Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора

 

Использование: способ предназначен для определения плотности электролита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: при определении плотности учитывается отданная текущая емкость свинцового аккумулятора, коэффициент пропорциональности между приращением разрядной электрической емкости аккумулятора и приращением плотности электролита. Кроме того, учитывается уровень электролита, при ращение плотности электролита за счет самозаряда при 20 С. Текущую плотность электролита при разряде аккумулятора получают суммированием плотности электролига перед началом разряда и приращением плотности электролита за счет разряда и саморазряда аккумулятора. 1 табл. (Л С в верхней части бака СА, откуда берут некоторое количество электролита для осуществления измерений, могут отличаться от значений плотности электролита, находящегося внутри блока пластин СА, на +0,05 г/см3 в то время, как для практики требуется оценивать интегральную плотность электролита с большей точностью: - высокая трудоемкость, т.к. измерения осуществляются вручную. vi vi vj д Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ф)5 Н 01 М 10/42

ОП И САН И Е ИЗО БР ЕТЕ Н И Я!К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Ю )>

ГОСУДАРСТВ Е Н Н ОЕ ПАТЕ НТНО Е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4903277/07 (22) 18. 01.91 (46) 23 ° 11.92. Бюл. t," 43 (72) 10.П.Найденко, М.Д.Маслаков и Ю.В.Скачков (56) Притулюк В.А. Химические источники тока в авиации. M,: Воениздат, 1976, с. 28-29.

Дасоян M.A, Химические источники тока, Л.: Энергия, 1969, с, 82, 83, 569.

Справочник химика, М.-Л.: Химия, 1964, с. 594.

Справочник по электрохимии./Под ред. Сухотина А.M. Л.: Химия, 1981, с. 115, Р

Перельман В,И, Краткий справочник химика, M,: ГНТИ химической литературы, 1963, с. 405, Крайптон Т. Вторичные источники тока. M,: Мир, 1985, с, 175.

Устинов П.И, Стационарные аккумуляторные установки, M.: Энергия, 1970, с, 90.

Изобретение относится к технике измерения, конкретно к способам измерения плотности свинцовых аккумуляторов (CA).

Известен способ определения плотности электролита СА с помощью ареометра (!).

Основными недостатками данного способа являются:

- низкая достоверность измерения, т,к. значения плотности электролита

„„5U „„1777190A1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ЭЛЕКТРОЛИТА СВИНИОВОГО АККУМУЛЯТОРА (57) Использование: способ предназначен для определения плотности электролита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: при определении плотности учитывается отданная текущая емкость свинцового аккумулятора, коэффициент пропорциональности между приращением разрядной электрической емкости аккумулятора и приращением плотности электролита. Кроме того, учитывается уровень электролита, при ращение плотности электролита за счет о самозаряда при 20 С. Текущую плотность электролита при разряде аккумулятора получают суммированием плотности электролита перед началом разряда и приращением плотности электро. лита за счет разряда и саморазряда аккумулятора. 1 табл. в верхней части бака СА, откуда берут некоторое количество электролита для осуществления измерений, могут отличаться от значений плотности электролита, находящегося внутри &oка пластин СА, íà +0,05 г/смз в то время, как для практики требуется оценивать интегральную плотность электролита с большей точностью: — высокая трудоемкость, т,к. измерения осуществляются вручную, 1777190

Известен также способ определения плотности электролита при стоянке CA без тока, принятый в качестве прототипа, путем измерения установившегося значения ЭДС. E свинцового аккумулятора и определения плотности электролита по формуле (7):

d = E — 0,84 (г/смз) (1)

Пднако этот способ имеет методическую погрешность до 0,01 г/смз и не позволяет определять плотность электролита СА в процессе разряда, т,к, при разряде невозможно измерять

ЭДС, в то же время, контроль плотности электролита СА при разряде необходим, т,к. он позволяет оценивать состояние СА в процессе разряда, его остаточную емкость и выбирать оптимальный режим разряда.

Целью изобретения является повышение точности, а также измерение плотности электролита в процессе разряда. 25

Сущность .изобретения состоит в том, что в режиме стоянки аккумулятора без тока измеряют его установившуюся ЭДС, но в отличие от прототипа, с целью повышения точности, а также измерения плотности электролита в процессе разряда, предваритель" но определяют:

- зависимость установившейся ЭпС

СА от плотности электролита, напри" мер, при 25 С, используя известную аналитическую зависимость (2), которая обеспечивает большую точность определения плотности электролита по установившейся ЭЛС, чем это достига- 4 ется в прототипе при использовании эмпирической формулы;

- изменение активности серной кис" лоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры 45 на 10С

- коэффициенты пропорциональности между приращением, разрядной емкости аккумулятора и приращениями плотности электролита, а также поправку к ним, учитывающую влияние уровня электролита в аккумуляторе на указанные коэффициенты пропорциональности, - приращение плотности электролита о за счет саморазряда при 20 С, При измерении плотности, электролита в режиме стоянки аккумулятора без то" ка дополнительно измеряют температуру электролита, и, используя известные температурный коэффициент Э,пС (2, с, 83) и изменения активной серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на 1 С, вычисляют ЭРС аккумулятора при 25 С, после чего, используя зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25ОС, определяют плотность электролита при

25 С, а в процессе разряда измеря" ют ток разряда, время разряда, тем" пературу электролита, вычисляют от" данную аккумулятором емкость, прира -. щение плотности электролита за счет .разряда аккумулятора, приращение плотности электролита за счет саморазряда при измеренной температуре, а текущую плотность электролита при разряде получают, суммируя плотность электролита перед началом разряда с приращениями плотности электролита за счет разряда и саморазряда.

Для определения плотности электролита предложенным способом предварительно определяют зависимость установившейся ЭлС свинцового ак" кумулятора от плотности электролита, например, при 25 С, используя известную аналитическую зависимость, кото рая обеспечивает большую точность определения плотности электролита по установившейся ЭЛС

E=2,041+0,0591 lg — — — — — ) (2) а PaSO< а Н,О где а H SO — активность серной кислоты;

a H O — активность воды в водных растворах электро" литов °

Из формулы (2) не просматривается связь между ЭДС и плотностью элект" ролита СА, Однако, такая связь существует, поскольку активности а Нз80 и а Н О зависят от концентрации и температуры электролита.

Таблицы, отражающие эти зависимости, приведены, например,,в ; (3) и в (4), а концентрация и температура ,однозначно определяют плотность электролита. В (3) с, 522 приводится таблица, связывающая концентра" цию с плотностью электролита при

20 С, в (5) даются поправки плотности в зависимости от температуры, Указанные данные в совокупности позволяют определить зависимость плот0 6

f000 P

m = — — — — -/

M(f00-P) 5 1777!9 ности электролита от установившейся

ЭДС .СА при известной температуре, Ниже приводится таблица, в которой по результатам анализа данных (л.3, 4, 5, 6) определена зависимость установившейся ЭЯС CA от плотности рао створа серной кислоты при 25 С.

Указанные в таблице эксперимено тальные значения ЭЛС Еахсп при 25 С и концентрации в массовых процентах взяты из,(л.3, с. 81), При этомконцентрация в массовых процентах пересчитана на мольную концентрацию (моль/1000 г растворителя) по изве- 15 стной (л. 4, с. 494) формуле: где тп — малярная концентрация! 20

P — концентрация в массовых процентах1

М вЂ” молекулярный вес растворен-. ного вещества (Н ЯО ), выполнены расчеты и получены остальные данные таблицы. Если в таблице опустить первую строку, поскольку такие малые концентрации (плотности) в аккумуляторной практике не применяются, то погледний столбец указанной 30 таблицы показывает, что расчет плотности при стоянке CA без тока предложенным методом обеспечивает достаточно высокую точность, удовлетворяющую требованиям практики, 35

P предложенном способе предварительно определяют также. изменение активностей серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на 1 С. Это свя- 40 зано с предусмотренным в алгоритме, реализующем предложенный способ, пересчетом установившейся ЭДС с текущей

0 температуры на температуру 25 С. При разряде СА различными режимами от 45 одночасового до 75-часового плотность электролита d по окончании разряда изменяется в пределах от

1,210 до 1,029 г/смз при 25 С, что

- соответствует изменению молярной кон- 50 центрации m в пределах от 4,260 до

0,517 моль/1000 г, Как видно из (л.5.. с. 115) при концентрации 9,6

16 6 мас.3, что соответствует m=1,08- .

2,03 моль/1000 г, активность а Н О ц; в растворе серной кислоты практически не зависит от температуры. В диапазоне концентраций m = 4,260

0,517 моль/1000 r, которые имеют место по окончании разряда CA различными режимами, наиболее явно зависимость активности а Н О от температуры про"

2 о является при концентрации 28,3 мас.4 или 4,02 моль/1000 г, Такая концентрация электролита возможна после раз" ряда СА 1-часовым режимом. Но и в этом случае изменение активности а Н О на 1 С составляет менее 0,001, 2. что дает основание пренебречь им.

Таким образом, при разработке алгоритмов, реализующего предложенный способ, определения плотности электролита СА, принято допущение, что активность а Н О при тех концентрациях (плотностях) электролита, которые имеют место после окончания разряда различными режимами, не зависит от температуры.

Активность серной кислоты а Н БО при увеличении температуры уменьшается при всех концентрациях (плотностях), которые в практике эксплуатации СА имеет электролит (л. 4, с.594).

Анализ изменения коэффициента активности у серной кислоты в функции температуры при тех концентрациях (плотностях) электролита, которые имеют место после разряда СА различными режимами, позволил установить, что для таких концентраций (плотнос" тей) при увеличении температуры на

1 С коэффициент активности серной кислоты уменьшается в 0,99 раз., Анализ изменения коэффициента активности серной кислоты в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СА, позволил установить для таких концентраций (плотностей), что при увеличении температуры на 1 С уменьшается в о

0,98 раз.

Анализ изменения активности воды а Н О в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СА позволил установить, что для таких концентраций (плотностей) при увеличении температуры на

1 С а Н О увеличивается в 0,9977раз.

Предложенный способ предусматривает также предварительное определение коэффициентов пропорциональности между приращениями разрядной емкости и приращениями плотности электролита.

Известно, что каждому ампер-часу количества электричества, отданному

С О где дд ñ

17771 о d сР если

1гв,1гР, к- к г о о

« К + t к-i., 2

t <20, (5) где С

Ip

6е

СА при разряде, соответствует расход

3,660 r серной кислоты и образование 0,672 г воды (л.2, с, 272-273), Однако получающееся при этом приращение плотности электролита, приведенное к одной температуре,, будет различаться в зависимости от начальной плотности электролита в момент начала разряда и его начального объема: чем больше начальная плотность электролита, тем меньше приращение плотности электролита.

Проведенные расчеты, например, для СА с площадью основания аккумуляторного бака внутри него, равной

2170 смг, с обьемом электролита 150 л, с измеряемым уровнем электролита над блоком пластин, равном 73 мм при 30 С, позволили получить следующие значе" ния коэффицяентов пропорциональности К: при d 25o 1 294, К = РР182 при 1,294 o d 25 f,246, К = 80833 при 1,246 > d 25 о.1,208, К = 74615 25 при 1,208 ) d 25о 1,152, V = 89286: при 1,152 > д 25 = 1,089, К = 60625 при 1,089 ) d 25 K = 57059

На основе проведенных расчетов по-. лучено выражение для поправки P,ó÷è- 30 тывающей влияние высоты уровня электролита, как величины прямо пропорциональной обьему электролита на коэффициенты пропорциональности К указанных аккумуляторов: 35

P = (0 9982) 1 зо

rye h — высота уровня электролита, приведенная к температуре 30 С по из" 40 о вестной формуле:

h o = hg — 0,6(t- 30) мм, (6) где h — высота уровня электролита при температуре tС,, $5

t - измеренная температура, С.

Приращение плотности электролита за счет саморазряда определяется по результатам измерения плотности электролита в период стоянки СА без то- 5р ка, например, через каждые 24 ч и приводится к 20 С по формулам: о

2сг 4р 5 о о

d =gd — — — если t 730 С с. с о -20 о сР

20 ср 10

d =Ed с с t;-10 ср если 20 + с а 30 (á) о

tCf д5

d < — плотность электролита, приведенная к 25 С, на конец последних истекших о суток, — температура электролита на конец последних истекших суток;

d „, - плотность электролита о

У приведенная к 25 С, на конец предыдущих суток, - температура электролита на конец предыдущих суток.

Формулы (6) получены на основании (л,6, с. 175), где показано, что саморазряд СА после 20 С увеличива" о ется вдвое при каждом увеличении темо пературы на 10 С.

При определении плотности элект" ролита предложенным способом в период стоянки СА без тока измеряют установившуюся ЭДС, например, цифровым вольтметром, обеспечивающим измерение ЗДС, с четырьмя знаками после запятой, измеряют температуру электролита, например, с помощью термопреобразователя сопротивления, и, используя известный температурный коэффициент ЭДС,равный 0,00136 В/град (л.3, с. 83), а также предварительно полученные изменения активности серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении темпера" о туры на 1 С, вычисляют ЭРС аккумуляо тора при 25 С, после чего, используя предварительно полученную зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25 С (см, таблицу), определяют плотность электролита при

25 С, При определении плотности электролита в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную аккумулятором емкость по формулам:

СР IP ht, (7) приращение разрядной емкости, величина тока разряда, const — временной интервал измерения тока, 1777190

Л

C к (10) 30

1! у Cp d = d - > — у к

Š— 0,84, 35

5О ао (Мс

С,=КАС, (8) где С - отданная аккуиуляторои емP кость на текущий момент времени разряда. 5

Имея значения плотности электролита перед включением аккумулятора на разряд, выбирают в соответствии с нею коэффициент пропорциональности К, пересчитывают уровень электролита после последнего заряда, измеренный при температуре t на 30 С, по фор" муле (6), вычисляют поправку f5, учитывающую влияние уровня электролита в аккумуляторе на коэффициент пропор15 циональности К по формуле (5), вычисляют новое значение коэффициента

К пропорциональности К по фориуле

К =К (o) 20 вычисляют приращение плотности элек- тролита за счет разряда аккумулятора по формуле и текущую плотность электролита при

25 С по формуле: о где d - плотность электролита перед

1 началом разряда, измеренная при стоянке CA без тока.

Вычисляют приращение плотности электролита за счет саморазряда, для, чего предварительно вычисленное при-ращение плотности электролита за счет саморазряда при 20 С пересчитывают на текущую температуру по формулам: о йР t-20 о

Дс1 = ДЙ вЂ” — если t 730 С

С С

2оо t-10

Дй =Ad

10 если 20 (t < 30 С (12)

1о lgp0 о

Дс1с = hdс ecole t c 20 С вычисляют часовой саморазряд по формуле: после часа разряда опять вычисляют . 55 часовой саиоразряд для текущей температуры по формуле: о ц Лспо

q — °

24 (14) По данным часового разряда для начала и по окончании каждого часа разряда вычисляют по формуле средний самора зряд за час

q = (q +q )/2 (15) и через каждый час разряда q сумми" руют и с плотностью электролита, по-. лученной по фориуле (11), Проведенная опытная проверка способа показала, что он обеспечивает высокую точность определения плотности электролита при стоянке СА без тока и в процессе разряда.

Использование предложенного способа повышает точность определения плот-: ности электролита СА при стоянке без тока и в процессе разряда, упрощает осуществление контроля плотности электролита СА, создает предпосылки для его автоматизации с использованием вычислительной техники.

Формула изобретения

Способ определения плотности элек" тролита свинцового аккумулятора в режиме стоянки его без тока путеи из" иерения установившегося значения ЭпС и вычисления плотности электролита по формуле где d — плотность электролита при

+15 С, E — установившееся значение ЭРС свинцового аккумулятора, отличающийся .теи, что, с целью повышения точности, а также измерения плотности электролита в процессе разряда, предварительно определяют зависимость установившейся

ЭПС свинцового аккумулятора от плотности электролита при 25 С, изменение активности серноЙ кислоты и воды в водном растворе серной кислоо ты при изменении температуры на 1 С,. коэффициенты пропорциональности меж ду приращениями разрядной электрической емкости аккумулятора и приращениями плотности электролита, а также поправку к ним, учитывающую влияние уровня электролита на указанные коэффициенты пропорциональности, приращение плотности электролита за счет саиоразряда при 20 С, при определении плотности электролита измеряют установившуюся ЭДС ак11 1 кумулятора при стоянке его без тока, температуру электролита и, используя температурный коэффициент.3РО

0,00136 В/град и предварительно полученные изменения активностей серной кислоты и воды в водном растворе серной кислоты при изменении температуры на 1 С, вычисляют ЭДС аккумулятора при 25 С, после чего,используя зависимость установившейся

ЭДС от плотности электролита при

25 С, определяют плотность электро- лита при 25 С, а в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда, 777190 12 температуру электролита, вычисляют отданную аккумулятором электрическую емкость, приращение плотности электролита за счет разряда аккумулятора, приращение плотности электролита за счет саморазряда при измеренной (текущей) температуре, а текущую плотность электролита при разряде аккуму" лятора получают суммированием плотности электролита перед началом разряда и приращений плотности электролита за счет разряда и саморазряда аккумулятора, 15

1 р

r/сма при

25 С

P) г/сма при

29оС

М температура поправки плОТИОсти эмса

В

ЭДС расхождение с Е „ „, 2; моль/

1000 r раста. а Н,О

Ер ц у

В

ЭДС а l1 O 4 „,э;т+ при 25РС

1,281

7,61

0,00029 о,oo189

0,00903

0,06648

0,3086

1,2616

4, 5216

14,583

48,573

117,785

0,56

0,08

0,05

0,03

7519

0,01

0,01

0,06

0,02

0,04

0,09

0,04

Составитель И,Найденко

Редактор Т,Куркова Техред И,Моргентал Корректор й.Тупица

Заказ 11125 Тираж Подписное

ВНИИПЯ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101

090502

0,1006

0 1999 о 5

0,997

2,000

2>9939

4,004

5,006

5,9956

7,0077

8,0000

1, 0016

i 0o5

1,0112

l, O5P7

1,1124

1,1606

1,2038

1,2425

1, 2773

1,3090

1 3381

0,0002

0,0002

0,0002

0,00027

0,00036 о,ooo51

0,00062

0300068

0,00071

0,00073 о,ооо74

0 00076

1,0006

1,004

1,01

1,028

1,057

1,!1

1,15Р, 1, 200

l,239

1,274

1,305

1,334

0,9981

0,9963

0,9928

0,9819

0,9618

0,9126 о,Р516

0,7799

0,7032

0,6259

0,5509

0,4814

1, 7977 l, 8321

1,8805

1«9192

1,9738

2,0149

2э0533

2,0888

2, 1218

2 156

2, 1822

1,76183

1, 79625

1,83122

l,88102

1,91à45

1 97099

2 01370

2ю05289.

2,08974

2, 12368

2,15504