Способ считывания информации с электрохимических интеграторов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G06G7/18 H01G9/22 

Изобретение относится к электрохимическим приборам, в частности, к интеграторам дискретного действия на основе твердых электролитов и может быть использовано при построении на их основе время- задающих устройств широкого назначения.

Известен способ считывания информации с электрохимических интеграторов дискретного действия. Повышение точности считывания достигается тем, что считывание выполняют увеличивающимся во време- ни постоянным током до величины, обеспечивающей максимальную крутизну скачка напряжения на интеграторе.

Однако, данный способ считывания информации имеет недостаток, связанный с тем, что интеграторы имеют ограниченный заряд считывания, а минимальный ток считывания, ограничен процессами, связанными, например, с токами утечки, а в твердых электролитах дополнительное сильное влияние будут оказывать также электронные токи, поэтому время срабатывания интегратора в данном способе будет меньше, чем например при считывании информации постоянным (не увеличивающимся во времени) и возможно малым по величине током.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ считывания информации с использованием постоянного тока. Способ заключается в том, что через интегратор пропускают постоянный во времени ток до появления на выходе скачка напряжения. Время срабатывания зависит от первоначально записанного заряда и величины тока считывания. В зависимости падения напряжения на интеграторе во времени выделяют 3 участка: участок интегрирования, переход- ный участок от интегрирования к режиму отсечки тока и, - режим отсечки тока. В режиме интегрирования на интеграторе наблюдается постоянное падение напряжения, второй режим - переходный процесс соответствует окончанию процесса считывания (кончается рабочее вещество на электроде считывания) и заряжение емкости двойного электрического слоя до некоторого порогового напряжения, при котором происходит отсечка тока. В третьем режиме происходит отсечка тока интегратора, так как дальнейшее повышение напряжения на интеграторе приводит к выходу его из строя из-за необратимых процессов в объеме электролита.

Устройство для осуществления описанного способа состоит из генератора стабильного тока, интегратора и порогового устройства, осуществляющего отсечку тока и вырабатывающего выходной сигнал для

0

5

0

5

срабатывания некоторого исполнительного устройства.

Недостатком известных способа и устройства считывания является -большая по- грешность считывания информации с интегратора при больших временах срабатывания (малых тока считывания), связанная с потерей заряда на заряжение емкости двойного электрического слоя и малой крутизной выходного напряжения на интеграторе.

Целью изобретения является повышение точности задания времени срабатывания интегратора при больших временах срабатывания, соответственно малых токах считывания.

Поставленная цель достигается тем, что в способе считывания информации с электрохимических интеграторов, включающим запись начального количества заряда на интеграторе и считывание этого заряда посто- янным током до момента равенства выходного напряжения заданному пороговому напряжению Un, в режиме считывания информации усиливают регистрируемое падение напряжения на интеграторе в К раз,

где - U

КUp-Чо 1

0

5

0

5

0

5

Do - величина начального значения падения напряжения на интеграторе в режиме считывания,

Up - величина значения напряжения в точке перегиба участка временной зависимости падения напряжения на интеграторе, при его срабатывании в переходном режиме отсечки тока,.

В устройство для считывания информации с электрохимических интеграторов, содержащее источник постоянного тока, электрохимический интегратор и пороговое устройство введены масштабный усилитель, реле, два переключателя и последовательно соединенные блок согласования нагрузки интегратора и блок регистрации, подвижные переключающие контакты первого переключателя соединены соответственно с выходом источника постоянного тока и входом блока согласования нагрузки интегратора, подключенным через пороговый блок к обмотке реле, размыкающие контакты первого переключателя объединены и через масштабный усилитель подключены к его замыкающему контакту, размыкающие и замыкающие контакты второго переключателя попарно объединены и соединены соответственно с электродом счетчиком и рабочим электродом электрохимического интегратора, второй и первый подвижные переключающие контакты второго переключателя соединены соответственно с шиной нулевого потенциала непосредственно и выходом источника постоянного тока через нормально замкнутый контакт реле.

На фиг, 1 приведены временные зависимости выходного напряжения интегратора в моменты срабатывания при токе считывания 500 нА; на фиг. 2 - функциональная электрическая схема устройства, реализующего способ.

После записи информации на интегра торе реализуется электрохимическая система Pt/Ag/RbAg ls/Ag. Т.е. поверхность электрода равномерно покрыта тонким слоем серебра. При считывании информации в режиме интегрирования до снятия последнего монослоя серебра с поверхности платинового электрода электродные процессы будут определяться Фарадеевской реакцией растворения серебра с поверхности Pt электрода, а так как площадь серебряного слоя остается неизменной, то и сопротивление интегратора останется постоянным. Это значит, при прохождении через интегратор постоянного тока, падение напряжения на интеграторе будет постоянным во времени. Ситуация изменяется при снятии (растворении) с поверхности Pt электрода последнего монослоя серебра. При этом уменьшается площадь серебряного электрода, сопротивление растет и, как следствие, растет падение напряжения на интеграторе. При завершении процесса растворения серебра начинается непосредственно процесс заряжения емкости - двойного электрического слоя границы раздела электрод считывание -твердый электролит. При этом изменяется характер роста падения напряжения на интеграторе и на временной зависимости выходного напряжения интегратора появляется изгиб. Далее идет процесс заряжения емкости двойного слоя до порогового напряжения, при достижении которой происходит отсечка тока на интеграторе.

На фиг. 1 приведены зависимости выходного напряжения интегратора при токе считывания сч 500 нА при исследовании интегратора на основе электрохимической системы Pt/RbAg Is/Ag. Зависимость, обозначенная цифрой 1, представляет выходное напряжение на интеграторе во времени при считывании известным способом. Причем, время срабатывания интегратора, т.е. время достижения порогового напряжения должно было находиться по времени на отметке равной 120 с для Сч 500 нА. Видно, что погрешность считывания информации составляет 103 с. На зависимостях четко видно начало роста напряжения на интеграторе точка а и перегиб временной зависимости падения напряжения на интеграторе - точка в. Падение напряжения на интеграторе в момент полного снятия рабочего

5 вещества с интегратора и начала заряжения емкости двойного электрического слоя составляет Up 68 мВ. Начальные падения напряжения U0 составляет 3,5 мВ при токе считывания 500 нА. После определения точ0 ки перегиба зависимостей падения напряжения на интеграторе устанавливают коэффициент усиления усилителя равным Un

К

и считывают выходные сигналы

Up-Uo

5 с интегратора при совершенно идентичных условиях записи информации и считывания, но с применением усиления и компенсации начального падения напряжения. Зависимость выходного напряжения интегратора

0 при считывании информации по предлагаемому способу приведена на фиг. 1, обозначена цифрой 2, При этом погрешность считывания информации не превышала 1-3 с при 20 циклах записи и считывания инфор5 мации.

Устройство по фиг. 2 содержит генератор стабильного тока 1, электрохимический интегратор 2, пороговое устройство 3, масштабный усилитель 4, блок согласования на0 грузки интегратора 5, блок регистрации 6, р.еле 7, прецизионный вольтметр 8 и переключатели S1 и S2. При этом генератор стабильного тока через контакт реле К1 и второй переключатель S2 соединен с интег5 ратором 2 и вольтметром 8, а также через переключатель S1 соединяется со входами порогового 3 согласующего 5 устройств либо со входом порогового 3 и согласующего устройств 5, выходы которых, соответствено но, соединены с реле 7 и регистрирующим устройством 6. Способ осуществляется следующим образом.

При верхнем положении подвижных контактов переключателя S1 и нижнем по5 ложении переключателя S2 записывается информация на ЭХИ. Далее переключатель . S2 переводят в нижнее положение и записанная информация считывается заданным током. При этом выходное напряжение па0 дает на регистрирующее устройство 6 через согласующее устройство 5 непосредственно с интегратора 2. С помощью регистрирующего устройства определяют точку перегиба временной зависимости выходно5 го напряжения интегратора, начальное падение напряжения и необходимый коэффициент усиления выходного напряжения К -г-. Далее выставляют необхоUp - UD

димый коэффициент усиления с помощью операционного усилителя и вводят компенсацию начального уровня напряжения Do. После этого переключатель S2 снова переводят в нижнее положение и записывают необходимую информацию на интегратор. Далее переключатель S2 переводят в верхнее положение, а переключатель S1 в нижнее положение, и интегратор включается в работу. Выходное напряжение при срабатывании интегратора, усиленное в К раз, подается на пороговое устройство 3 и

через согласующее устройство 5 на регистрирующее устройство 6. При этом появляется возможность точной фиксации процесса завершения снятия с электрода

рабочего вещества и начала заряжения емкости двойного электрического слоя границы раздела электрод - электролит, В результате повышается точность считывания информации с интегратора и

увеличивается крутизна выходного напряжения, подаваемого на пороговое и регистрирующее устройства.

Использование: построение времязада- ющих устройств с использованием интеграторов дискретного действия на основе твердых электролитов. Сущность изобретения: записывают на интеграторе начальное количество электричества и считывают его постоянным током до момента равенства выходного напряжения заданному пороговому значению, в режиме считывания информации усиливают регистрируемое падение напряжения на интеграторе в К раз. Устройство содержит: 1 генератор (1) стабильного тока, 1 электрохимический интегратор (2), 1 пороговое устройство (3), 1 инвертирующий масштабный усилитель (4), 1 блок (5) согласования нагрузки интегратора, 1 блок (6) регистрации, 1 реле (7), 1 прецизионный вольтметр (7), 2 переключателя (9.10), 1-9-4-9-5-6, 8-10-2, 4-9-3-7. 2 ил. ел С

Формула из об ре тения

целью повышения точности задания времени срабатывания интегратора при больших временах срабатывания и соответственно малых токах считывания, в него введены масштабный усилитель, реле, два переключателя и последовательно соединенные блок согласования нагрузки интегратора и блок регистрации, подвижные переключающие контакты первого переключателя соединены соответственно с выходом источника постоянного тока и входом блока согласования нагрузки интегратора, подключенным через пороговый блок к обмотке реле, размыкающие контакты первого переключателя объединены .и через масштабный усилитель подключены к его замыкающему контакту, размыкающие и замыкающие контакты второго переключателя попарно объединены и соединены соответственно с электродом счетчиком и рабочим электродом электрохимического интегратора, второй и первый подвижные переключающие контакты второго переключателя соединены соответственно с шиной нулевого потенциала непосредственно и выходом источника постоянного тока через нормально замкнутый контакт реле.

,M6