Электрохимический интегратор

 

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

399018

Союз Советских

Социалистических

Республик .

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

М. Кл. Н 01@ 9/22

Заявлено 14.Х11.1971 (№ 1725029/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Приоритет

Опубликовано 27.!Х 1973. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 11.Õ11.1973

УДК 621,317.736 (088,8) Авторы изобретения

А. П. Шорыгин, А. H. Балашов, Л. Л. Гварамадзе, Э. В. Казарян и Г. T. Казмин

Ордена Ленина институт проблем управления (автоматики и телемеханики) Заявитель

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к измерительной технике и служит для интегрирования электрических величин.

Известные электрохимические интеграторы, содержащие ртутно-электролитический кулонометр и систему электрического считывания, основанные на различных принципах, имеют заметную температурную погрешность.

Целью изобретения является уменьшение погрешности считывания за счет ук!еныпения влияния температуры и улучшения резонансных свойств управляемого резонатора.

В предлагаемом устройстве эта цель достигается снабжением интегратора дополнительной камерой, аналогичной основной, и соединенной с ней каналом с пористой перегородкой, а также подключением электродов в объемах, заполненных электрохимически неактивным электролитом, через усилители положительной обратной связи к устройству сравнсния.

На чертеже изображен предлагаемый интегратор, Он содержит два капилляра 1, 2, соединенных между собой трубкой 8, внутри которой находится пористая перегородка 4, например стеклянный фильтр. Капилляры заполнены столбиками ртути 5, 6, 7, 8 и столбиками раствора сильного электролита 9, 10, 11, 12, не содержащего легко восстанавливаемых катионов, например l и. водный раствор К1, а также столбиками электролита 13, 14, содер?l ащll ми в дог Tа т0 !10 м д, 1 я элскTp ол,l3 à Оличествс ионы ртути, например водный раствор К1+1-1д1.. Между столбиками электролита 9, 10, 18, 14 и торцамп капилляров имеются пузырьки из инертного газа 15, 16, 17, 18. Торцы обоих капилляров, после заполнения ртутью и электролитом, герметически за10 крывают крышк"",ми 19, 20, 21, 22.

Капли рTмтп и c1ол0ию! элCктро lпTа, Ilc содер?кащсго ионов ртути, контактируют с инертньп!и, например платиновыми, электродами 28, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 80.

15 Электроды 26, 80 предназначены для подачи на IIIIx вхоzllol о интегрирующего тока.

Электроды 28, 24, 25 связаны соответственно с входом и выходом устройства обратной связи 31, а электроды 27, 28, 29 — с устройством

20 обратной связи 82. Выходы 81 и 82 соединены с устройством сравнения частот 33 измерительного устройства (устройства считывания).

Устройства обратной связи 81 и 32 принци25 пиально не отлп га10тся от подобных устройств, при. .Icняемых в гс1!ераторных системах, и состоят пз усил11тсля пе13ек10!111 ?I o тока н регулируемого фазовращателя.

Устро!!с.!.в,, обратной связи 31 и 82, элек30 тричсскп c0cäèII0Il,,û0 с соответствующими

399018 управляе IHI»H резонаторами, образуют две независимые колебательпые системы.

Таким образом, интегратор состоит из двух систем, собственно частота колебаний которых зависит от жесткости и колебательной

;IHccbI электромсханического управляемого резонатора каждой системы. Выходные сигналы в виде электрических сигналов тех же частот годаются на устройство сравнения 38, PûäcëÿI0ùåå разность частот колебаний, которая и является выходной величиной интегратора.

При самово"-буждении системы, включающей устройство обратной связи 81, на электроды 24, 25 подается переменное напряжение, которое создает переменную поляризацию поверхности раздела фаз ртуть — электролит 9 — 5 (возбудитель этой колебательной системы). Так как электролит 9 практически ие содержит легковосстанавливающихся

15 го (окисляющихся) ионов, то при поляризации (амплитуда переменного напряжения должна быть меньше ) в) на границе раздела фаз ртуть — электролит электрохимическис акты не происходят. Ввиду того, что поверхностное натяжение на границе раздела фаз зависит от поляризации ее, то происходит периодическая деформация поверхности раздела фаз возбудителя, что, р свою очередь, вызывает возвратно-поступательное движение ртути и электролита вдоль оси капилляра. При герметически закрытых концах капилляра такое движение возможно (ртуть и электролит практически несжимаемые жидкости В этих условиях) только благодаря изменению газо- 35 вых объемов. Граница раздела фаз ртуть— электролит 5 † (приемник автоколебательной системы) деформируется в виду различия гидродинамических свойств ртути и электролита, что вызывает периодическое изменение 40 строения двойного электрического слоя, образовавшегося на этой границе раздела. B результате на электродах 25, 26 возникает переменное напряжение, которое подается на вход устройства обратной связи 31. 45

Соответствующим выбором коэффициента усиления и фазового сдвига устройства обратной связи осуществляется колебательный режим раооты рассматриваемой системы.

Вторая колебательная система, образован- 50 ная управляемым резонатором (капилляр 2) и устройством обратной связи 82, работает (в точности) аналогично описанной.

При одинаковых геометрических размерах обоих резонаторов и равенств масс столби- .55 ков ртути и электролита в них, а также равенстве газовых объемов, собственные частоты обеих систем равны, и на выходе устройства сравнения, которое может быть выполIIeHo и всстпыми методами, сигнал отсутст- 60 вуст. Разделение управляемых резонаторов пористой перегородкой 4, благодаря ее гидравлическому сопротивлению, практически исключает гзаимное влияние при работе обеих систем. 65

При подаче на электроды 2б, 30 интегрируемого сигнала, заданного электрическим током, происх".дит электрохимический перенос ртути из одного капилляра в другой в зависимости от полярности входного сигнала в соответствии с известными законами Фарадея, так как электролит 18, 14 этой системы содержит ионы ртути. ЕЭ.,IH!IeHHC массы ртути

8 каждом управляемом резонаторе (при уменьшении массы ртути р, одном капилляре происходит увеличение ее в другом) вызывает изменение их собственных резонансных ча;тот в соответстви с формулой .=, )Г ""

Суммарная жесткость ХК каждого управляемого резонатора практически не меняется во всем рабочем диапазоне и поэтому собственная частота колебаний обратно пропорциональна корню квадратному из массы ртути в капилляре, которая слагается из неизменной массы ртути и электролита т, и пе. ременной массы ртути, величина которой пропорциональна интегралу от входного (интегрируемого) тока по времени.

Соответствующим выбором геометрической формы внутреннего сечсния капилляра может быть получена прямо пропорциональная или другая необходимая зависимость между собственной резонансной частотой и интегрируемым током.

При изменении собственной резонансной частоты колебаний одной системы на Af, т. е.

f fII+Af, частота второй системы становится

/=/Π— hf (при начальном равенстве частот

f — — f —— f0), когда колебательная масса и жесткость обоих управляемых резонаторов предполагаются соответственно равными, и на выходе устройства сравнения частот 88 сигнал отсутствует. При интегрировании на выходе устройства сравнения 88 появляется сигнал, равный 25f, который характеризует величину интеграла, что позволяет применять интегратор в следующем режиме работы. Если в начале интегрирования вся переносимая масса ртути находится в одном капилляре, то на выходе устройства 88 частота соответствует

2Л/„„;„пр|и переносе ртути входным током наступает момент, когда 2ф=О, что вызывает срабатывание нуль-органа на выходе устройства сравнения 83, сигнал с которого может использоваться для переключения полярности входного интегрирующего сигнала и для срабатывания счетчика количества циклов переключений.

При предлагаемой конструкции управляемых резонаторов, когда оба капилляра расположены практически рядом, изменение температуры окружающей среды оказывает оди;>временное и одинаковое воздействие на оба резонатора, что при принятой схеме построения интегратора приводит к практически полПредмет изобретения

Составитель Г. Невская

Техред Т. Ускова

Редактор Е. Андреева

Корректор E. Хмелева

Заказ 3265/15 Изд. Ы 1973 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушскал наб., д. 4!5

Типогра4>ин, пр. Сапунова, 2 ному исключению влияния температуры на результат считывания интегратора.

Ограничение верхнего (или нижнего) предела интегрирования в предлагаемой конструкции достигается нарушением электрического контакта входных электродов 2б, о0 аналогично тому, как это выполнено в интеграторе по авт. св. № 298961.

Более высокие метрологические параметры, возможность сравнительно простого осуществления дискретного выходного сигнала и способность сохранять точность преобразования при изменении температуры окружающей среды делают предлагаемый интегратор перспективным устройством для системы автоматики, контрольно-измерительной и вычислительной техники при повышенных требованиях к точности функционального преобразования.

Электрохимический интегратор, содержащий ртутно-электролитический кулонометр с инертными и ртутными электродами, внутренняя полость камеры которого снабжена двумя газовыми объемами и разделена ртутным электродом на два отсека, один из которых заполнен электр охи мически активным элек10 тролитом, а другои — электрохимически неактивным электролитом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и температурной стабильности, он снабжен дополнительной аналогичной камерой, соединенной с основной камерой каналом с пористой перегородкой, а электроды в объемах, заполненных электрохимически неактивным электролитом, подключены через усилители положительной обратной связи к устройству

20 сравнения.