пропуская через них ток) перемещают электролит вместе с газом в капилляр до тех пор, пока следующий за газом столбик электролита не будет равен заданной длине (фиг. 2в). Повторяя операции получения газа заданного объема и введение его в капилляр, можно получить последовательность из столбиков электролита, разделенных столбиками газа заданной длины (фиг. Ч г).
Каждый столбик (электролита или газа) можно представить как интеграл тока по времени или временной интеграл при постоянном стабилизированном токе интегрирования. Время интегрирования линейно зависит от длины столбик
1 = 0,167 й, . ь,„ E (1) при постоянном диаметре капилляра
d < и токе интегрирования I.
I
Таким образом,. для зарядки преоб-, разователя необходимо по заданной последовательности временных интер" валов в соответствии с программой, например: 7, т, "3 7с, ...1g с помощью выражения (1) найти соответствующую последовательность интегра13 14 ... 19, которые в виде столбиков электролита и газа формируются вышеуказанным способом и заносятся в ячейку памяти.
Работа преобразователя осуществляется следующим образом.
Через рабочие электроды 3 и 4 про" пускается управляющий ток интегрирования заданной величины таким образом, чтобы перемещение столбиков (интегралов) происходило в сторону сигнальных электродов 6 и 7, которые будут периодически замыкаться столбиками электролита и размыкаться столбиками газа. Время нахождения элект° родов 6 и 7 в замкнутом состоянии определяется длиной столбика электролита, а в разомкнутом - длиной столбика .газа. Моменты замыкания и размыкания цепи считывания (сигнааьных электродов 6 и 7) используются как (электрические) сигналы об окончании предыдущего и начала последующего временного интервала. Эти сигналы поступают в цепь управления каким-либо периодическим процессом.
После выполнения программы она возвращается током обратной полярности в исходное положение или может цик7 90744 лироваться (переходить из одного U» образного колена в другое) неограниченное количество без разрушения.
Программа может быть разрушена путем пропускания всей последовательности (из столбиков электролита и газа) через ловушку 9 (фиг. 2г), где происходит разделение электролита и газа. Водород может быть возвращен с помощью электролита 11 в объем 1о электрода 3, Таким образом, выполнение рабочих электродов из двух слоев микропористого гидрофильного и крупнопористо" го. частично гидрофобизировамного, а измерительного капилляра - в M-образной форме, содержащего в верхнем изгибе дополнительные сигнальные электроды, а на концах - конуссюбразные газовые ловушки с электродами заряжения, позволяет увеличить электри" ческую емкость интегратора (s 4-5 раз) и расширить его функциональные возможности, использовать его в качестве времязадающего элемента с программным управлением. формула изобретения
Водородный интегратор, содержащий электродную камеру, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой, по обе стороны которой расположены высокодисперсные пористые рабоИ чие электроды, измерительный капилляр с сигнальными электродами, концы которого подсоединены к отсекам электродной камеры и рабочий электролит, заполняющий корпус интегратора, отличающийся тем, что, с целью увеличения электрической емкости и расширения функциональных возможностей интегратора, рабочие электроды выполнены из двух слоев, один из которых имеет крупнопористую гидрофобизированную структуру, проницаемую для электролита и газа, а второй - мелкопористую гидрофильную, проницаемую только для электролита, причем гидрофобизированными слоями электроды направлены в сторону разделяющей их перегородки, а гидрофильными - к измерительному капилляру, который выполнен в Ч-образной форме и содержит в верхнем изгибе два радиально противоположно направленных друг к другу сигнальных электрода, а на концах — конусообразные расширения, выполненные в виде газовых ловушек и содержащие электроды заряжения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Ь" 117574 кл. 6 01 R, 11/"" 1957
2. Авторское свидетельство СССР
tt 157008, кл. 6 01 К 11/44, 1962 (прототип)..
907445
„ М ! I I I Ill I I II I I I I I I I I I! Ill l l I I I ,„ Ill i I ; !, j j j ! ! j I j j I I, j ! !! . I j ! j I j I j I ! . (!
И jl! IÉ)i! II! j!jt!jtI1/II!It!11 li! Ij! ÈI !!(1!
Составитель Т.Сердобольская
Редактор А.Шандор Техред ., Е.Харитончик
Корректор Е.Рошко
Заказ 582/53 Тираж 719
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4