Электрохимический преобразователь

 

О П И б-А=-И

ИЗОБРЕТЕН

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ

Зави Hv!UB GT 3BT. Свйдетельства М

Заязлсно 09,Xl,!971 (№ 1713512/18

l.11.1. H 01g 9/22 с присоединением заявки №вЂ”

Гвсудерстееееый коиетет

Фееетв Мееетрвв СССР ве делам ееобретене!1 е егере!тей

Прноритет—

Опубс!вковано 30.Xl.1973. Бюллетен

ДК 681.2.087.92 (088.8) Дата опубли!конан!!я описания 27Л .

Авторы изобретения

Н. С. Лидореино, В. В. Трейер, Г. Я. Воронков, И. Г. Щигорев, Е. Я. Клименков, Б. В, Тимофеев, В. Е. Дмитриеико, Е. !В..Барииов и. Е. М. Шмарьян

Заявитель

3ЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1!Зобретен!!е относи 1 ся 1(Uo l3С1 l! 3 сОвершенствования преобразователей эле!ктрических С1!гна loB для измерительной и вычисли1ельной техники и других устройств, работа1ощих в о бласти пнфранизких частот и Bblll!oлнс!нных на основе ртутно-ка!пиллярных интегрирующих элекврохимичсских элементов.

1Лзвестные г, настоящее время ртутно-!капиллярные эг!ектрохих!ические приборы выполняют несколько ограниченное число преобразований с электриче "кими сигналами.

Преобразователь по данному изобретению отличается от известных тем, что в iHB I tpQTHII электрод выпол!!ен в виде заполненной жидким металлом трубки из диэлектрического материала, располо :не иной! концентричпо i 3330ром по отношению и каппллярной трубке, что позволило расширить его функциональные возможности, упростить конструкцию и технологгпо сборки.

На фиг. 1 изображен эскизно электрохимическпй функциональный преобразователь (без корпуса); на фиг. 2 — принципиальная схема е1о включения в частотно-импульсном режиме использования; на фиг. 3 — схемный символ преобразователя; на фиг. 4 — блок-схема устройства для преобразования сигнало в в частотно-импульсный код с использованием предлагаемого эле!ктрохимического функцион ального преобразователя.

Эс!ектрохпмп !Сскпй функциональный преобразователь конструктивно выполнен в следуюH J c l I в и де. 1-1 а р у и(н а я K 3 r! I I JI JI II p H 3 !1 т р уо к а 1

BH> TpeHH;IiI диа.,1ет!ром 0,6 — 1,0 л,!! заполняется ртутью, разделенной каплей электролита, содержащего ноны ртути. В наружную капиллярную трубку 1 помещают внхтренн!О!О ка-! гиллярную труо!ку 2 с внешним диаметром, меньшим внутреннего диаметра нару>иной каIð Hllллярной трубки, и с внутренним диаметром

20 — 100 !!к. Внутренняя каппллярная трубка заполнена ртутью и загерх!етизиро вана в месге ввода в нее металлического электрода (рабочи!11 электрод) компаундом, например, 15,а основе эпокс!!дной смолы. Открытый конец внутренней !каппллярной трубки с ртутью расположен в электролите, а металлические электроды 4 и 5 в наружной каппллярной трубке 1 образуloT контакт с ртутью.

Электрод 8 является управля!ощим, а электрод -1 — общим. Все электроды выполнены никелевыми. Наружная капиллярная труб!ка

1 вместе с электродами 4 и 5 и внутренней

25 каппллярной трубкой 2 герметпзируется с образованием демпфирующих воздушных (с

IiHåðTHoé средой) зазоров. Для придания п!рибору механической прочности он может быть помещен в металлический корпус и залит герзо метпзпрующпм эластичным кое!!паундом.

408986

Работает !преобразователь следующим образом.

Интегрирование с иепользова!ниех! считывания ин)формации по сопротивлению Осуществляется при пропускании постоянного тока управления между электродами 8 и 5 и считыванием значения на переменном токе между электродами 8 и 4 либо при пропускании постоянного тока между этими электродами считыва)нием значения сопротивления на переменном токе ие>кду электродами 8 и 5 (фиг. 1).

Изменения сопротивления Л1< осуществляется в случае:

3) изменения уровня заполнения трубки 2 ртутью при протекании электрохимических реакций, связанных с прохождением постоянного тока между электродами 8 и 5 либо 8 и4.

В первом приближении можно записать

f ýэ

1/» (1) вн где р — удельное сопротивле)ние электролита, ом.см;

1» =0 —;l max.— Расст ояние От oTKPbITGI О конца внутренней капилля)рной трубки до мениска ртути в нем, см;

S. —.площадь поперечного сечения по внутреннему диаметру в нутрен)ней капиллярной трубки, ем ; б) изменения поверхности капли ртути ня открытом кон)це внутренней капиллярной трубки 2 при протекании постоянного тока между электродами 8 и 5, либо 8 и 4.

В первом приближении T3iêH<å можно записать, что

) ВОВ ) ЭКВ э э»в 4 экв кр (2) где р " — удельное пове)рхностное сот!ротивление на границе ртуть-электролит, ом. см —;

ЛЯВ» — изменение эквивалентной поверхности капли ртути; сР. — !внутренний диаметр внутренней капиллярной трубки, см;

<)- »в — эквивалентная поверхность капли ртути, см, соответствующая такому ее размеру, при котором происходит отрыв ее во внутренней ка!пиллярной трубке либо за счет гравитационных сил, либо за счет сил повер НосТного натяжения при ее контакте с повер:<ностью ртути в наружной капиллярной трубке. (Под эквивалентной поверхностью ка)пли ртути понимается, поверхность, которую имела бы капля ртути при условии равноме!рного распределения на ней плотности тока считывания).

В случае управляемого соп)ротивлепия с использованием принципа l!0 п. б) при достижении Я,» происходит автоматически сброс его в исходное ссстояние R )», В ряде случаев такое устройство прибора может быть полезных!.

Однако необходимо заметить, что в этом случае имеет место значительно больший удельный вес реактивной составляющей (смкост5

Зо

6)O ной) в измеряемом полном значении сопротивления прибора, зависимого от текущего значения R, чем в случае по п. а).

Электрохимический функциональный п!реобразователь может:быть )использован и !в качестве реле времени с образованием )ртутного конта)кта !В момент его срабатывания. Ртуть из внутренней капиллярной трубки переносится за счет электрохимической реакции при пропускан11и электрического тока меж)ду электродами 8 и 5 или 8 и 4 на требуемую длину l» (фиг. 1), внутренняя капиллярная т!руб)ка прл этом своим открытым концом находится в электролите. Затем также с помощью электрического тока, пропускаемого между электродами 5 и 4, объемы ртути перераспределяются и сткрытый конец внутренней,капиллярпой трубки 2 оказывается погруженным в ртуть, На этом заканчиваются все подготовительные операции.

С момента начала отсчета времени между электродами 8 и 4 п!ропускается рабочий ток

1р,б. таким образом, что:,като!дом является электрод 8. Внутренняя капилля)рная труб!ка 2 благодаря электролизу заполняется ртутью, электролит вытесняется в наружную капиллярную трубку 1. Когда весь электролит из трубки 2 вытеснится, в ней происходит замыкание ртути с ртутью в наружной капиллярной трубке 1 и образование ртутного контакта между электродами 8 и 4. Повторное использозанпе прибора в таком режиме предполагает перераспределение объемов ртути в наружной капиллярной трубке 1 таким образом, чтобы оп<рытый! конец внутрен)ней ка)пиллярной трубки 2 оказался в электролите. Подготовительные операции повтс!ря!Отся.

Время задержки 1э в первом приближении можст быть записано следу!огцим образом:

1В К! (М

ii)a)) где К! — коэффиц1!ент,пропорц!!Она.!ьност!1, зависящий от конструктивных параметров электрохимпческого функционального преобразователя и свойств используемой электрохимпческой системы.

Время задер>кк1! 1» может варьироваться в широких и!ределах, От 10 до 10 сек.

Ге!!ерацпя низкочастотных сигналов с управЛЯЕМОЙ a!3СтотОI! МОжЕT 6hITb Ос)ЩЕСтВЛЕНЯ электрохимпческим функциональным прсобразователем следующим образом. Пропуская ток подстройки между электродами 5 и 4, выбирают расстояния между открытым концом

«нутренней капиллярной трубки 2 н мениском в паруH<1101! каппллярцой трубке, пр;l кото!ром

Оор азовьрвя !Оща я с я !I;l торце тр ))бки 2 KBIla!)I ртут.l срывается с пего силам.l погерхпостногo

1!ятяжения В момент касания мспискя pT) TII.

Выиолнеккные оценочные расчеты показали, illo !!меет место сооrиo!пение

1 !

408986

Загар лил

FmymD че к закрепляют компаундом, другой — присоеди1;яют к контактному выводу и используют з качестве токоподвода. Материал рабочего электрода, соприкасающийся с электролитом, является lio отношению к нему электрох1пмпчески стойким. Для этого может быть использована, например, платина. Работа прибора !1Иялогич)но описанной ранее с той лишь р)азп1!цей, что капля ртути образуется не от ртути пя торце электрода, а на открытом маллическом конце рабочего электрода.

Электрические сигналы в,виде им)пульсов

».1:1ряжен:!я !1.1;! тока в зависимости QT ВыОj) 1i ill)l : .0.:T11011J".01111 3ПЯЧЕHHÉ CC

6;I 7 !фиг. 2) и диапазс!Иа внутреннего сопротивления ся»огo преобразователя между электродами 9 и 10 (фиг. 3) поступают на усилитель !, который ссвмс!цеп с ключевой схемой и осуществляет усиление импульсов со схе Ihi

18 To.BI:IKo в течение времени регистрации Ь

Импульсы с усилителя 12 поступают на счет-!!!к И, к.т рылi их!ест с-:стпый ход и с которого состояние считывается через время !) - Iloдачей соответствующих Оягна!QB на ключи 15, ..., 15" . Тогда частота следования импульсов в течение времени 1)- может быть определена п

1,.1к —, i;iv п — число импуль)сов, просчиli)L v тан!ных з:! время 1Р-. В случае необходимости

: 0 заданной программе счетчик мокнет сбрасыBBTbcB в исходное (незаполненное) состояние.

С гптыьяемая со счетчика информация может требуемым образом преобразовываться и вводпгься в ЦБМ для последующей обработки.

Пр едм ет изобретепп я

Элсктрохпмическп11 преобразователь, содер15 жащий капиллярную трубку пз дпэлектричелото материала, внутренняя по iocTB которой з!!1!Олис):1а жидким металлом, разделенным

ЭЛЕКТРО.1ПТОМ С Ион ЯМИ ЖИД)КО ГО МЕТЯЛЛЯ, И тр;! электро.ья с токоотводами, отл!!)!пющийся

20 тем, что, с целью pBclIJIIppHH5I функциональных возможностей, упрощения конструкции и технологии сооркп прссбразсвя!еля, в нем третии электрод выполнен в вид заполне нной жидким металлом трубки пз диэлектрического ма25 тернала, концентрично,расположенной с зазором iio отношеншо к капиллярной трубке.

I/, ((/Ы7П/

I fPe Cga

Фиг. 4

Составитель Г. Невская

Техред Т. Ускова

Г дактор С. Киселева

Корректор T. Добровольская

Изд. ¹ 1 104 Тираж 780 Подпи«н;>е

III IIII II1f1 Государствспиого комитета (.olil . и Министров C(.(.Ð

IIo делам изобретений II открl,lil!l

Москва, Ж-35, Рак(некая и;>б., д. 4, 5

Зека- 1796

0бл. I II!I. Ko«Tpo5ici(ofo тнравлеини II 3 J I « Ib«TI ., !!o,i! i > IiI .II il киви(иой торсовли