Индикатор времени Советский патент 1984 года по МПК H01G9/22 

t11 Изобретение относится к электроизмерительной технике, а .именно к молекулярно-электронным преобразователям информации, применяющимся в автоматических и контролирующих устройствах для измерения временных интервалов. Известны счетчики времени, основан ные на использовании кулометров, т.е цилиндрических электцохимических ячеек с двумя и более металлическими электродами, разделенными объемом электролита 1 . При прохождении тока зазор электролита, служащий точкой отсчета, перемещается. Перемещение зазора nponop ционально времени протекания постоянного тока. Считьгоание осуществляется обычно визуально, электрическое Считы вание значительно усложняет конструкцию и технологию изготовления .прибора.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является инди катор времени, содержащий заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке t2 3. , Прибор представляет собой цилиндрическую ячейку с расширением на одном конце, в котором расположен плоский анод, имеющий площадь примерно в четыре раза большую, чем площадь торца катода. Медный катод цилиндрической формы помещен в другом торце корпуса. Пространство между катодом и анодом заполнено электролитом, содержащим соль меди. При протекании тока на катоде осаждается медь, а граница катод - электролит перемещается по цилиндрической части ячейки, вдоль которой нанесена шкала. Скорость перемещения границы раздела пропорцнональ на величине тока и обратно пропорциональна площади торца катода. После растворения всей меди на аноде начинается окисление тантала, образуется запорный слой, и напряжение на ячейке возрастает от 0,5-0,6 В до 40-50 В Этот скачок напряжения дозволяет осуществить электрическое считывание полного ресурса времени прибора. В описанном счетчике машинного времени считывание производится визуально по движению границы раздела . катод - электролит. Визуальное счи9тывание определяет низкую точность индикации до 20% и не дает возможность использовать прибор в контролирующих и автоматических устройствах. В счетчике предусмотрено считывание только полного ресурса времени, находящегося в пределах 1000-50000 ч для разных модификаций приборов. Указанные недостатки - низкая точность индикации, визуальное считывание временных интервалов - ограничивают возможности применения счетчиков. Цель изобретения - обеспечение последовательного измерения различных интервалов времени и повышение точности измерений. Указанна(Я цель, достигается тем, что в индикаторе времени, содержащем заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке, электрохимически активный металл анода содержит прослойки, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси столбиков, и выполненные из электрохимически активного металла с потенциалом растворения, превБШ1ающим потенциал растворения электрохимически активного металла анода на 0,4-2,0 В. Напряжение на индикаторе времени практически постоянно, пока не растворится первая часть электрохимически активного металла до материала прослойки. Затем напряжение на индикаторе скачкообразно повьшается, так как материал прослойки имеет более высокий потенциал растворения. После растворения материала прослойки напряжение снижается до исходной величины и остается неизменным до начала растворения второй прослойки, т.е. вновь скачкообразно повьшгается. После полного растворения анода напряжение повышается примерно до 50 В, т.е. до потенциала окисления нерастворимой подложки (например, тантала). Скачок напряжения является электрическим сигналом окончания заданного инте звала времени, исходя из которого определяется необходимая длина столбика электрохимически активного металла по формуле где t - задаваемый интервал времени; d - плотность материала; сЛ-- длина столбика материала; а -,электрохимический эквивалент 1 - плотность тока. Изготовление анода с несколькими прослойками из электрохим.ически активного материала с более высоким потенциалом растворения позволяет произвести последовательное электрическое считывание нескольких различных временных интервалов. Число прослоек определяется количеством заданных временных интервало Считывание промежуточных значений осуществляется визуально по шкале. Величина скачка напряжения определяе ся разностью равновесных потенциалов основного материала анода и материала анода и материала прослойки. Для надежного срабатывания порогового устройства электрических схем скачок напряжения должен быть не менее 0,4 В. Это определяет выбор пар основного материала и материала прослойки. В качестве электрохимически актив ных материалов могут быть использова ны пары со следующими значениями ска ка напряжения (определенного из вели чины стандартных равновесных потенци алов) :. Медь-серебро 0,46 В Свинец-медь0,47 В Свинец-иодид меди 0,67 В Кадмий-медь0,74 В Свинец-серебро 0,93 В Медь-окись марганца 1,23 В Свинец-окись ,,марганца 1,70 В На фиг. 1 схематически изображен индикатор времени; на фиг. 2 - диаграмма изменения напряжения на индикаторе времени. Индикатор времени состоит из прозрачного цилиндрического корпуса 1 с двумя электродами: катодом 2 и ано дом 3, пространство между которыми заполнено электролитом 4. Катод 2 ра мещен в расширенной части корпуса. Растворимая часть анода 3 занимает цилиндрическую часть корпуса, вдоль которой нанесена шкала индикатора вр мени. Анод выполнен из электрохичиес ки активного металла (За) на нерастворимой подложке (Зб) с пройлойками (Зв из другого электрохимически активног материала с более высоким потенциало растворения. Герметизация прибора осуществляется уплотнением 5. Б качестве материала электродов используется медь и свинец, а материалом прослойки служит серебро, соответственно электролит содержит соль меди или свинца. Прослойки изготавливаются из тонкой серебряной фольги или осаждением слоя серебра на торец цилиндра основного электродного материала. Затем производится прессование всего анода на танталовой подложке. Для измерения малых интервалов вре- . MeHrf (в пределах нескольких часов), когда необходимы тонкие слои основного электродного материала до 100 мкм, они могут быть получены предварительным электроосаждрнием слоя материала рассчитанной толщины. Электрическое считывание временных интервалов производится по скачку напряжения на индикаторе времени, считывание промежуточных значений осуществляется визуально, по шкале. После реализации полного ресурса времени напряжение повышается до 50 В. Предлагаемый индикатор времени выгодно отличается от описанного прототипа. Он позволяет проводить последовательное электрическое измерение различных временных интервалов в отличие от счетчика-прототипа, в котором осуществляется электрическое считывание только полного ресурса времени, считывание же временных интервалов осуществляется визуально. Предлагаемый индикатор позволяет электрически считывать временные интервалы в широком диапазоне от нескольких часов до нескольких десятков тысяч часов в зависимости от длины столбиков из электрохимически активного материала. Их длина может изменяться, от нескольких десятков мкм до нескольких мм. В первом случае они могут быть получены электроосаждением активного материала с точностью до 0,5 мкм, во втором - механическим способом с точностью до 0,01 мм. Такая точность изготовления столбиков обеспечивает точность измерения временных интервалов не ниже 1%, в отличие от счетчи- ,

ков времени с точностью индикации до 20%.

Прослойка, обычно выполняемая электрохимическим осаждением, может иметь толщину порядка. 1 мкм, что незначительно влияет на точность визуального считывания временных интервалов. У индикатора она находится в пределах 5%, при шкале, содержащей 20 делений.

Наличие растворимых прослоек из электрохимически активного материала, с более высоким потенциалом растворения позволяет осуществлять электрическое измерение различных временных интервалов во всем диапазоне в отличие от прототипа, в котором производится электрическое считывание только полного ресурса времени.

ИНДИКАТОР ВРЕМЕНИ, содержащий заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке, отличающийся тем, что, с целью обеспечения последовательного измерения различных интервалов времени и повышения точности измерений, электрохимически активный металл анода содержит прослойки, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси столбика, и выполненные из электрохимически активного металла с потенциалом растворения, превышающим потенциал растворения электрохимически активного ме талла анода на 0,4-2,0 В. (/)

41

W.

г.2

У V

1

ГЛОС