Устройство для автоматизированных испытаний химических источников тока (варианты)

 

Использование: изобретение может быть использовано для контроля качества химических источников тока (ХИТ) при разработке, производстве и эксплуатации ХИТ. Сущность изобретения: устройство позволяет проводить одновременно испытания нескольких ХИТ, при которых каждый ХИТ последовательно разряжается непродолжительное время током различной плотности. При этом используется единый измерительный выход для измерений напряжений на испытываемых источниках тока и напряжений на выходных электрических цепях датчиков иных параметров ХИТ. Устройство снабжено блоком коммутации токовых и измерительных цепей, который наряду со схемой коммутации каждого источника тока на свое сопротивление из блока резисторов содержит дополнительную схему коммутации в двух реализациях. В первой реализации дополнительная схема коммутации позволяет осуществлять подключение каждого из сопротивлений блока резисторов непосредственно к измерительному выходу устройства независимо от источников тока. Во второй реализации дополнительная схема коммутации позволяет осуществлять подключение к каждому из источников тока непосредственно каждого из сопротивлений блока резисторов. Устройство снабжено блоком согласующего напряжения, позволяющим согласовывать диапазоны измеряемых напряжений на ХИТ, и напряжений на выходных электрических цепях датчиков иных параметров ХИТ. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в электротехнической промышленности для контроля качества химических источников тока (ХИТ) при разработке и производстве ХИТ, а также в других отраслях промышленности, производящих автономные системы, использующие химические источники тока, и в сфере реализации ХИТ и эксплуатации автономных систем, использующих ХИТ.

Известны устройства для проведения автоматизированных испытаний ХИТ [1-4] включающие блок источников тока, блок токовой нагрузки, блок коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющий подсоединять каждый из источников тока к токовой нагрузке для осуществления разряда током определенной величины и подсоединять каждый из источников тока к средству измерения для измерения напряжения на источнике тока, блок управления, позволяющий осуществлять такие подсоединения в определенной временной последовательности, ориентированные на следующие основные режимы испытаний: последовательный во времени разряд каждого из некоторой совокупности ХИТ в течение некоторого промежутка времени в режиме постоянной токовой нагрузки с измерениями, проводимыми как в процессе разряда, так и при отсутствии разряда; одновременный разряд некоторой совокупности ХИТ в течение некоторого промежутка времени в режиме постоянной токовой нагрузки с измерениями, проводимыми как в процессе разряда, так и при отсутствии разряда; разряд ХИТ с изменяющейся во времени токовой нагрузкой (снятие вольтамперной характеристики).

Однако, как показывают результаты работы [5] и [6] большими возможностями и рядом преимуществ при контроле и диагностике ХИТ обладает режим испытаний ХИТ, при котором кратковременный разряд ХИТ чередуется с паузой, в течение которой ХИТ восстанавливается, с последующим кратковременным разрядом ХИТ током большей величины, вновь паузой и т.д. Такой режим испытаний ХИТ удобно осуществлять сразу для некоторой совокупности ХИТ. В этом случае сначала первый ХИТ разряжается током самой меньшей (определенной заранее) величины в течение определенного непродолжительного промежутка времени, затем второй ХИТ разряжается тем же самым током, в течение того же самого промежутка времени, затем третий и т.д. После разряда последнего из совокупности ХИТ током самой меньшей величины начинается следующая серия последовательных разрядов всех ХИТ током другой большей величины и т.д. В процессе паузы (отсутствия разряда) каждый из ХИТ восстанавливается. Измерения напряжения на ХИТ проводят как в паузе, так и в процессе разряда.

Такой режим испытаний высоко информативен, так как дает характеристики ХИТ сразу для некоторой совокупности различных токов разряда. В отличие от вольтамперной характеристики, снимаемой при непрерывном изменении тока разряда, когда результат при каждом значении тока разряда зависит от предистории разряда (времени предшествовавшего разряда, скорости изменения тока разряда) при описанном режиме испытаний такой зависимости практически нет, так как после каждого разряда с определенной величиной тока разряда ХИТ восстанавливается. Другим преимуществом описанного режима испытаний является вытекающая из самого способа проведения испытаний возможность увеличения числа одновременно испытываемых ХИТ практически без увеличения полного времени испытаний.

Известные устройства для испытаний ХИТ [1-4] не позволяют реализовать описанный выше режим испытаний ХИТ.

Известны устройства (патент США N 4290021 кл. 324/429, 15.09.81), в которых ХИТ могут разряжаться током постоянной величины в течение некоторого устанавливаемого заранее промежутка времени с выполнением необходимых измерений напряжения. Устройство позволяет автоматически проводить испытания некоторой совокупности ХИТ, последовательно подключаемых к постоянной токовой нагрузке. Токовая нагрузка может быть и резистивной.

Устройство содержит средства, позволяющие подгонять величину постоянной токовой нагрузки к величине, требуемой для испытаний определенного типа ХИТ.

Однако и это устройство не предназначено для проведения испытаний с автоматически изменяемой величиной постоянной токовой нагрузки и с восстановлением ХИТ перед разрядом с новой токовой нагрузкой. Кроме того, для проведения комплексных испытаний ХИТ необходимо использование некоторых дополнительных датчиков (например, датчиков давления, температуры и т.д.), не входящих непосредственно в устройство, однако выходные электрические цепи которых могли бы быть просто подключены к устройству для проведения испытаний с использованием этих датчиков по единой заданной программе испытаний ХИТ. Указанный прототип не представляет такой возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается тем, что блок токовой нагрузки заявленного устройства выполнен в виде допускающего замену набора постоянных электрических сопротивлений и в блок коммутаций токовых и измерительных цепей наряду со схемой, обеспечивающей возможность разряда каждого источника тока из блока источников тока на соответствующее постоянное электрическое сопротивление из блока токовой нагрузки, введены дополнительные схемы в двух вариантах.

В первом варианте возможно подсоединять каждое из постоянных электрических сопротивлений из блока токовой нагрузки к измерительному выходу устройства независимо от источников тока, так чтобы два конца подсоединенного постоянного электрического сопротивления были электрически соединены с различными клеммами измерительного выхода устройства.

Во втором варианте возможно последовательно во времени подсоединять к каждому источнику тока из блока источников тока каждое из постоянных электрических сопротивлений блока токовой нагрузки, так чтобы два конца подсоединенного постоянного электрического сопротивления были электрически соединены с различными полюсами соответствующего источника тока.

Кроме этого, при обоих вариантах реализации дополнительных схем коммутаций устройство содержит несколько пар клемм для возможности подключения к ним выходных электрических цепей некоторых дополнительных (не входящих в заявленное устройство) датчиков (датчиков давления, температуры и т.д.) и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую соединять электрически каждую пару этих клемм с клеммами измерительного выхода устройства в процессе испытаний ХИТ в соответствии с заданной программой испытаний ХИТ, и устройство содержит пару клемм для подключения постоянного напряжения от внешнего источника постоянного напряжения и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую подсоединять или не подсоединять подключенный внешний источник постоянного напряжения в измерительную цепь последовательно с объектом (ХИТ нагруженный либо ненагруженный или дополнительный датчик), напряжение которого измеряется.

Кроме этого, блок управления и измерительный выход устройства выполнены в виде, позволяющем подсоединять заявленное устройство к компьютеру для осуществления управления коммутациями, измерений и обработки результатов измерений по заранее заданной программе и выдачи результатов испытаний в числовой, графической или аналоговой формах на различные выходные устройства.

Наличие в устройстве пары клемм для подключения постоянного напряжения от внешнего источника постоянного напряжения позволяет ограничиться всего лишь одним измерительным каналом для измерения сильно различающихся по величине напряжений на источниках тока и в выходных электрических цепях используемых дополнительных датчиков. Например, при регистрации напряжений в милливольтах в выходной электрической цепи некоторого подключенного дополнительного датчика выходная электрическая цепь последнего подсоединяется непосредственно к клеммам измерительного выхода устройства. А при измерении напряжений в вольтах на ХИТ используется источник постоянного напряжения, включенный в измерительную цепь последовательно с ХИТ и понижающий регистрируемые напряжения.

На фиг.1 изображена блок-схема заявленного устройства для первого варианта реализации дополнительных схем коммутаций; на фиг.2 то же, для второго варианта.

Устройство содержит блок источников тока CSU, блок токовой нагрузки RU, клеммы PTU для подключения выходных электрических цепей дополнительных датчиков, клеммы APU для подключения постоянного напряжения от внешнего источника постоянного напряжения, блок коммутаций токовых и измерительных цепей MCU1-MCU4, CCU, блок управления CU и измерительный выход МО устройства.

Схема коммутаций CCU позволяет подсоединять независимо к каждому из источников тока из блока источников тока CSU свое сопротивление из блока токовой нагрузки RU, схема конструкций MCU1 каждый из источников тока из блока CSU к измерительному выходу МО устройства, схема коммутаций MCU2 каждое из сопротивлений блока токовой нагрузки RU независимо к измерительному выходу МО устройства. Схема коммутаций MCU3 позволяет подсоединять каждую из пар клемм PTU к паре клемм измерительного выхода МО устройства.

Схема коммутаций MCU4 обеспечивает два режима работы устройства: без внешнего источника постоянного напряжения и с внешним источником постоянного напряжения (если он подключен к клеммам APU), подсоединенным в измерительную цепь последовательно к нагруженному или ненагруженному на постоянное электрическое сопротивление из блока токовой нагрузки источнику тока.

Во втором варианте дополнительных схем коммутаций блок-схема заявленного устройства вместо схемы коммутаций MCU2 содержит схему коммутаций CCU2, которая позволяет подсоединить последовательно во времени к каждому из n источников тока блока источников тока каждое из m постоянных электрических сопротивлений блока токовой нагрузки.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом. В блок источников тока CSU вставляются испытываемые источники тока, в блок токовой нагрузки RU необходимые постоянные электрические сопротивления, соответствующие необходимым токам разряда. При необходимости проведения измерений напряжений на источниках тока и измерений других параметров (давления температуры и т.д.) к клеммам PTU подключаются выходные электрические цепи используемых дополнительных датчиков, а к клеммам APU постоянное напряжение от внешнего источника постоянного напряжения.

На внешнем источнике постоянного напряжения устанавливается напряжение, согласующее диапазоны измеряемых напряжений на источниках тока и напряжений на выходных электрических цепях соответствующих датчиков (давления, температуры и т.д.). После этого с помощью блока управления производится разряд источников тока по заданному режиму с последовательным измерением напряжений на источниках тока и напряжений на выходных электрических цепях соответствующих датчиков.

Предложенное устройство обеспечивает возможность испытаний источников тока как в режиме независимого подсоединения каждого из ХИТ к своему сопротивлению из блока токовой нагрузки по определенной программе, так и в режиме последовательного во времени подсоединения каждого из ХИТ на любое из сопротивлений блока токовой нагрузки по определенной программе и предоставляет возможность использовать единый измерительный выход для измерений напряжений испытываемых источников тока и напряжений на выходных электрических цепях используемых дополнительных датчиков.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматизированных испытаний химических источников тока (ХИТ), содержащее блок источников тока, блок токовой нагрузки, блок коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющий подсоединить каждый из источников тока к токовой нагрузке для осуществления разряда током определенной величины и подсоединить каждый из источников тока к измерительному выходу устройства для измерения напряжения на источнике тока, блок управления, позволяющий осуществлять также подсоединения в определенной временной последовательности, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, блок токовой нагрузки выполнен в виде допускающего замену набора постоянных электрических сопротивлений и блок коммутаций токовых и измерительных цепей выполнен в виде позволяющем осуществлять электрическое соединение каждого из источников тока блока источников тока с соответствующим постоянным электрическим сопротивлением блока токовой нагрузки, так что концы каждого подсоединенного электрического сопротивления электрически соединены с различными полюсами соответствующего источника тока, и позволяющем подсоединять каждое из электрических сопротивлений блока токовой нагрузки к клеммам измерительного выхода устройства независимо от источников тока так, что различные концы подсоединенного сопротивления соединены электрически с различными клеммами измерительного выхода устройства, и устройство содержит несколько пар клемм для возможности подключения к ним выходных электрических цепей дополнительных датчиков и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую соединить электрически каждую пару этих клемм с клеммами измерительного выхода устройства, пару клемм для возможности подключения постоянного напряжения от внешнего источника постоянного напряжения и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую подсоединить или не подсоединять подключенный внешний источник постоянного напряжения в измерительную цепь последовательно с объектом ХИТ, нагруженный либо ненагруженный, или дополнительный датчик), напряжение которого измеряется.

2. Устройство для автоматизированных испытаний химических источников тока (ХИТ), содержащее блок источников тока, блок токовой нагрузки, блок коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющий подсоединить каждый из источников тока к токовой нагрузке для осуществления разряда током определенной величины и каждый из источников тока к измерительному выходу устройства для измерения напряжения на источнике тока, блок управления, позволяющий осуществлять такие подсоединения в определенной временной последовательности, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, блок токовой нагрузки выполнен в виде допускающего замену набора постоянных электрических сопротивлений и блок коммутации токовых и измерительных цепей выполнен в виде, позволяющем осуществлять электрическое соединение как каждого из источников тока блока источников тока с соответствующим постоянным электрическим сопротивлением блока токовой нагрузки, так и последовательно во времени каждого из источников тока блока источников тока с каждым из постоянных электрических сопротивлений блока токовой нагрузки, так что концы каждого подсоединенного электрического сопротивления электрически соединены с различными полюсами соответствующего источника тока, и устройство содержит несколько пар клемм для возможности подключения к ним выходных электрических цепей дополнительных датчиков и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую соединять электрически каждую пару этих клемм с клеммами измерительного выхода устройства, и пару клемм для возможности подключения постоянного напряжения от внешнего источника постоянного напряжения и соответствующую коммутационную схему в блоке коммутаций токовых и измерительных цепей, позволяющую подсоединить или не подсоединить подключенный внешний источник постоянного напряжения в измерительную цепь последовательно с объектом ХИТ, нагруженный либо ненагруженный, или дополнительный датчик), напряжение которого измеряется.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2