Времязадающий электрод программно-временного устройства и способ задания интервалов времени при помощи времязадающего электрода Советский патент 1992 года по МПК H01H43/32 H01G9/22 

Изобретение относится к заданию последовательности интервалов времени электрохимическим программно-временным устройством в автоматических системах управления.

Известны аналогичные по своему назначению, использующие различные физические принципы, устройства и способы задания интервалов времени Все они реализуют времена задержки в относительно узких диапазонах, имеют в своих конструкциях движущиеся в процессе работы элементы и обладают низкой точностью (их погрешность достигает несколько десятков процентов).

Известно также программно-временное устройство на основе электрохимических интеграторов. Временные интервалы в таком устройстве формируются с помощью интеграторов, в каждом из которых происходит анодное растворение постоянным током определенной массы металла, нанесенного-на инертную токопроводящую подложку. После полного растворения указанной массы, которое происходит в течение времени, определяемого законом Фарадея, наблюдается скачок потенциала, служащий выходным сигналом устройства. Использование электрохимического программно-временного устройства позволяет реализовать временные задержки в широX

О1

О О

о

XI

ком диапазоне (1-Ю7 с) с погрешностью менее 5% при малом энергопотреблении.

Недостатком известного программно- временного устройства является то, что каждый интервал времени формируется отдельным времязадающим элементом. Таким образом, для получения последовательности нескольких независимых по длительности временных интервалов требуется соответственно увеличить число время- задающих элементов.

Наиболее близким по технической сущности решением является электрод дискретного интегратора, рабочий слой которого состоит из электроактивных веществ, расположенных послойно на инертной подложке в порядке уменьшения их потенциалов растворения. При этом известный способ задания интервалов времени заключается в анодном растворении постоянным током (например, 0,1 А) расположенных последовательно слоев электроактивных веществ и получении временных интервалов, длительность которых зависит от толщины слоев и определяется в соответствии с законом Фарадея.

Известный времязадающий электрод и способ задания временных интервалов имеют следующие недостатки. Для получения последовательности из п временных интервалов требуется использовать такое же число различных электроактивных веществ, т.е. веществ, не пассивирующихся при определенной постоянной скорости растворения. Круг этих веществ ограничен необходимым условием образования легкорастворимых соединений при протекании анодной реакции и условием отличия их потенциалов рас- творения по крайней мере на 0,3 В. Ограничено и число реализуемых интервалов времени, поскольку разность потенциалов растворения между крайними электроактивными слоями имеет конечное значение: Кроме того, каждой временной задержке соответствуют различные последовательно увеличивающиеся уровни потенциала электрода. Это приводит к усложнению исполнительного устройства, управляемого многоуровневым выходным сигналом, и к сужению области его применения.

Цель изобретения состоит в расширении области применения электрохимического программно-временного устройства и обеспечении формирования п числа интервалов времени,

Цель достигается тем, что рабочие слои времязадающего электрода сформированы из слоев двух металлов, один из которых имеет более низкий потенциал растворения

и область активного состояния, ограниченную меньшей максимально допустимой плотностью тока, чем максимально допустимая плотность тока, ограничивающая область активного состояния рабочего слоя металла с более высоким потенциалом растворения. Для растворения слоя металла с низким потенциалом растворения подают ток, плотность которого соответствует активному состоянию как рабочего слоя металла с низким потенциалом растворения, так и рабочего слоя металла с высоким потенциалом растворения, после полного растворения рабочего слоя металла с низким

потенциалом растворения подают ток, плотность которого обеспечивает активное растворение рабочего слоя металла с высоким потенциалом растворения и переводит в пассивное состояние рабочий слой металла

с низким потенциалом растворения, после растворения рабочего слоя металла с высоким потенциалом растворения цикл повторяется. Начало того или иного цикла определяется в зависимости от того, из какого металла сформирован первый слой рабочей части времязадающего электрода, а число циклов практически неограничено и зависит от числа рабочих слоев металла вре- мязадзющего электрода. Изложенное выше

позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

В известных программно-временных устройствах в качестве главного критерия

для подбора растворяемых слоев используют только потенциалы растворения, которые должны отличаться друг от друга на величину, достаточную для их распознавания. В предлагаемом электроде и способе

задания интервалов времени использовано еще и свойство металлов пассивироваться при определенных скоростях электрохимической реакции. Сочетая эти свойства, установлены условия протекания анодного

процесса растворения рабочей части времязадающего электрода, обеспечивающие получение двухуровневого выходного сиг- . нала. При этом количество реализуемых интервалов практически неограничеио.

Авторам не известны иные технические решения, в которых бы для поочередного растворения слоев металлов использовалось бы свойство металла переходить то в активное, то в пассивное состояние.

Сущность изобретений состоит в том, что применение двух плотностей тока для поочередного растворения двух металлов, имеющих различные потенциалы растворения и различные по скорости протекания

анодного процесса области пассивации,

обеспечивает растворение каждого слоя металла в условиях, когда следующий, лежащий под ним слой либо растворяется при более высоком анодном потенциале, либо практически не растворяется, находясь в пассивном состоянии Это позволяет проводить равномерное и полное растворение каждого слоя металла, поскольку он в любом случае оказывается лежащим на слое металла, растворение которого при данном потенциале не происходит.

На чертеже представлены анодные поляризационные кривые металлов Mi и М2, из чередующихся слоев которых состоит растворяемая часть времязадающего элемента. Участки поляризационных кривых aibi и 32D2 соответствуют активному состоянию металлов, участки кривых правее точек bi и D2 - пассивному. Также на чертеже представлены зависимости анодной плотности тока от времени и потенциала растворения электрода от времени. Как видно из графика зависимости анодной плотности тока от времени, растворение электрода ведется двумя плотностями тока - Г и I. Для растворения слоев металла Mi используют плотность тока Г, для растворения слоев металла М2 используют плотность тока I. Выходным параметром является потенциал растворяемого электрода

Реализация заданной временной программы производится следующим образом.

Если первым растворяемым слоем является слой металла Mi, растворение вначале ведут плотностью тока Г. При этом потенциал электрода устанавливается на уровне Е Л как это следует из хода анодной поляризационной кривой для металла ML Поскольку анодное растворение металла М2, из которого состоит следующий слой, при плотности тока I может происходить только при более высоком потенциале Е21 {поляризационная кривая для металла Мз), металл Mi растворяется полностью. После этого, вследствие отсутствия на поверхности электрода легкорастворимого металла Mi, потенциал электрода возрастает, и при достижении значения Е21 начинается анодное растворение слоя металла М2. Установление потенциала электрода на уровне Е21 служит сигналом для перехода на растворение плотностью тока i, при которой раство- рение металла М2 происходит при потенциале Ј2. Полное растворение слоя металла М2 обеспечивается вследствие того, что при плотности тока i металл Mi, лежащий под ним, не может находиться в активном состоянии (чертеж). Поэтому после полного растворения металла М2 потенциал электрода начинает возрастать, что

служит сигналом для перехода на растворение плотностью тока I , при которой оба металла находятся в активном состоянии. Длительность задаваемых временных интервалов (т.е.время нахождения потенциала электрода на уровнях EI и Е2) определяется массой металла в каждом слое и величиной анодных токов в соответствии с законом Фарадея.

0 Пример. Растворимая часть электрода времязадающего элемента состоит из необходимого числа чередующихся слоев меди и олова. Слои получают катодным осаждением из соответствующих электролитических

5 ванн. Растворение ведут в сульфатном электролите состава: сульфат меди 0,44 н; сульфат олова 0,5 «; серная кислота 2 н. Для растворения олова используют плотность тока 12-15 мА/см2; для растворения меди 0 80-100 мА/см2. Толщина слоев определяет величину требуемых временных задержек и рассчитывается в каждом конкретном случае по закону Фарадея. Так, для реализации временных интервалов длительностью 505 100 с требуется толщина олова 0,5-1,0 мкм, а толщина слоя меди - 1,5-3,0 мкм. Это позволяет сформировать последовательность необходимого мисла интервалов времени в виде двухуровневых сигналов, отличающих0 ся друг от друга на 200-300 мВ (акт испытаний)

Таким образом; преимуществами предлагаемого времязадающего электрода и способа задания интервалов времени по

5 сравнению с известным является возможность формирований желаемого, практически неограниченного числа интервалов времени, простота, заключающаяся в том, что временные интервалы задаются в виде

0 двухуровневого электрического сигнала, а также то, чтодляреализации предлагаемого способа достаточно использовать только два металла.

Формула изобретения

5 1.Времязадающий электрод программно-временного устройства, содержащий то- копроводящую подложку с рабочими слоями металлов с различными потенциалами растворения, отличающийся тем,

0 что, с целью расширения области применения, указанные рабочие слои сформированы из слоев двух металлов, один из которых имеет более низкий потенциал растворения и область активного состояния, ограничен5 ную меньшей максимально допустимой плотностью тока, чем максимально допустимая плотность тока, ограничивающая область активного состояния рабочего слоя металла с более высоким потенциалом растворения.

2. Способ задания интервалов времени при помощи времязадающего электрода путем анодного растворения рабочих слоев металлов с различным потенциалом растворения и определение интервалов времени по скачку потенциала времязадающего электрода, отличающийся тем, что. с целью формирования п числа интервалов времени, для растворения слоя металла с низким потенциалом растворения подают ток, плотность которого соответствует активному состоянию рабочего слоя металла с низким потенциалом растворения и рабочего слоя металла с высоким потенциалом рас- творения, после полного растворения

рабочего слоя металла с низким потенциалом растворения подают ток, плотность которого обеспечивает активное растворение рабочего слоя металла с высоким потенциалом растворения и переводит в пассивное состояние рабочий слой металла с низким потенциалом растворения, после растворения рабочего слоя металла с высоким потенциалом растворения цикл повторяется, причем начало того или иного цикла определяется в зависимости от того, из какого металла сформирован первый слой рабочей части времязадающего электрода, а число циклов зависит от числа рабочих слоев металла времязадающего электрода.

Использование область задания последовательности интервалов времени электрохимическим проТра Ммно-временным устройством в автоматических системах управления. Сущность изобретения; при применении двух плотностей тока для поочередного растворения двух металлов, имеющих различные потенциалы растворения и различные по скорости протекания анодного процесса области пассивации, обеспечивается растворение каждого слоя, металла в условиях, когда следующий, лежащий под ним слой, либо растворяется при более высоком анодном потенциале, либо практически не растворяется, находясь в пассивном состоянии. Это позволяет проводить равномерное и полное растворение каждого слоя металла, так как он в любом случае оказывается лежащим на слое металла, который при данном потенциале не растворяется. 2 с.п. ф-лы, 1 ил, С/ С

I

«51

OL

ь,

Нотенциал электрода