Рабочая жидкость электролитического резистивного преобразователя датчика угла наклона Советский патент 1985 года по МПК G01C9/18 

--Il, л

5671 гзл if t (f iffj ес/ти

СО

т

30

эо Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в устройствах для определения углов наклона объектов. Известна рабочая жидкость датчика угла наклона, включающая спирты алифатического ряда, причем в качестве токопроводящих солей используют преимущественно галогены щелоч ных металлов, значительно реже нитраты l . Основньм недостатком жидкостей,приготовленных на основе спиртов, является их взаимодействие с конструкционными материалами из неблагородных металлов, в результате чего изменяется (уменьшается) значение удельного электрического сопротивле ния жидкости. Наиболее близкой к предлагаемой, по технической сущности и достигаем му результату является рабочая жидкость электролитического резистивного преобразователя датчика угла наклона, состоящая из растрора иода алюминия в этиловом спирте 2 . Эта жидкость удовлетворяет требованиям в части температур кипения и плавления, вязкости, не требует сложного технологическогооборудования при работе с ней, но имеет ряд недостатков, к которым относится склонность к электролитическому разложению и взаимодействие с конструкционньми материалами из небла.городных металлов, т.е. нбстабиль:ность удельного электрического сопротивления во времени при взаимодей ствии с указанными материалами. Целью изобретения является обеспечение долговременной стабильности чувствительности датчика угла накло на путем повышения временной стабил ности удельного электрического сопротивления рабочей жидкости. Поставленная цель достигается TBMj что рабочая жидкость электроли тического резистивного преобразователя датчика угла наклона, вкхвочающая этиловый спирт, содержит дойолнительно толуол при следующем соотнощении компонентов, об.%: Этиловый спирт 28-32 Толуол68-72 Таким образом, используется композиция растворителей, одним из которых является активный растворитель для растворения токопроводящей соли 182 на ионы, а другим - инертный растворитель, не способный растворять токоподводящую соль на ионы, но действием своих полярных молекул комПенсирующий (ослабляющий) силу активного растворителя. Коррозионная стойкость жидкости во времени характеризуется отсутствием взаимодействия с конструкционными материалами и контролируется по неизменимости во времени сопротивления жидкости. Известно, что для получения тех или иньк физических свойств жидкости, например, требуемой вязкости или диэлектрической проницаемости, применяют композиционную жидкость, состоящую из нескольких компонентов. В данном случае решается вопрос о коррозионной стойкости жидкости, обладаощей электропроводностью, и подобрана композиционная жидкость, состоящая из активного растворителя, в частности этилового спирта, и пассивиого растворителя - толуола. Активный растворитель, расщепляющий соли на ионы, является активньм и по отношению к конструкционным материалам, взаимодействует с последними и отщепляет от них ионы, что и характеризует коррозионный процесс, который контролируется по изменению сопротивления такой жидкости во времени. Важньвм условием долговечности датчика является обеспечение такого режима его работы, при котором сводился бы к минимуму электролиз. Таким условием является обеспечение сопротивления жидкости датчика на уровне 8,5-12,5 кОм при питании датчика напряжением 4 В переменного тока. Желаемое значение сопротивления жидкости датчика получается при низкой концентрации токопроводящей соли в активном растворителе, например, 0,0001-0,0004N, а следова- : тельно, сила активного растворителя неполностью уравновешивается ионной силой токопроводящей соли. В случае активный растворитель взаимодействует с конструкционными материалами из неблаг1эродных металлов, что вызывает изменение (уменьшение) соп-. ротивления жидкости датчика по причине увеличения носителей электричества в жидкости. Чтобы ослабить силу активного растворителя, добавляется инертный растворитель в опре деленном процентном отношении между активным и инертным растрорителями, обеспечивающем незначительное измен ние сопротивления жидкости датчика при абсолютном его значении в преде лах 8,5-12,5 кОм. На фиг. 1-3 представлены графиче кие зависимости сопротивления жидкости датчика от времени испытаний (времени взаимодействия жидкости с конструкционными материалами, из которых изготовлены детали, образующие внутреннюю полость датчика, заполняемую рабочей жидкостыо). Испытаны макеты датчиков, заполненные жидкостью с различным процен ным соотношением активного и инертного растворителей при одном и том же значении концентрации токопровожящей соли (фиг. 1). Из графиков фиг. 1 отчетливо вид на зависимостью сопротивления жидкости от процентного соотношения активного и пассивного растворителе и стабильность его от времени испыт ний, характеризующего время взаимодействия жидкости с конструкционными материалами. Например, при соотношении этилового спирта 28% и толуола 72% сопро тивление жидкости датчика изменяется в первые 4 месяца (неустановившийся режим) от 17 до 12,5 кОм, а в последующие 20 месяцев - от 12,5 до 11 кОм при соотношении этиловог спирта 32% и толуола 68% сопротивле ние жидкости датчика изменяется в первые 4 месяца от 15 до 10 кОм, а в последующие 20 месяцев - от 10 до 8,5 кОм; при соотношении этилового спирта 30% и толуола 70% сопро тивление жидкости датчика в первые 4 месяда изменяется от 16,5 до 11,5 кОм, а в последующие 20 месяцев - от 11,5 до 10,5 кОм; при соот ношении этилового спирта 27% и то луола 73% сопротивление жидкости датчика увеличивается свьше 16 кОм и через 4 месяца достигает 20 кОм; при соотношении этилового спирта 35% и толуола 65% сопротивление жидкости в течение первых 4 месяцев умень шается от 14 до 6 кОм, а в течение последующих 20 месяцев - от |4,7 кОм. Таким образом, композиционная жидкость при соотношении активного и инертного растворителей в следующих пределах, о6.%: Этиловый спирт 28-32 Толуол68-72 обеспечивает требуемое сопротивление жидкости датчика в пределах 8,512,5 кОм (нестабильность сопротивления во времени л/ 20%), при этом концентрация токопроводящей соли SnCl составляет 0,0001-0,0004 N. Меньшее процентное соотношение между активным и инертным растворителями, например, этанола 27% и толуола 73% приводит к недопустимо высокому значению сопротивления датчика по причине ассоциации ионов. Большее процентное соотношение между активным и инертным растворителями, например, этанола 35% и толуола 65% обуславливает низкое значение внутреннего сопротивления датчика по причине избытка силы активного растворителя . Проведены сравнительные испытания жидкости, являющейся раствором йодистого аммония в этиловом спирте и предлагаемой жидкости, являющейся композицией растворителей этанола и толуола с примесью токопроводящей соли SnClo. Испытания первой жидкости проводились при нормальной температуре окружающей среды. Как видно из графита (фиг. 2) сопротивление датчика непрерьгоно изменялось (уменьшалось) и составляло в начале испытаний 8,5 кОм, через 4 месяца - 1,3 кОм, через 12 месяцев достигло значения менее 0,5 кОм, т.е. сопротивление достигло значения недопустимо низкого для исключения электролиза в датчике. Испытания жидкости проводились в реж1аде ускоренных испытаний при +70 С. Сопротивление датчшса (фиг. 3); составляло в начале испытаний 22,7 кОм, через 4 месяца - 12 кОм, а начиная с 4 месяцев и до 25 месяцев, изменилось не более 1 кОм, т.е. bтнoJ:итe Льнoe изменение составило 8%, При этом абсолютное значение сопротивления датчика находилось в требуемых пределах (8,5-12,5 кОм). Если учесть ускоренный фактор испитаний при повьшенной температуре, то длительность 20 месяцев при +70с соответствует 200 месяцам при норальной температуре. Указанное измекение сопротивления датчика (8%) практически не влияет на изменение чувствительности датчика.

В результате сопоставления композиции активного и пассивного растворителей получена электропроводящая жидкость, практически не взаимодействующая с конструкционными материа/лами и имеющая требуемые физические свойства, что подтверждено экспериментально.

Рабочая жидкость электролитического резистивного преобразователя датчика отвесной линии химически стойкая к конструкционньм материалам, при этом нестабильность сопротивления жидкости менее 20% в течение 200 месяцев, т.е. пр времени в 20 раз превьшаюцая показатели известного устройства.

34561

Нестабильности сопротивления 20% соответствует нестабильность чувствительности датчика отвесной линии 8%. Экспериментальной проверкой установлено сохранение чувствительности датчика в указанных пределах в течение 10 лет.

Использование жидкости для заполнения внутренней полости датчика обеспечивает увеличение времени стабильности чувствительности датчика примерно в 20 раз по сравнению с базовьм объектом, снижение стоимости за счет отказа от применения благородных металлов, значительное уменьшение количества калибровок чувствительности датчика в период эксплуатации и, следовательно, повышение долговечности и надежности датчика, а также изделия, в котором он применяется.

ю /;

Месяцы Фиг.2 I Z J ч 567 9 Ю n tZ n 14 f5 № Фиг.} 17 n 19 tQ Z It П 2t Z5 -месяцы

РАБОЧАЯ ЖИДКОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РЕЗИСТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДАТЧЖА УГЛА НАКЛОНА, включающая этиловьм спирт, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения долговременной стабильности чувствительности датчика угла наклона путем повышения временной стабильности удельного электрического сопротивления рабочей жидкости, она дополнительно содержит толуол при следующем соотношении компонентов, об.%: Этиловый спирт28-32 Толуол68-72