Способ определения степени разряженности химического источника тока

(23)Прнорнте СССРаф аевам взфбрвтев втквмтнй 83. Бюллетень Мопнсання 09.03 публнков) АвторыВ.И, Базин, С.Н. Зеленин и Б. К. Макареизобретения енное объединен 1) Заявительучно-произв СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ РЯЗРЯЖЕННОСТ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Изобретение относится к электротехнике, в частности к методам измерений и испытаний состояния химических источников тока (ХИТ), и может найти применение для контроля параметров автономных источников питания приборов различного назначения.Известны контактные способы определения степени разряженности ХИТ (остаточной емкости), согласно которым подключают к клеммам испытываемого ХИТ определенные приборы и измерительные схемы, определяющие временные зависимости напряжения на клеммах ХИТ при импульсном включении и от клюцении нагрузки. Экспериментально устанавливается взаимосвязь между измеренными временными характеристиками и остаточной емкостью ХИТ 1Однако укаэанные способы характеризуются низкой точностью и надежностью результатов, так как напряжение на клеммах ХИТ и его временные характеристики зависят от большого числа факторов, а не только от степени разряженности.Известен также бесконтактный спо" соб определения емкости ХИ 1, состоя щего иэ элементов, содержащих по край ней мере один металлический электрод, Способ основан на измерении взаимодействия низкочастотного электромагнитного поля с металлическими электро дами ХИТ, масса которых уменьшаетсяво время разряда 2 .Недостатком способа является не" значительная чувствительность, а сле" довательно, и точность измерения, осо бенно для ХИТ, в которых КПД метал-, лических электродов не превосходит 504. Использование данного способа ограничено ХИТ с металлическими электродами - он не применим для современных ХИТ с дисперсными электродами.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения степени разряженности химического источника тока (ХИТ), содержащего дисперсные3 10032 электроды, мс яоиие свой химический состав при разряд( (заряде) включаю щий электромагнитное зондирование ХИТ с измерением параметров дисперсного электрода, по величинам которых судят о степени разряженности. Способ реализуется с помощью миниатюрных полупроводниковых источника и приемника инФракрасного (ИК) диапазона электро магнитного излучения, вмонтированных 1 Е непосредственно в пластину дисперсно" го электрода на небольшом ( 200 мкм) расстоянии друг от друга3 )Однако известный способ не обладает достаточной точностью, так как по Ю казание датчика (датчиков) характеризует состояние разряда (заряда) небольшого локального участка электрода, а не всего электрода в целом. Данный метод также недостаточно надежен, так как сигнал с датчика ( дат. чиков ) может появляться в результате воздействия электролита на, например, защитное покрытие источника и приемника излучения, 25Цель изобретения - повышение точности и надежности способа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения степени разряженности ХИТ, содержащего по крайней мере один дисперсный электрод, меняющий свой химический состав во время разряда ( заряда ), включающему электромагнитное зондирование ХИТ с измерением параметров дисперсного электрода, по величине которых судят о степени разряженности, операцию электромагнитного зондирования источ-, ника тока осуществляют через стенку его корпуса, выполненную хотя бы частично из диэлектрического материала, 4 ф путем одновременного измерения модуля (Й) и фазы (Ч) коэффициента отражения СВЧ электромагнитной волны, падающей на диэлектрическую часть стен ки корпуса, и по значениям этих ве З лицин судят о степени разряженности ХИТ.Предлагаемый способ реализуется путем использования стандартной аппаратуры для бесконтактного СВЧ элект-Ю ромагнитного зондирования.На фиг. 1 изображена схема измере. ния степени разряженности ХИТ (элемента) согласно предлагаемого способа; на фиг. 2 - возможные ориентации И корпуса ХИТ (батареи) относительно направления распространения волны-бсй излучателя (рупорной антенны, положе 1 Оние 1 соответствует Фиг. 1); нафиг. 3 - калибровочные кривые Я(0)и (Я) - зависимости модуля Й и фазы т коэффициента отражения от степени разряженности 0В свободном пространстве с помощьюизлучателя (например, рупорной антенны) создают направленный пучок СВЧ излучения, падающий на диэлектрическуючасть корпуса ХИТ, который определенным образом ориентирован в пространстве и находится на некотором расстоянии от излучателя. Падающая на корпусХИТ электромагнитная волна проходитчерез диэлектрическую часть корпуса( ее толщина соответствует условию прозрачности ) и отражается от дисперсного электрода (электродов ); .расположенного в корпусе ХИТ вблизи диэлектрической стенки. Параметры отраженнойволны (модуль Я и фазакоэффициентаотражения) измеряются с помощью соответствующих блоков аппаратуры, Экспериментально установлено, что модульЙ и фаза Ч коэффициента отражения являются Функциями степени разряженноса ХИТ, т. . Й(а) и Ч (а), Этфакт является следствием измененияхимического состава, а значит и электрофизических свойств дисперсногоэлектрода во время его разряда (заряда). Установлено также, что определение 9 только по одному из параметровЙ и 9 неоднозначно ,т,е, .одному значению Я илисоответствует несколько значений Я,например два значения О).Одновременное же измерение модуляЙ и фазы Ч коэффициента отражения позволяет однозначно определить степень разряженности О с точностью,превышающую точность прототипа, Этоповышение точности достигается засчет интегрального характера получаемой информации о состоянии дисперсного электрода ХИТ (электромагнитнаяволна отражается либо всей поверхностью электрода, либо большой его частью)Повышение надежности предлагаемого способа обусловлено бесконтактностью измерений, отсутствием какихлибо датчиков или устройств во внутреннем объеме ХИТ,При практическом использовании предлагаемого способа для данного конкретного типа ХИТ предварительно производится снятие калибровочных зависимостей Я(О) и Ч(О)которы.5 003 используются при дальнейших измерениях,Для уменьшения погрешности определения О, которая связана с разбросом параметров электродов в различных ХИТ, неплотной их сборкой, произ" водят измерение Я и Р при нескольких, например 3 , пространственныхяориентациях корпуса ХИ относительно направления распространения волны и в усредняют результаты.П р и м е р. Для измерения степени разряженности ХИТ согласно предлагаемому способу используется стандартная СВЧ аппаратура, блок"схема 5 которой и расположение относительно . корпуса ХИТ показаны на фиг. 1, Схема содержит излучатель 1, например рупорную антенну, генератор 2 СВЧ и блоки 3 иизмерения и индикации со- щ ответственно модуля Р и фазы Ч коэффициента отражения. Излучатель 1 располагается на фиксированном расстоянии 7 = и - от стенки 5 корпуса 62элемента ХИТ (где Л - длина волны25 СВЧ иЗлучения, й " целое число ), вы"полненной (хотя бы частично ) из диэлектрического материала толщиной д .Ось излучателя 1 составляет с плос- костью диэлектрической части стен ки 5 корпуса ХИТ угол 90 . В этом случае прозрачность достигается, если толщина диэлектрической стенки д и длина волны СВЧ излучения связаны соот Предлагаемый способ по сравнению с известным характеризуется более высокой точностью измерений ( погрешность предлагаемого способа составляет 5-10, а известного 15-253), Кроме того, бесконтактность измерений позволяет определять степень разряженности без отключения ХИТ из электрической цепи.Предлагаемый способ применим для широкого класса ХИТ, использующих дисперсные электроды,ношением 35 3 д=п -2 ГГгде- диэлектрическая проницаемостьматериала; 40и - целое число,Корпус 6 элемента ХИТ содержитдисперсный электрод 7, расположенныйнепосредственно за диэлектрическойстенкой и меняющий свой химическийсостав во время разряда (,заряда), на-.пример катод на основе фторированногографита (СГх)п, Второй электрод 8,например металлический анод из лития,располагается задисперсным электродом 7. Электроды отделены друг отдруга сепарацией и подсоединены к выходным клеммам ХИТ 9, Электролит 10,например 1 И раствор 1 С 10 в тетрагидрофуране, заполняют поры дисперсногоЯэлектрода и свободный внутренний обьем корпуса ХИТ.Если иЗмеряется степень разряженности ХИТ в виде батареи элементов,6то при определенных положениях кор -пуса ( положения 11 и 111 на фнг. 2)последовательность расположения электродов 7 и 8 относительно диэлектрической стенки не играет роли для осуществления способа,При соответствующем взаимном расположении корпуса ХИТ и излучателяизмерительной схемы ( фиг. 1 и 2 ) для .данного типа ХИТ, например с литиевым анодом и дисперсным катодом наоснове фторированного графита, первоначагьно производится снятие калибро"вочных зависимостей модуля Й и ФазыЧ коэффициента отражения от степениразряженности Я .При калибровке степень разряженности определяется по разрядным характеристикам элемента ( батареи).Из калибровочных зависимостей (фиг.3)видно, что одновременное измерениемодуля Й и фазы Ч коэффициента отражения приводит к однозначному определению степени разряженности Я ХИТ.Например, точками 1 и 2 на Фиг, 3обозначены соответственно измеренныезначения модуля Я и фазы 9 коэффициента отражения(й = 0185+ 0,005;Ч = 16+1 ч) частично разряженного контрольного образца литиевого элементав диэлектрическом корпусе(фторопласт),содержащего дисперсный электрод наоснове фторированного графита, Контрольный образец по своим параметрамсоответствует элементам, по которымпроизводят снятие калибровочных зависимостей (фиг. 3). С помощью этихзависимостей определяют степень разряженности Я контрольного образца(Я= 254 ) и сравнивают с истинным значением (Я = 264).Погрешность определения Я , полученная по серии измерений контрольныхобразцов ( ХИТ), составляет 5-10 вовсем диапазоне изменения степени разряженности Я,Способ определения степени разряженности химического источника токаХИТ); содержащего по крайней мере 5 один дисперсный электрод, меняющий свой химический состав во время разряда .заряда), включающий электромагнитное зондирование ХИТ с измерением параметров дисперсного электро- ф да, по величинам которых судят о степени разряженности, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности способа, электромагнитное зондирование источ. ника тока осуществляют через стенку его корпуса, выполненную хотя бы частицно из диэлектрического материала,путем одновременного измерения модуляР 1 и фазы ( Ч)коэффициента отражения сверхвысокочастотной электромагнитной волны, падающей на диэлектрическую часть стенки корпуса, и по значениям этих величин судят о степениразряженности источника тока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЮ 482840, кл. Н 01 М 10/48, 1972.2. Патент США Ю 3359494кл. 324-295 1967.Патент США М 3460995,кл. 136-182, 1968.