Ртутный электрохимический преобразователь

 

-ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 300378 (21) 2596674/18-10. (51) Кп с присоединением заявки №

H 0l G 9/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2 506,80. Бюллетень ¹ 2 3

Дата опубликования описания 280680 (53) УДК 621.359 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И. Г. Щигорев и A A Кузьмин (71) Заявитель (54) РТУТНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

25

Изобретение относится к приборо-! строению, в частности к капиллярным электрохимическим преобразователям, которые являются основными элементами при разработке различных устройств счетчиков машинного времени, счетчиков ампер-часов, реле времени и др.

Известны различные модификации ртутно-капиллярного электрохимического преобразователя с расширением в капилляре, позволяющим повысить надежность прибора и упростить его конструкцию, использовать преобразователь в качестве адаптивного элект- 15 рохимического элемента (1).

Наиболее близким к предлагаеМому по технической сущности является ртутный электрохимический преобразователь, содержащий стеклянный капилляр с расширением, заполненным. двумя столбиками ртути, разделенными электролитом, по концам которого в ртуть введены токоотводы, укрепленные герметиком (2).

Недостатками известных преобразователей являются большая температурная зависимость сопротивления и недостаточная точность измерения.

Цель изобретения — уменьшение температурной з ависимости сопротивления и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что цилиндрическая часть капилляра содержит свободный объем, расположенный между концом ртутного столбика и герметиком, причем длина столбика ртути, заключенного между электролитом и герметиком, определяется из соотношения:

L={d(lt К(т- Т,))"- а) (6 tcfC()(Tp-ò))> где L — длина столбика ртути;

d †. диаметр капилляра;

М вЂ” угол наклона образующей конуса-расширения„.

К вЂ” температурный коэффициент сопротивления; — коэффициент линейного расширения ртути; (Т-То) — интервал меняющихся температур.

На фиг. 1 схематически изображена конструкция ртутного электрохимического преобразователя, который представляет собой стеклянный капилляр 1, заполненный двумя столбиками ртути

2 и 3, разделенными электролитом 4.

По концам капилляра в ртуть введены

743054 токоотводы 5, укрепленные гермети-сом 6. Укороченная цилиндрическая часть капилляра с электролитом в начале расширения содержит свободный объем 7, расположенный между концом столбика ртути 3 и герметиком 6.

Сущность компенсации, температурной зависимости сопротивления заключается в следующим.

При понижении температуры ртуть, сжимаясь, увлекает электролит 4 в бо- f (() лее широкую часть расширения. При этом электрическое сопротивление междуэлектродного промежутка, вследствие уменьшения расстояния между электродами и увеличения площади их поверх-)5 ности, уменьщается. И наоборот, при повышении температуры ртуть расширяется, электролит перемещается в более узкую часть расширения и сопротивление преобразователя повышается. Так как изменение сопротивления междуэлектродного промежутка (за счет изменения геометрических параметров) противоположно изменению сопротивления электролита с температурой, то рассматриваемое явление можно использовать для компенсации температурной зависимости сопротивления прибора.

Эффект компенсации может быть реализован только при определенном сочетании значений геометрических пара- 30 метров прибора: Х вЂ” длины ртутного столба 1, d — диаметра цилиндрической части капилляра, сА- угла наклона образующей конуса (расширения), К вЂ” температурного коэффициента сопротивле- 35 ния электролита, р — коэффициента линейного расширения ртути, д Т вЂ” величины изменения температуры.

Для инженерных расчетов получено условие полной компенсации температур 4р ной зависимости сопротивления: (.=(д(1+ к (т — т ) ) -д) (б уЛр (т -т)) (1) которое позволяет для заданных величин д,, К, T u g определить L, обеспечивающую термокомпенсацию сопротивления.

На фиг. 2 показана зависимость длины ртутного столба L от М для различных K (1-0, О 4; 2-0, 0 3; 3-0, 02; 4-0, 01), 50 рассчитанная по (1) для положения зазора между электродами B начале расширения (Н-О) при дТ = 40 C (T 250 К);

do —, О, 3 мм; p = 1,76.10 1/град.

Пример конкретного выполнения предложения. Длина корпуса капилляра

20 Йм„. диаметр капилляра (2о = 0,3 мм; угол наклона образующей конуса Ы гО, =.45 ; длина столба ртути 1 11 мм; температурный коэффициент сопротивления К = 0,04 для электролита ртути Щ состава 1 н. HgJ< + 5 í. KJ; расстояние между электродами Qo= 0,5 мм; длина свободного объема 3 мм.

Значение величины сопротивления преобразователя измеряется с помощью 65 э переменного тока силой 300 мкА и частотой 50 Гц.

С учетом выражения (1) получено пол ное уравнен ие кривой регулиров ания сопротивления, учитывающее эффект компенсации температурной погрешности сопротивления: а=й, (- ) (z —г,- — — „) ()-)((т-т„) ) (2) 4Р где P

О МХОВО сопротивление междуэлектродного промежутка, находящегося в начале расширения в капилляре; исходные параметры (диаметр и длина) междуэлектродногo промежутка, находящегося в начале расширения; зависимость диаметра междуэлектродного промежутка от величины смещения Н (от начала расширения) у величина термического сжатия или расширения ртути в капилляре;

290 Ко.

dp а„= do w 2н диХ=ЬР(Т„- Т) Т о

На фиг. 3 показаны кривые регулирования сопротивления преобразователя: 1 3 — расчетные по (2); 2,4 и

5-экспериментальныеу 1, 4 и 5 — при

Т .= 250 K; 2,3 — при Т = 290 К; 1-4 для предлагаемого; 5 — для известного. При постоянной температуре Т Т .о кривые регулирования для известной и предлагаемой конструкции совпадают.

Введение газового объема в кон-" струкцию, параметры которой связаны соотношением (1), позволяет снизить температурную завибгимость сопротивления прибоРа не менее, чем в 25 раз (т.е. от 43 до 0,16%). Так как ин; формация прибора считывается по сопротивлению, то в таком же отношении повышается и точность работы прибора при температурных колебаниях. Изобретение исключает необходимость применения термостатирования прибора, а также более сложных методов компенсации температурной погрешности с использованием корректирующих звеньев с усилителями и мостовыми схемами.

Из фиг. 3 следует, что сопротивление известного преобразователя при понижении температуры на 40(() (от

290 К до 250 К) увеличивается в 2,6 раза (К = 0,04), а сопротивление предлагаемого — максимум всего лишь на 10-15%. При положении междуэлектродного промежутка в центре расшире- ния достигается полная компенсация температурной зависимости (пересечение кривых).

743054

Фиг. 2

Формула изобретения

Ртутный электрохимический преобразователь, содержащий стеклянный капилляр с расширением, заполненный двумя столбиками ртути, разделенными электролитом, по концам которого в ртуть введены токоотводы, укрепленные герметиком, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения температурной зависимости сопротивления и повышения точности измерений, цилиндрическая часть капилляра с электролитом в начале расширения содержит свободный объем, расположенный между концом ртутного столбика и герметиком, причем длина столбика ртути Ь, заключенного между электропитом и герметиком, определяется из соотношения;

L=1d(1 + К(Т вЂ” т ) — d} tgaр (T — ) где d — диаметр капилляра;

М вЂ” угол наклона образующей конуса-расширения;

К вЂ” температурный коэффициент сопротивления; коэффициент линейного расширения ртути; (Т-Тд) — интервал температур.

Ичточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 312313, кл. Н 01 G 9/22, 1970.

2. Патент Японии 9 4940312, кл. 110 G 13, 1974 (прототип).

743054

И 10 и11

Ф0.2.3

Составитель Н. щвы

ыркова

Техред я. Бирчак .

Редактор В. Зарванская

Корректор A. Гриценко

Заказ 362

7/18

Тираж 844

ЦНИИПИ Fcс а

Подписное сударственного комитета СССР

11303 по делам изоб е

5, Москва Жретений и открытий

-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужг ент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4