Электрохимический интегратор

О П И СА Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 399,018 Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельства-Заявлено 14.Х 11.1971 ( 1725029/18 присоединением заявки-Кл. Н 01 д 9/22 Государстненныи комит Совета Министров ССС но делам изобретенийн открытий ПриоритетОпубликовано 27,Х 1973. Бюллетень38 Дата опубликования описания 1.Х 11.1973 с, 621317,736 (088,8) вторызобретения Шорыгин, А. Н. Б ашов, Л, Л. Гварамадз Г. Т. Казмин. В. Казаря дена Лени институт проблем уп и телемеханики) итель автомати ТРОХИМИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР ерительнои вания элек 10 Изобретение относится к избтехнике и служит для интегриротрических 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 укеныпения 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 устроству сравнсния.На чертеже изображен предлагаемый интегратор,Он содержит два капилляра 1, 2, соединенных между собой трубкой 3, 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 1 н. водный раствор К 1, атакже столбиками электролита 13, 14, содержащии в достатоом д,я электролеза ,оличествс ионы ртути, например водный рас 5 твор К 1+1-1 о 1 Между столбиками электролита 9, 10, 13, 14 и торцамп капилляров имеются пузырьки из пнсртного газа 15, 16, 17,18. Торцы обоих капилляров, после заполнения ртутью и электролитом, герметически закрывают крышками 19, 20, 21, 22.Капл ртути и столоию электролита, нссодержацсго ионов ртути, контактируют синертньпп, например платиновыми, электродами 23, 24, 25, 26, 2;, 28, 29, 30,15 Электроды 26, 30 предназначены для подачи на них входного интегрирующего тока,Электроды 23, 24, 25 связаны соответственнос входом и выходом устройства обратной связи 31, а электроды 27, 28, 29 - с устройством20 обратной связи 32. Входы 31 и 32 соединены с устройством сраьненпя частот 33 измерительного устройства (устройства считывания).Устройства обратной связи 31 и 32 принци 25 пиально нс отличиотся от подобных устройств, применяемых в гссраторных системах, и состоят 3 у силтсля псреысного тока н рсгу.русского фазовращатсля.Устросв обратной связи 31 и 32, элск 30 тричсскп соединеныс с соответствующимиуправляемыми резонаторами, образуют двенезависимые колебательные системы, Таким образом, интегратор состоит из двухсистем, собственно частота колебаний которь 1 х зависит от жесткости и колебательной массы электромсханического управляемогорезонатора каждой системы. Выходные сигналы в виде электрических сигналов тех жечастот годаются на устройство сравнения ЗЗ, выделяющее разность частот колебаний, которая и является выходной величиной интегратора.При самовозбуждении системы, включающей устройство обратной связи 31, 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 практическине содержит легковосстанавливающихся 10 15 20 Окисля 1 ощихся) ионов, то при поляризации (амплитуда переменного напряжения должна быть меньшев) на границе раздела фаз ртуть - электролит электрохимическис акты нс происходят. Ввиду того, что поверхностное 25 натяжение на границе раздела фаз зависит от поляризации ее, то происходит периодическая деформация поверхности раздела фаз возбудителя, что, в свою очередь, вызывает возвратно-поступательное движение ртути и З 0 электролита вдоль оси капилляра. При герметически закрытых концах капилляра такое движение возможно (ртуть и электролит 1 рактичсски неся(имаемые жидкОсти В этих условиях) только благодаря изменению газо вых объемов. Граница раздела фаз ртуть - электролит б - 10 (приемник автоколебательной системы) деформируется в виду различия ги,1 родинамических свойств ртути и электролита, что вызывает периодическое изменение 40 строения двойного электрического слоя, образовавшегося на этой границе раздела. В результате на электродах 25, 26 возникает переменное напряжение, которое подается на вход устройства Обратной связи 31. 45Соответствующим выбором коэффициента усиления и фазового сдвига устройства об. ратной связи осуществляется колебательный режим раооты рассматриваемой системы.Вторая колебательная система, образован ная управляемым резонатором капилляр 2) и устройством обратной связи 32, 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 выполнено ивсстиыми методами, сигнал отсутст вуст. Разделение управляемых резонаторов пористой перегородкой 4, благодаря ее гидравлическому сопротивлению, практически исключает взаимное влияние при работе обеих систем. 65 При подаче на электроды 2 б, 30 интегрируемого сигнала, заданного электрическим током, про исх",дит электрохимический перенос ртути из одного капилляра в другой в зависимости от полярности входного сигнала в соответствии с известными законами Фарадея, так как электролит 13, 14 этой системы СОДЕРЖИТ ИОНЫ РтУтИ. БЗаЕ 1 ЕНИЕ МаССЫ РтУТв каждом управляемом резонаторе (прн уменьшении массы ртути и 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 то и пе ременной массы ртути, величина которой пропорциональна интегралу от входного (интегрируемого) тока по времени.Соответствующим выбором геометрической формы внутреннего сечения капилляра может быть получена прямо пропорциональная илн другая необходимая зависимость между собственной резонансной частотой и интегрируемым током.При изменении собственной резонансной частоты колебаний одной системы на Л, т. е, =а+Л, частота второй системы становится 6=0 - Л (при начальном равенстве частот 1==о), когда колебательная масса и жесткость обоих управляемых резонаторов предполагаются соответственно равными, и на выходе устройства сравнения частот ЗЗ сигнал отсутствует, При интегрировании на выходе устройства сравнения 33 появляется сигнал, равный 2 Л, 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 33 частота соответствует 2 Лмакс, прои переносе ртути входным током наступает момент, когда 2 ф=О, что вызывает срабатывание нуль-органа на выходе устройства сравнения 33, 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 одновременное и одинаковое воздействие на оба рсзо:атора, что при принятой схеме построения интегратора приводит к практически полПредмет изобретения Составитель Г, НевскаяРедактор Е. Андреева Техред Т. Ускова Корректор Е. Хмеле Подписноеи СССР аз 3265/15ЦНИ Изд.1973Государственного комитетапо делам изобретений и Москва, Ж, Раушскал Тираж 780Совета Мннистрооткрытийнаб., д. 4(5 Типографии, пр. Сапунова ному исключению влияния температуры на результат считывания интегратора.Ограничение верхнего (или нижнего) предела интегрирования в предлагаемой конструкции достигается нарушением электрического контакта входных электродов 2 б, о 0 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 электролитом, а другои - электрохимически неюактивным электролитом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и температурной стабильности, он снабжен дополнительной аналогичной камерой, соеди ненной 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.