Электрохимический преобразователь

О П И б-А.-И- ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ Союз СоветскихСоциалистическихРеслубликГесударстееееый коиетет Фаетв Мееетрев СССР ее делам ееобретеае 1 е етщатеПр горнтет -ОпубсН 1 ковано ЗО,Х 1.1973. Бюллетен Дата Опубли(кованпя О,писанп 5 27 Л. вторызобретения Заявитель ЕКТРОХИМИЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ, С, Лидоренно, В, В, Трейер Я, Клименков, Б.:В, Тимофее и.Е, М, 11 зобретене Относигс 5 к Ооластн сове 13- шенствования преобразователей эле(ктрических сигналов для измортел.ной и вычисли. (ел(ной техники и других устройств, работа 1 О- щих в области пнфраннзких частот и вьеполнс(нных на основе ртутно-ка(пиллярных интегрирующих элекврохимичсских элементов.1 Лзвестные г, настоящее время ртутноэкапиллярные эсектрохимические приборы выполняют несколько ограниченное число преобразований с элелриче "кими сигналами.Преобразователь по данному изобретению отличается от известных тем, что в нем третий электрод выполнен в виде заполненной жидким металлом трубки из диэлектрического материала, располо 5 кенной концентрично с зазо. ром по отношению и капиллярной трубке, что позволило расширить его функциональные возможности, упростить конструкцию и технологи 1 О сборки,На фпг. 1 изображен эскизно электрохимический функциональный п(реобразователь (без корпуса); на фиг. 2 - принци(пиальная схема е(о включен 5 я 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(ктрох 5 мического функцион ального преобразователя.. Я. Воронков, И, Г, Щигорев, В. Е. Дмитриенко, Е, (ВБариновШмарьян Электрохимичсский функциональный преобразователь конструктивно выполнен в следующе 1 виде. 11 аруакная капллярная трубка 1 виутрешгпм диа.,1 епром 0,6 - 1,0 51,и заполняется ртутью, разделенной каплей электролита, содержащего иОны ртут(. В наружную капиллярную трубку 1 поме 1 цают внутреннюю каппллярную труо(ку 2 с в(нешним диаметром, меньшим внутреннего диаметра наружной кап пиллярной трубки, и с внутренним диаметром20 - 100 .к. Внутренняя капиллярная трубка заполнена ртутью и загерхет 1 зирована в месте ввода в нее металлического электрода 5 (рабочп 11 электрод) компаундом, например, 15 (,а осповс эпокс 11 дной смолы. Открытый конецвнутренне (капиллярной трхбки с ртутью расположен в электролите, а металлические электроы 4 и 5 в наружной капиллярной трубке 1 образуОт контакт с ртутью.й Электрод д является управляО 1 цим, а электрод 4 - общим, Все электроды выполнены никелевыми. Наружная капиллярная труб(ка 1 вместе с электродами 4 и 5 и внутренней 5 капиллярной трубкой 2 герметпзируется с образованием демпфируОпих воздушных 1 с 1(нертной средой) зазоров. Для придания п(рибору механической прочности он может быть помещен в металлический корпус и залит геро метпзирующим эластичным кое(паундом.Работает преобразователь следующим образом.Интегрирование с ис)пользова)инем считывания иноформации по сопротивлению осуществляется при пропускании постоянного тока управления между электродами 3 и 5 и считыванием значения на переменном токе между электродами 3 и 4 либо при пропускании постоянного тока между этими электродами считьрванием значения сопротивления ца переменном токе меркду электродами 3 и 5 (фиг. 1), Изменения сопротивления Л 1( осуществляется в случае:а) изменения уровня заполнения трубки 2 ртутью при протекании электрохимическцх реакций, связанных с прохождением постоянного тока между электродами 3 и 5 либо 3 и 4.В первом приближении можно записать(1)вв где р- удельное сопротивлеНие электролита, ом.см;1 к =0 - ,У так - РасстОЯИР)е От ОтюРытого конца внутренней капиллярной трубки до мениска ртути в нем, см;5 в - площадь поперечного сечения по внутреннему диаметру внутренней капиллярной трбки, ем;б) изменения поверхности капли ртути ня открытом кон)це внутренней капиллярной трубки 2 ири протекании постоянного тока между электродами 3 и 5, либо 3 и 4.В перВом п 1)иближении тякаке мож(цо заРцсать, чтоМ вов экв)экв 4 " экв кр (2) где р " - удельное поверхностное сотротивление на границе ртуть-электролит, ои, см - к;ЛЯа- изменение эквивалентной поверхцо. сти капли ртути;С)ва - ВиутрЕННИй дИаМЕтр ВцутрЕННЕ 1 Капиллярной трубки, см;5 ав вр - ЭКВИВЯЛЕНТНЯЯ НОВЕрХНОСтЬ Риац тц ртути, смв, соответствующая такому ее размеру, при котором происходит отрыв ее во внутренней капиллярной трубке либо за счет гравитационных сил, либо за счет сил поверхностного 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 сопроти)влецР 5 с использованием прциципя по и. б) при достижении Я вв происходит автоматически сброс его В ИСХодНОЕ СССТОННИЕ Л ту, В рядС СЛучяЕВ ТР)- кое устройство прибора может быть полезных. Однако необходимо заметить, что д этом случае имеет место значительно больший удельный Вес рслктцдцой составляюц 1 сй (смкост 5 1 О 15 20 25 30 з 5 40 45 50 55 00 ной) в измеряемом полном значении сопро. тивления прибора, зависимого от текущего значения )(, чем в случае по и. а).Электрохимический функциональный преоб. разователь может:быть иСпользован и в Качестве реле времени с образованием ртутного контаКта )в момент его срабатывания. Ртуть из внутренней капиллярной трубки переносится за счет электрохимической реакции при пропускании электрического тока между электродами 3 и 5 или 3 и 4 на требуемую длину 1, (фиг, 1), внутренняя капиллярная т)рубка 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,капиллярцой трубки 2 оказьрвается погруженным в ртуть, На ЭТОМ ЗЯКЯНЧ)даОТСЯ ВСЕ ПОдГОтОВцтСЛкНЫЕ ОПЕ. рации.С момента начала Отсчета Времени ъеркду электродами 3 и 4 пропускается рабочий ток Рр,о. таким образом, что катодом является электрод 3. Внутренняя капиллярная трубка 2 благодаря электролизу заполняется ртутью, электролит вытесняется в наружную капиллярную трубку 1. Когда весь электролит из трубки 2 вытеснится, в ней происходит замы канне ртути с ртутью в наружной капиллярцой трубке 1 и образование ртутного контакта между электродами 3 ц 4. Повторное использоВанне прибора в таком режиме предполагает перераспределение объемов ртути в наружной капиллярной трубке 1 таким образом, чтобы открытый конец внутренней капиллярцой трубки 2 оказался в электролите. Подгото. ьцтельные операции повтсряОтся.Время задержки 1 з в первом приближении моркст быть записано следуогцим образом:1 а - .; К (3)1 ра,.)где К - К(15 эффицР)ент,пропорцОна ьР)ост)1, зависящий от конструктивных параметров электрохимцческого функционального преобразователя и свойств используемой электрохипчсско системы.Время задержки 1 может варьироваться в широки;( иределах, от 10 до 10 сек,Ге)ераия низкочастотных сигналов с управляемой ЯстОто) может быть ОсущестВлеца электрохцмцчсским функциональным прсобра. зо)дателем следующим образом. Пропуская ток подстройки между электродами 5 и 4, дыбирают расстояния между открытым концом внутренней кациллярцой трубки 2 ц менцском д царун(ной капцллярцой трубке, пр, Котором обрязодь)ваОщяяс) Ня торцс трубки 2 кяР)л 1 ртут: срывается с него силам поверхностного цят 5 жсцР)я В момсцт касания мсццскя рт 7 т).В)НолнсР)ныс о(цсцочцые расчеты показали, что имеет место соотцо)пение15Гдг 1 О с - МяКСИМаЛЬНОЕ раССТОИНИЕ МЕОКду открытым . концом внутренней капиллярной трубки и мениском ртути в наружной капиллярной трубке, см;Г - критический радиус капли ртути, см; 5ст - . коэффициент поверхностного натяжединцця,смГо - -внУтРенний ДиаметР внУтРенней капиллярной трубки;орна - плотиость раствора, г/сло;р - ,плотность раствора, г/смз;о - ускорение силы тяжести, см/сек 2.Частота генерацииопределяется радиусом капли ртути Г., который в свою очередь рассчитывается по заксонам электролиза Фарадея с использованием парамгтров электрическоц схемы управления и приложенного напряжения. При 1(1;.оО1- с К - -,У).К 2 - коэффициент пропорццонялыностц.Диапазон ЧаСТОТ ГгСР са 1 ЦИ СОСТЯВЛЯС Г1 - 10 -гГ. Напряжение управления должно -5быть таким, чтобы ца самой элгктрохцмцческой ячейке уц 1) явлспя Осргделяться, какправило, уровнем действующей помгхц.В моСпт (асгои 5 Капли ОбразоВагшгйсяна торце трубки 2, поверхности мгцнска замыкшотся электроды д и 4 (фг, 1), ВозникающнЙ прц этом 1 ерспсд пягря)кеций В точке соединения сопротивлений 6 ц 7 делителя напряжения (фиг, 2) в виде импульса длительностью, рявноц времени замыкания электродов 0 си 4, передается через разделительнуоемкость 8 На усцлитель и затем, если это необходимо, на схему счета импульсов. Схсмныйсимвол электрохимцческого функциональногопреобразователя (фцг. 3) цмс т упрявляой Оэлектрод 9, рабочий элсктрод 10 и обцпй электрод 11.Преобразование интеграла тока в частотуСЛЕдовсацИя цпуЛЬСОВ МОЖСТ ОЫТЬ рСЯЛИЗОвяно слс;уосц)м ОбразО). Изм "1)яемыЙ ток пропускаот между электролами 5 и 4, а напряжение управления прцкладыв;пот между электродами ) и 5 (фиг. 1), Подачей напряжснияподстройки с 1, (фцг. 2) гыряот цсходносзцячсцие расстояния о между открытым кон- Оцом внутрецнец капцллярцой трубки 2 ц ме.н 5 ско ртути В няружцой кацллярно трубке 1, Током 12 стройки церер аспределяютсяобъемы ртути в течение времени подстройки,В исходном состоянии преобразователя частотя генерации прибора =о. Режим генерациив пргобрсзователе;алогцчсн описанному выше для случая генератора .Изкоястотц,х сигналов с спрзвлг,01 1 ястотой с тг лцгспразлцчцем, что прцложецнос между электро- ПОдаМИ э ц 4 цяц)5)КСццг Мрян;СНП 5 Сl 5 ОСТсСТс 51 пс(тояоным. Расстояние с измснястся 32счет цротскацця токамежду электродамц4 ц 5 в следуощцх пределах 1 о.(,(, причемО+. тс с- в "(Г -, Го"Г = Кз) ,.:,Ж,где Ко - коэффициент ПРОПОРциональности,зависящий от конструкции преобразователя ивыорг.иной электрохимической системы.Изменение значения Е приводит к изменениючастоты генерации преобразователя, при этом1 = Ас/ (.й,т. е, У. выполняет роль коэффициента пропорццональностц, определяющего чувствительпдс 1 п,)сОбрязова.1 Я В частоту следОВаниЯ;)ПУ Ц,; ОВЛ 1 -- КОЭ(РфЦИЕт, 32 ВЦСЯЩИЙ ОТ КСНСТР)Кцц: преобразователя и выбранцой электрохцМПЧОСКой СьССЗЫ,Расстояниеможет быть измерено це тольКЗ путем ПЕрсраСснрЕдСЛЕЛця ОбЪЕМОВ ртутИ Втрубке 1, но и изменением формы ее менцскяпрц пвочсканиц персз 1 енпОГО тока ме)кдуэлсстродяц д ц 4.В этом случае =1(со,А)с/5, где со ц А -частота и амплитуда переменного сигналя,:сж,у электродами 5 )1 4.В этом случае предлагаемый электрохнмическцц (1)ункццоцальцый преобразсватгль можгт оыт;спользовяп в ка сстве частотно-импульсОго модулятора высокочастотного пери.одцчсс(ОГО сцгцаля я якС В качгстВе устРОСтзс ) МЦОЖСЦЦ 51, ПРЕООР 23 УОЩЕГО П)ОЦЗВЕдецце напряжения постоя(Иного тока С/ и ня 1,)яжсцце пгргмсгНОГО тОка ЕУ В частОтуСЛЕ;ОВЯНЦЯ ЦМПУЛЬСОЗ.И, НсКОПСН, ПргдлатагЪЫИ ПрЕООразонаТСЛ 1.ОИСЕТ ОЫТЬ ПСПОЛЬЗОВЯП В КЯЧССТВЕ МОДУЛЯТОря пцфряццзкочястотцых пврподцческцх сцг 1 сзлов в ястотно-ц:5 пульоный код, Прп этомО 1 ЖЦО ОЫТЬ СООЛЮДСНОСЛОВЦ( ЧсСТОТ 2 Модулцрусзого псрцодцческого сигнала должнабыть много меньше цесущей частоты 7 о, соот.Ветствуюцсй /о. Ряс)стояние Ро в этом случаеыбцрястся цз условия получения требуемойМ 21(ЦМ 2 ЛЬНОЙ ДСВПЯЦИИ Ч 2 СТОТЫ 1 с, ПРэтом 1=о+.1.;,с соответственно 1 о+М" (:з с: .1 одмлцремый сигнал подается междуэлектроламп 5 и 4 в соответствии со схемойвключения прибора. Нокязяной на фиг. 3.В эгом случае текущему значснцю входногосГцяля соотвс с твметястотя Генсрцрмгы химпулсов сс):+Л где /=0 - ;-),.Перецпслеццые выше функции преобразователя, кроме нтегрированця с памятью ц счц.ТЫвсннгм ЦфОР)Яцп На ПЕРЕМЕПНО) ТОКС, стсткжс цспо 30 В 2 писм еГО в Вцде Г)еле ВРгмес Обрязс)вяццем ртутного контактаогутОытв реализованы; ( рцеьенье) рабочегоэлектро:я другой ковструкццв Оц может бытьв 1:лцсц Г испол 03 ццг мцкооц 1)ОВО;я сх)П:сскц гтойк м нзолцрующцм покрытием.ТО)е :1Опрс)вс);сз яця,йгцчп; тор трбкне и)1 еет ЗолцГ)У 10 НСГО покР 1 тц 51 1 12 ход;Гся В конантс с электролцтом. Один ко.1 СН РЯООЕГО ЭЛЕКТРО;с ВСТЯВЛЯОт ВО ВНУТРСЦцкцс) ".Ость кяпллярцой трубки 1 ц ггрмсти.408986 т 1 ес 11 закрепляют компаундом, другой - прцсоеди 1;яют к контактному выводу ц исгпользуют з качестве токоподвода. Материал рабочего электрода, соприкасающийся с электролитом, является цо отношению к нему электро. хпмггческц стойким. Для этого может быть ис. пользоваид, например, платина. Работа прибо. ра нцалогично описанной ранее с той лишь разцпцс 11, что капля ртути образуется не от ртути ид торце электрода, а на открытом м.- галлическом конце рабочего электрода.Электрические сигналы в,виде импульсов ц 11;1 р я же 1151 и,1 И тока В заВисимости От ВыОр.иных .стиоцсипй значений ссггротивлециЙ б и 7 фиг. 2) и диапазсИа внутреннего сопротивления самого преобразователя между элек. тродами 9 и 10 (фиг, 3) поступают ца усилитель 1, который ссвыссцеп с ключевой схемой и осуществляет усиление импульсов со схемы 15 толыко в течение времени регистрации ср Импульсы с усилителя 12 поступают на счетчик 1.1, кот рыл имеет счетный ход и с которо. го состояние считывается через время с подачей соответствующих сигналов на ключи 15, ., 15" . Тогда частота следования импульсов в те 1 егг 11 е времени Ь- может быть определена г1,.к - , глс п - число импульсов, просчиС 1 з 11таицых з: время 1 Р . В случае необходимости5 .э заданной 1 рогрдммс сд 1 етчик может сбрасы"вдться в исходное (незаполненное) состояние.С гптыьдемая со счетчика информация можеттребуемым обрдзом преобргВовггвдтг.с 51 и ВВО.дигься в ЦБМ для последующей обработки,10 Предмет изобретения Элсктрохпмическпг преобразователь, содер жащий капиллярцую трубку пз диэлектрического материала, внутренняя полость которой з;полис:а жидким металлом, разделенным элсктрс.птом с ионами жидкоГО металла, и тр; электро;1 и с токоотводами, от,ссстющссссся 20 тем, что, с целью расширения функциональныхвозможностей, упрощения конструкцип и технологии соорки прссбрдзсвделя, в нем третий электрод выполнен в виде заиолценной 5 кидкцм металлом трубки пз диэлектрического ма терцала, коццентрично,расположенной с зазором ио отиошеишо к капиллярной трубке,11 РЕрр Составитель Г. НевскаГехред Т. Ускова Корректор Т, Добровольск Гдактор С. Киселев 106 Тираж 780нного козцтета Совец Мцстроц СС(изобретений ц откр,цйЖ, Раунска и;б., д. 4,5 Изд. Ъ 2111111 П 11 Государствцо делаМосква,Заказ 1/ адццсцое Обл. гцн. Костровско унравлення цзлв е,ьств, цолГр 1 фц ц кц(кцо 1 Торсозац