Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора

(19) ( )5 Н 01 М 10/42 ГОСУДАРСТВ Е Н Н ОЕ ПАТЕ НТНО ЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ 03277/07,М,с. ельман В,ИМ,: ГНТИ 1963, с, 4 Йптон Т кии справочни еской литерахимика у Кра05ВториМ,: Мир, 1985,инов П.И, Стацые установки,с, 90. цные ист с, 175. ионарные М,: Энер ока.Уст куму лятор 1970,3 ) аааааа Изобретение относится к техниизмерения, конкретно к способаммеренйя плотности свинцовых аккуторов (СА).Известен спности электролметра .Основными недостатками данногспособа являются;- низкая достоверность измерт,к. знацения плотности электро ткуда бе- лектролит и, могут тностивнутри бло сма в то ебуется тность Остью: т,к. изцную. ения, лита(21) 49 (22) 1 с (46) 23 (72) 1 О, и Ю.В,С (56) Пр ники то 1976, сРасо тока. Л 569.Спр 1964,Спр особ определения плотита СА с помощью арео(54) СПОСОБ ОПРЕРЕЛЕНИЯ ПЛТНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТА СВИНИВПГ 0 АК(УМУЛЛТОРА (57) Использование: способ предназначен для определения плотности электролита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: при определении плотности учитывается отданная теку" щая емкость свинцового аккумулятора, коэффициент пропорциональности между приращением разрядной электрической емкости аккумулятора и приращением плотности электролита. Кроме того, учитывается уровень электролита, при ращение плотности электролита за счетосамозаряда при 20 С, Текущую плотность электролита при разряде аккумулятора получают суммированием плотности электролита перед началом раз- , С ряда и приращением плотности электролита за счет разряда и саморазряда аккумулятора. 1 табл. в верхней части бака СА, рут некоторое количество для осуществления измерен отлицаться от знацений пл электролита находящегося ка пластин СА, на +0,05 г время, как для практики т оценивать интегральную пл электролита с большей тоц- высокая трудоемкость мерения осуществляются врИзвестен также способ определени 1 плотности электролита при стоянке СА без тока, принятый в качестве прототипа, путем измерения установившегося значения ЭДС. Е свинцового аккумулятора и определения плотности электролита по формуле (7) 1й = Е - 084 (г/смз) (1) 10 Однако этот способ имеет методическую погрешность до 0,01 г/смз ине позволяет определять плотностьэлектролита СА в процессе разряда,т,к, при разряде невозможно измерятьЭДС, в то же время, контроль плотности электролита СА при разряденеобходим, т,к. он позволяет оценивать состояние СА в процессе разряда, его остаточную емкость и выбирать оптимальный режим разряда.Целью изобретения является повышение точности, а также измерениеплотности электролита в процессе разряда, 25Сущность .изобретения состоит втом, что в режиме стоянки аккумулятора без тока измеряют его установившуюся ЭДС, но в отличие от прототипа, с целью повышения точности, атакже измерения плотности электролита в процессе разряда, предваритель"но определяют:- зависимость установившейся ЗПССА от плотности электролита, напри"мер, при 25 С используя известнуюаналитическую зависимость (2)которая обеспечивает большую точность определения плотности электролита поустановившейся ЭДС, чем это достигается в прототипе при использованииэмпирической формулы;- изменение активности серной кис"лоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры 45на 1 С;- коэффициенты пропорциональности между приращением, разрядной емкости аккумулятора и приращениямиплотности электролита, а также поправку к ним, учитывающую влияниеуровня электролита в аккумуляторе науказанные коэффициенты пропорциональности,- приращение плотности электролитаоза счет саморазряда при 20 С,При измерении плотности, электролитав режиме стоянки аккумулятора без то"ка дополнительно измеряют температуру электролита, и, используя известные температурный коэффициент ЭДС (2, с, 83) и изйенения активной серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на 1 С вычисляют ЭРС аккумулятора при 25 ОС, после чего, используя зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25 ОС, опре" деляют плотность электролита при 25 С, а в процессе разряда измеря" ют ток разряда, время разряда, тем" пературу электролита, вычисляют от" данную аккумулятором емкость приращение плотности электролита за счет .разряда аккумулятора, приращение плотности электролита за счет само- разряда при измеренной температуре, а текущую плотность электролита при разряде получают, суммируя плотность электролита перед началом разряда с приращениями плотности электролита за счет разряда и саморазряда.Для определения плотности электролита предложенным способом предварительно определяют зависимость установившейся ЭДС свинцового ак" кумулятора от плотности электролита, например, при 25 С, используя известную аналитическую зависимость, кото рая обеспечивает большую точность определения плотности электролита по установившейся ЭДСЕ=2041+0,0591 1 д --- ) (2)а НБОа НгОгде а Н БО - активность серной кислоты;а Н О - активность воды в водных растворах электро" литовИз формулы (2) не просматривается связь между ЭДС и плотностью элект" ролита СА, Однако такая связь существует поскольку активности а НАДБО и а НО зависят от концентрации и температуры электролита.Таблицы отражающие эти зависимости, приведены, напримерв-(3) ив (4) а концентрация и температура ,однозначно определяют плотность электролита. 8 (3) с, 522 приводится таблица, связывающая концентра" цию с плотностью электролита при 20 С, в (5) даютея поправки плотности в зависимости от температуры, Указанные данные в совокупности позволяют определить зависимость плот5 177719 ности электролита от установившейся ЭДС .СА при известной температуре, Ниже приводится таблица, в которой по результатам анализа данных (л.3,5, 6) определена зависимость установившейся ЭЯС СА от плотности рао створа серной кислоты при 25 С.Указанные в таблице эксперимено тальные значения ЭЛС Есп при 25 С и концентрации в массовых процентах взяты из,(л.3, с. 81), При этом . концентрация в массовых процентах пересчитана на мольную концентрацию (моль/1000 г растворителя) по изве стной (л. 4, с. 494) Формуле. где тп - малярная концентрация;20Р - концентрация в массовых процентахтМ - молекулярный вес растворен-.ного вещества (НАДБО),выполнены расчеты и получены остальные данные таблицы. Если в таблицеопустить первую строку, посколькутакие малые концентрации (плотности)в аккумуляторной практике не применяются, то погледний столбец указанной 30таблицы показывает, что расчет плотности при стоянке СА без тока предложенным методом обеспечивает достаточно высокую точность, удовлетворяющую требованиям практики, 35В предложенном способе предварительно определяют также, изменениеактивностей серной кислоты и воды вводных растворах электролитов при изменении температуры на 1 С. Это свя- тозано с предусмотренным в алгоритме,реализующем предложенный способ, пере"счетом установившейся ЭДС с текущей4температуры на температуру 25 С, Приразряде СА различными режимами от т 5одночасового до 75-часового плотность электролита Й по окончанииразряда изменяется в пределах от1,210 до 1,029 г/смз при 25 С, что- соответствует изменению молярной кон Оцентрации тп в пределах от 4,260 до0,517 моль/1000 г, Как видно из (л.5с. 115) при концентрации 9,616,6 мас.Ф что соответствует тп=1,08- .2,03 моль/1000 г, активность а Н О 55в растворе серной кислоты практически не зависит от температуры, В диапазоне концентраций тп = 4,2600,517 моль/1000 г, которые имеют место по окончании разряда СА различными режимами, наиболее явно зависимость активности а Н О от температуры про"го является при концентрации 28,3 мас.4 или 4,02 моль/1000 г. Такая концентрация электролита возможна после раз" ряда СА 1-часовым режимом, Но и в этом случае изменение активности а Н О на 1 С составляет менее 0,001,г.что дает основание пренебречь им.Таким образом, при разработке алгоритмов, реализующего предложенный способ, определения плотности электролита СА, принято допущение, что активность а НО при тех концентрациях (плотностях) электролита, которые имеют место после окончания разряда различными режимами, не зависит от температуры.Активность серной кислоты а Н БО при увеличении температуры уменьшается при всех концентрациях (плотностях), которые в практике эксплуатации СА имеет электролит (л. 4, с.594).Анализ изменения коэффициента активности у серной кислоты в функции температуры при тех концентрациях (плотностях) электролита которые имеют место после разряда СА различными режимами, позволил установить, что для таких концентраций (плотнос" тей) при увеличении температуры на 1 С коэффициент активностисерной кислоты уменьшается в 0,99 раз.,Анализ изменения коэффициента активностисерной кислоты в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СЯ, позволил установить для таких концентраций (плотностей), что при увеличении температуры на 1 С уменьшается во0,98 раз.Анализ изменения активности воды а НО в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СА позволил установить, что для таких концентраций (плотностей) при увеличении температуры на 1 С а Н О увеличивается в 0,9977 раз.Предложенный способ предусматривает также предварительное определение коэффициентов пропорциональности между приращениями разрядной емкости и приращениями плотности электролита. Известно, что каждому ампер-часу количества электричества, отданному17771 СА при разряде, соответствует расход 3,660 г серной кислоты и образование 0,672 г воды (л.2, с, 272"273). Однако получающееся при этом прираще ние плотности электролита, приведенное к одной температуре будет различаться в зависимости от начальной плотности электролита в момент начала разряда и его начального объема: чем больше начальная плотность электролита, тем меньше приращение плотности электролита.Проведенные расчеты, например, для СА с площадью основания аккумуляторного бака внутри него, равной 2170 см, с обьемом электролита 150 л, с измеряемым уровнем электролита над блоком пластин, равном 73 мм при 30 С, позволили получить следующие значе" . ния коэффицяентов пропорциональности Кфпри с 1 25 О1,294, К = 88182при 1,294 а 25 - 1,246, К = 80833,при 1,246й 251,208, К = 74615 25при 1,208 ) д 25 1,152, К = 89286при 1,152д 25 О=- 1 у 089, К = 60625при 1,089 ) с 1 25 К = 57059На основе проведенных расчетов по-. лучено выражение для поправки (Ъ,учи- ЗО тывающей влияние высоты уровня электролита, как величины прямо пропорциональной обьему электролита на коэффициенты пропорциональности К указанных аккумуляторов: 353 = (Ою 9982) 1 зо; где Ь- высота уровня электролита,приведенная к температуре 30 С по из" 40овестной формуле:1Ь = Ь - О,б(е-ЗО) мм, (6)где Ь. - высота уровня электролитапри температуре й 0, 5й - измеренная температура, С,Приращение плотности электролитаза счет саморазряда определяется порезультатам измерения плотности электролита в период стоянки 0 А без тока, например, через каждые 24 ч иприводится к 20 С по формулам:о2 сг "с 5о оЙ =Ьс 1 --- если йЗО Сс. с о 20 ф . сРоср5520 ср 10с 1 = Ьс 190юф:сгде дс 1с о6 й с еслиЯ 5 2к-ф к )о 0к + 1 к-,2 е, 2 ОО,где С 1 рДс т ь,приращение разрядной емкости,величина тока разрядафсопвй - временной интервал измерения тока,о"Ср5й к - плотность электролита,приведенная к 25 С, наконец последних истекшихосуток,е - температура электролитана конец последних истекших суток;Й , - плотность электролитаоУприведенная к 25 С, наконец предыдущих суток,- температура электролитана конец предыдущих суток.Формулы (6) получены на основании (л,6, с. 175), где показано, чтосаморазряд СА после 20 С увеличива"оется вдвое при каждом увеличении темопературы на 10 С.При определении плотности элект"ролита предложенным способом в период стоянки СА без тока измеряютустановившуюся ЭДС, например, цифровым вольтметром, обеспечивающимизмерение ЭДС, с четырьмя знакамипосле запятой, измеряют температуруэлектролита, например, с помощьютермопреобразователя сопротивления,и, используя известный температурныйкоэффициент ЭДС,равный 0,00136 В/град(л.3, с. 83), а также предварительнополученные изменения активности серной кислоты и воды в водных растворахэлектролитов при изменении темпера"отуры на 1 С, вычисляют ЭРС аккумуляотора при 25 С, после чего, используяпредварительно полученную зависимость установившейся ЭДС от плотностиэлектролита при 25 0 (см, таблицу),определяют плотность электролита при25 С,При определении плотности электролита в процессе разряда измеряют токразряда время разряда, температуруэлектролита, вычисляют отданную аккумулятором емкость по формулам:(8)где С - отданная аккумуляторОм емРкость на текущий момент времени разряда, 5Имея значения плотности электролита перед включением аккумулятора наразряд, выбирают в соответствии с неюкоэффициент пропорциональности К,пересчитывают уровень электролитапосле последнего заряда, измеренныйпри температуре й, на 30 С, по фор"муле (6), выцисляют поправку 5, учитывающую влияние уровня электролита ваккумуляторе на коэффициент пропор 15циональности К по формуле (5), вычисляют новое значение коэффициентаК пропорциональности К по ФормулеК =К/ (о) 20 вычисляют приращение плотности элек-тролита за счет разряда аккумуляторапо формуле и текущую плотность электролита при25 С по формуле:о где й - плотность электролита перед началом разряда, измеренная при сто" янке СА без тока.Вычисляют приращение плотности электролита за сцет саморазряда, для , чего предварительно выцисленное при ращение плотности электролита за счетсаморазряда при 20 С пересцитывают на текущую температуру по формулам:одоо -20о Ьа = Ьа -- если еЗ 0 Сс с 2 о с й =6 й10если 20 ( е б 30 С (12)ц 0ОЬао = Ьй, если с(20 С вычисляют часовой саморазряд по Формуле: после часа разряда опять вычисляют . 55 часовой саморазряд для текущей температуры по формуле:(14) По данным часового разряда для начала и по окончании каждого часа разряда выцисляют по формуле средний саморазряд за часс 1 = (с 1 +с 1 )/2 (15) и через каждый час разряда ц сумми" руют и с плотностью электролита, полуценной по Формуле (11),Проведенная опытная проверка способа показала, цто он обеспечивает высокую точность определения плотности электролита при стоянке СА без тока и в процессе разряда.Использование предложенного способа повышает точность определения плот-: ности электролита СА при стоянке без тока и в процессе разряда, упрощает осуществление контроля плотности электролита СА, создает предпосылки для его автоматизации с использованием выцислительной техники. Формула изобретения Способ определения плотности элек" тролита свинцового аккумулятора в режиме стоянки его без тока путем из" мерения установившегося значения ЭпС и выцисления плотности электролита по формуле где й - плотность электролита при+15 С,Г - установившееся значение ЭРСсвинцового аккумулятора,и ц а ю щ и Й с я .тем, цто, сцелью повышения точности, а также измерения плотности электролита в процессе разряда, предварительно определяют зависимость установившейсяЭпС свинцового аккумулятора от плотности электролита при 25 С, изменение активности серной кислоты иводы в водном растворе серной кислооты при изменении температуры на 1 С,.коэффициенты пропорциональности между приращениями разрядной электрицеской емкости аккумулятора и приращениями плотности электролита, атакже поправку к ним, учитывающуювлияние уровня электролита на указанные коэффициенты пропорциональности, приращение плотности электролита за счет саморазряда при 20 С,при определении плотности электролита измеряют установившуюся ЭДС ак"11 1 кумулятора при стоянке его без тока, температуру электролита и, используя температурный коэффициент ЭУО О,ОО 136 В/град и предварительно полученные изменения активностей серной кислоты и воды в водном растворе серной кислоты при изменении температуры на 1 С, вычисляют ЭДС аккумулятора при 25 С, после чего,используя зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25 С, определяют плотность электро- лита при 25 С, а в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда,777190 12температуру электролита, вычисляютотданную аккумулятором электрическуюемкость, приращение плотности электролита за счет разряда аккумулятора,приращение плотности электролита засчет .саморазряда при измеренной (текущей) температуре, а текущую плотность электролита при разряде аккуму"лятора получают суммированием плотности электролита перед началом разряда и приращений плотности электролита за счет разряда и саморазрядааккумулятора,15 1 гlсм при25 С Рг/смз при29 оС Температура поправкиплотиости ЭССР8ЭДС Расхождение с Е ел3 мола/1000 граста. а НО Ервц уВЭДС а НгУФ4,пэ; т+при 25 С 0,56 0,08 0,05 0,03 1,7519 0,01 0,01 0,06 0,02 0,04 0,09 0,04 Составитель И НаиденкоРедактор Т,Куркова Техред И,Моргентал Корректор Н.Тупица Заказ 11125 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4 У 5 га