Электрохимический интегратор сэлектрическим считыванием

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 Ц 5 ОЗЗ 3 Союз Советских Социалистицеских Реслублик(21) 2071118/18-1 22) Заявлено 01 51) М К Н 01 С 92 присоединением заявкиГасударственный хамитгавета Министров ССС аа делам изооретений. П, Шорыгин, Г, Л. Даниелян Ордена Ленина институт пробл(71) Заявител 54) ЭЛ ЕКТРОХИМИ ЧЕСКИ й ИНТЕГРАТОР С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЧИТЫВАНИЕМИзобретение относится к электрохимическии 1 преобразователям электрических величин и может быть иопользовано в устройствах для автоматичеакого контроля, обработки информации, в управляющих системах, системах связи, в автономных метеорологических комплексах, в измерителях интегрального уровня шумов или электромагнитных излучений и других как в качестве интегратор- ного, так и аналогового запоминающего или адаптивного элемента, счетчика времени наработки или элемента задержки. тх электрохимических интеве капиллярных ртутно-элеккулонометров с емкостным араметрическим считыванием ельное время интегрирования ри резистивном считывании), ение тока от высокочастотноеременного напряжения, иссчитывания, высокое выход- сопротивление, практически овлетворительное согласовапри использовании в выход,роводниковых транзисторов щее к значительному снижености, а также к резкому тности,изменения выходного пользовании емкостного преДля известньграторов на оснотролитическихэлектрическим пхарактерны длит(такие же, как пбольшое потреблго генератора ппользуемого дляное (емкостное)исключающее удние с нагрузкойных цепях полупи ИС и приводянию чувствительуменьшению красигнала при ис образователя по сравнению с рсзпстш 1 ным считыванием.Цель изобретения - уменьшение временипереключения, обеспечение большой кратности, линейности и стабильности характеристик управления, уменьтнение потребления тока от высокочастотного генератора считыванияя.Г 1 ринцип действия интегратора состоит в 1 О подаче сигнала считывания на наружную оокладку емкостного преобразователя капиллярного ртутно-электролитнческого элемента, так что цепь считывания отделена гальваннчески от цепи управления.15 В предлагаемом элекгрохимическом интеграторе, содержащем капиллярный ртутноэлектролитический кулонометр с емкостнымп преобарзователями, цепь управления, цепь считывания, образованную источником высо кочастотпого напряжения и разделительнымиконденсаторами, и цепь чтения, цепь считывания включена одним концом непосредственно на обкладки емкОстных преобразователей, расположещ 1 ые на капиллярах в цент ральной их части, вторым концом - к выводам входа управления вместе с выводамн От экранов, наложенных па капплл 511 э 11 НО обеим сторочам обкладок емкостных нреобразователеи, а цепь чтения образована позп следовательно соединенным сопротивлением60 нагрузки интегратора и другими разделительными конденсаторами и подключена непосредственно к входу управления преобразователя.Для увеличения крутизны характеристики вход управления - выход чтения (характеристики управления) два одинаковых капиллярных элемента объединены з общую, схему так, что как входы управления, так и выходы чтения соединены между собой последовательно, а входы считывания - параллельно, Чтобы получить знакопеременный выходной сигнал, на выход чтения подключают фазочувствительный детектор, опорным напряжением для которого служит напряжение считывания капиллярного ртутцо-электролитического элемента, подаваемое сюда через фазовращатель для обеспечения нужного сдвига фаз по отношению к выходному сигналу.На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого электрохимического интегратора; на фиг. 2 - графики зависимости выходного сигнала от смещения межэлектродного промежутка в капилляре (выраженного в долях длины обкладки 1,.) под влиянием заряда, прогекшего в цепи управления при заданном токе считывания, при различных соотношениях длин межэлектродного зазора 1, и длины обкладки 1, .Электрохимический интегратор состоит из двух одинаковых капиллярных ртутно-электролитических элементов, образованных изолирующими герметизирозанпыми капиллярами 1, заполненными каждый двумя столбиками 2 и 3 ртути, выполняющими функцию электродов, разделенными электролитными зазорами 4 и снабженными электрическими выводами 5 и 6. Входные элекгроды 2 через выводы 5 и ограничивающий резистор 7 подключены к зажимам 8 на входе управления интегратора, а электроды 3, называемые общими электродами, через выводы 6 связаны между собой.По концам капилляров 1 расположены экраны 9 и 10, также соединенные с общими электродами 3. Расположенные на капиллярах обкладки 11 емкостных преобразователей соединены между собой и подключены к одному из полюсов источника 12 напряжения считывания, а общие электроды через разделительный конденсатор 13 подсоединены к другому полюсу источника 12, Общие электроды 3 через выводы 6 и конденсатор 13 связаны с выходным зажимом 14, а входные электроды 2 через выводы 5 и конденсаторы 15 - с выходными зажимами 16 и 17. Нагрузка (например, вход усилителя и т. п,) подключается к зажимам 14, 16 и 17,При протекании в цепи управления униполярного тока через резистор 7 и капиллярные,ртутно-электролитические элементы, например, от верхнего зажима 8 входа управления к нижнему, происходит перенос металла согласно законам Фарадея с электрода 2 на 5 о 15 20 зо 35 чо 45 5 О 55 4электрод 3 у верхнего капилляра и с электрода 3 на электрод 2 у нижнего капилляр- ного ртутно-электролитического элемента.В результате происходит смещение межэлектродного зазора 4, заполненного электролитом, у верхнего капиллярного ртутно-электролитического элемента влево, у нижнего - вправо и притом на одинаковую величину, а суммарная длина ртутных электродов 2 и 3 в каждом элементе сохраняется прежней, Так как реактивное сопротивление емкостного преобразователя каждого капиллярного ртутно-электролитического элемента между обкладкой капилляра и заполняющей капилляр жидкостью на несколько порядков выше, чем сопротивление этой жидкости (ртути или электролита), то распределение тока считывания в капилляре по его длине не зависит от положения межэлектродного зазора 4. Вследствие того, что удельное сопротивление электролита по крайней мере ца два порядка больше сопротивления ртути, при прсдложенной схеме включения выходное переменное напряжение (напряжение чтения), снимаемое с выводов 5 и 6 управления капиллярных ртутно-электролитических элементов зависит практически только от положения межэлектродного зазора 4 относительно обкладки 11. Когда зазор данного капиллярного ртутно.электролитического элемента находится справа от обкладки 11 в зоне экрана 10, напряжение чтения максимальное, когда влево от обкладки в зоне экрана 9 - минимальное.Учитывая, что сигнал чтения попадает на выход интегратора в противофазе, получаем, что при промежуточном, среднем положении зазоров 4 под обкладками 11 выходной сигнал интегратора равен нулю, при отклонении в ту или иную стороцу сигнал возрастает, достигая максимума, когда в одном капиллярном ртутно-электролитическом элементе зазор под экраном 9, а в другом - под экраном 10, Емкости разделительных конденсаторов 13 и 15 выбирают так, чтобы их реактивные сонрозивлеция на частоте считывания были малы по сравнению с остальными сопротивленц 51 ми схемы.Входные сопротивления капиллярных ртутно-электролитических элементов (по цепи считывания) определяются реактивными сопротивлениями еикостных преобразователей, выходные сопротивления (по цепи чтения) - сопротивлением электролита в межэлектродных промежутках 4 на поремепцом токс и положением этого зазора. Наибольшее напряжение ч(ения на выходеодной половины схемы15088135Хс, - реактивное сопротивление емкости ого прео бр азов аз ел я.Линейный участок амплитудной характеристики по цепи считывания: б(3) 1 О 15 где У.ч -Лэ,20 25 сч- с Э 1Яр,1 р -- х -- ) КХссч 2;, 2Яэ, - Лр,Р,р,напряжение считыг ания источника 12;длина обкладки 11 преобразователя;оопротивление единицы длиныкапилляра 1, заполненногортутью;сопротивление единицы длиныкапилляра 1, заполненного электролитом;реактивное сопротивление обкладки 11 - заполнение капилляра на единицу его длины;длина столбика ртути в капилляре у общих электродов 3;длина межэлоктродного зазорасмещение зазора относительноправой кромки обкладки 11, т. е,со стороны общего электрода 3,Полученные при анализе системы выражения позволяют найти зависимость формы характеристик от основных линейных размеров капиллярного ртутно-электролитического элемента, аналитически определи 1 ь рабочий диапазон Ь и выбрать оптимальные параметры элемента для предложенного интегратора 30 35 40 где р = М(У)причем Л - наи. большее отклонение расчетной характеристики У, = ср/х от касательной, проведенной через точку максимальной крутизны этой характеристики,Как видно из кривых (фиг, 2), рассчитанных по полученным уравнениям на ЭВМ, по мере уменьшения относительной длины межэлектродного зазора практически линейный участок увеличивается, а абсолютная нелинейность, заданная в неизменном диапазоне, например от 0,1 до О 9 (Учс Лс ) макс уменьшается. Формула изобретения Электрохимический интегратор, с электрическим считыванием, содержащий двухкапиллярпый ртутно-электролитический кулонометр с емкостными преобразователями в виде обкладки на каждом капилляре, цепь управления, цепь считывания, образованную последовательно соединенными источником переменного напряжения и разделительным конденсатором, и цепь чтения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени переключения, обеспечения большей кратности, линейности и стабильности характеристик, уменьшения потребления тока от генератора считывания, цепь считывания включена на обкладки емкостных преобразователей,и на общие для цепей управения и считывания электроды кулонометра, с которыми соединены расположенные по концам капилляров экраны, а цепь чтения, образованная последовательно соединенными разделительными конденсаторами и нагрузкой на выходе устройства, подключена непосредственно к входным электродам кулонометра.Заказ 5 Подписноев СССР Т, Загорский филиал ЦНИИПИ Госуд н 113035с га 8 Тираж 963 го комитета Совета Минист зобретений и открытий Ж.35, Раушская наб., д, 4/5