Времязадающее устройство Советский патент 1979 года по МПК H01H43/32 H03K3/02 

точник 9 смещения, истоковый повторитель 10, диодно-резисторную цепь из диода 11 и резистора 12, являющуюся цепью отрицательной обратной связи, блок задержки, выполненный, например, в виде одновибратора 13, дополнительную дифференцирующую цепь 14, токоограничиваюпдие резисторы 15 и 16.

Работает устройство следующим образом.

В одиночного зануска элемента ключ 7 разомкнут. В исходном состоянии одновибратор 3 находится в ждущем режиме, при котором электрохимический дискретный интегратор 1 с помощью коммутатора 2 соединен через резистор 16 с отрицательным полюсом источпика питания, интегрируемый ток считывания через интегратор 1 протекает (пока условно) в направлении от электрода «склад (С-электрод)- к рабочему /-электроду. Под действием этого тока все электроактивное вещество накапливается и в выходном состоянии хранится на С-электроде, интегратор выдерживается в состоянии отсечки, при котором отрицательное по знаку напряжение на Р-электроде ДИ и входе истокового повторителя 10, усиленное по величине и инвертированное но знаку с помощью дифференциальпого усилителя 8, выше уровня срабатывания порогового каскада 5, вследствие чего последнее находится в сработанном состоянии, а одновибратор 13 - в ждущем. На входе истокоБого повторителя 10 напряжение гораздо ниже выходного напряжения дифференциального усилителя 8, поэтому диод 11 открыт (его р-л-переход смещен в прямом паправлении) и через резистор 12 и интегратор 1 в направлении от Р-электрода к С-электроду протекает ток обратной связи, полностью компенсирующий ток считывания от источника 4 питания.

В исходном состоянии реле времени может находиться сколь угодно долго благодаря эффективной защите интегратора от перегрузки и устойчивому состоянию всех элементов устройства.

В момент запуска реле, например, от кнопки запуска происходит срабатывание одновибратора 3, который на время своего импульса с помощью коммутатора 2 отсоединяет Р-электрод интегратора 1 от отрицательного полюса источника 4 питания и подключает его к положительному полюсу. В момент подключения напряжение на Рэлектроде интегратора возрастает от отрицательного напряжения отсечки до положительного рабочего, которое с выхода иетокового повторителя усиливается и инвертируется дифференциальным усилителем 8. В результате диод 11 запирается (его р-ппереход смещается в обратном направлении), разрывая тем самым цепь отрицательной обратной связи. Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 становится

ниже уровня срабатывания порогового каскада 5, последнее переходит в ждущее состояние, однако при этом ждущий режим одновибратора 13 не меняется.

В течение импульса одновибратора 13 через интегратор 1 протекает только ток задания от положительного полюса источника 4 питания через резистор 15 в паправлении от Р-электрода к С-электроду, под действием которого на Р-электрод интегратора наносится количество электроактивпой массы, строго пропорциональное протекшему при задании (заряде) количеству электричества.

Процесс считывания начинается с момента окончания импульса одновибратора 3, когда коммутатор 2, отсоединив Р-электрод интегратора от положительного полюса источника 4 питания, снова подключает Рэлектрод к отрицательному полюсу. В момент подключения напряжение на Р-электроде падает с положительного рабочего (не более +0,1 В) до отрицательного рабочего (не более -0,1 В) значения и остается таковым до конца процесса считывания. Благодаря небольшому по величине отрицательному напряжению источника 9 смещения, подавае.мому на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8, выходное напряжение последнего до конца процесса считывания остается по знаку отрицательпым и ниже порога срабатывании порогового каскада 5, вследствие чего диод 11 остается запертым, цепь отрицательной

обратной связи разомкнутой, а пороговый каскад 5 и одновибратор 13 в ждущих состояниях. Электрохимический перенос запасенного на Р-электроде при задании электроактивного вещества происходит

только под действием тока считывания, протекающего через интегратор 1 в направлении от С-электрода к Р-электроду и далее через резистор 16 к отрицательному полюсу источника 4 питания. (Обратным

током запертого диода 11, величина которого составляет 0,1-0,3 МкА, по сравнению с током считывания можно пренебречь). Длительность процесса считывания определяет преобладающую часть генерируемого

с помощью реле интервала времени.

Процесс отсечки напряжения начинается с момента полной очистки поверхности Рэлектрода интегратора 1 от электроактивной массы. Рост напряжения между Р-Сэлектродами интегратора, характерный для конца основной окислителыю-восстановительной реакции электрохимического интегратора, приводит к росту напряжения на выходе дифференциального усилителя 8,

что постепенно уменьшает обратное папряжепие на р-я-переходе диода И. При напряжении, близком к напряжению отсечки (0,6-0,75 В), выходное напряжение усилителя 8 достигает уровня срабатывания норогового каскада 5, которое переходит снова в режим «сработано. Одновременно отнирается диод 11 (обратное напряжение, переходя через нуль, становнтся прямым), замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связн, но которой начинает протекать ток обратной связи, увеличивающийся во времени благодаря росту положительного но знаку выходного напряжения дифференциального усилителя 8. Ток обратной связи начинает постепенно комненсировать ток считывания, в результате этого скорость роста напряжения между Р-С-электродами интегратора 1, а следовательно, и на выходе дифференциального усилителя 8 уменьшается. При напряжении отсечки ток обратной связи полностью компепс-ipycT ток считывания от источника 4 питания, скорость роста напряжения между электродами интегратора становится равной нулю и нанряжение па рабочем электроде элемента стабилизируется.

Продифференцированный перепад напряжения на выходе порогового каскада 6 в момент его срабатывания запускает одиовнбратор 13, носледний формирует выходной имнзльс устройства, после чего возврап;ается опять в ждущий режим. За время импульса одновибратора 13 интегратор выдерживается при напрял енин величиной выше 0,5-0,7 В (в завнсимости от нервоначальной настройки с номощью напряжения смещения). Именно выдержка при этом напряжении способствует более нолному протеканию основной электрохимической реакции. По окончании импульса одновибратора 13 устройство нереходит в Г1ервоначальное исходное состояние, в котором находится до прихода следующего нускового импульса.

После срабатывания порогового каскада 5 до прихода следующего пускового импульса интегратор находится нри нанряжении выше 0,5 В. С этой точки зрения необходимость одновибратора 13 ие оправдана. Однако нри отсутствии одновибратора следующий пусковой импульс может нрьйтн в момент срабатывания порогового каскада, таким образом принудительной ежекиклнчной выдержки интегратора при высоком нанряжении 0,5 В не будет, что способствует накоплению комплексных ионов серебра в электролите элемента и ухудшению метрологических характеристик его работы.

В циклическом режиме работы устройства ключ 7 замкнут, в результате чего выход одновибратора через цень ключевой обратной связи (дифференцирующая цепь 6) соединен с входом одновибратора 3. В этом случае задннй фронт выходного импульса одповибратора 13, т. е. выходного импульса устройства, продифференцированный дифференцирующей цепью 6, поступает на вход одноБибратора 3, вызывая его срабатывание. Процессы в устройстве начинают повторяться, а на выходе одновибратора

формируется периодическая последовательность выходных импульсов устройства, работающего в циклическом . Для улучшения метрологических характеристик работы в нем предусмотрены: ежецикличная принудительная выдерн ка интегратора в течение определенного промежутка времени при напряжении отсечки, минимизация потерь интегрируемого тока

во входных цепях порогового каскада, надежная защнта интегратора от роста напряжения между его электродами предельно допустимого значения 0,8 В. Использование истокового повторителя

на отдельном полевом транзисторе или во входном каскаде микросхемы дифференциального усилителя 8 дает возможность нолучить громадные входные сопротивления, изменяющиеся во всем диапазоне рабочих

температур не ниже чем до 10 мОм, что позволяет практически пренебречь потерями интегрируемого тока, расширив тем самым диапазон токов интегрирования до 20-30 мкА и ниже (в зависимости от ожидаемой погрешности).

Ежецикличная принудительная выдержка электрохимнческого ДИ нрн нанряжении отсечки препятствует накоплению растворенных в электролите комплексных ионов

серебра, что способствует постоянству дозированной прн задании на Р-электрод электроактивной массы. Это, в свою очередь, стабилизирует длительность процесса считывания, т. е. стабильность работы устройства.

Убедимся в эффективности защиты электрохимического интегратора от перегрузки по напряжению. Допустим, что в исходном состоянии устройства вследствие каких-то причин ток цепи отрицательной обратной связи по сравнению с током считывания уменьшается. (Аналогичные рассуждения снраведливы, если ток считывания по сравнению с током

отрицательной обратной связи увеличился). Это приводит к тому, что результирующий ток через интегратор протекает от С-электрода к /-электроду и напряжение между электродамн начинает увеличиваться по величине, оставаясь отрицательным по знаку. Но повыщение напряжения между Р-Сэлектродами автоматически через истоковый повторитель 10 вызывает увеличение ноложительного но знаку напряжения на

выходе дифференциального усилителя 8, за счет чего ток в цепи отрицательной обратной связи тоже увеличивается, компенсируя условно допускаемое уменьшение тока цепи отрицательной обратной связи. Поэтому и

напрялСение между Р-С-электродами, условно растущее, стремится назад к своему первоначальному зпачению.

Аналогичными рассуладениями доказывается, что взаимокомпенсация токов считывапия и цепи отрицательной обратной свя

зи происходит и в том случае, если ток отрицательной обратной связи по каким-то причинам по сравнению с током считывания возрастает. Отсюда следует: любые изменения тока считывания по сравнению с током цепи отрицательной обратной связп или наоборот в исходном состоянии устройства будут скомпенсированы за счет действия цепи отрицательной обратной связи, что и обеспечивает эффективную защиту электрохимического дискретного интегратора от роста напряжения между его электродами выше предельно допустимого значения 0,8 В.

Таким образом, введение в устройство дополнительного одновибратора, истокоиого повторителя и дифференциального усилителя с элементами цени отрицательной обратной связи позволило при надежной защите электрохимического дискретного интегратора от перегрузки по напряжению улучшить точность и стабильность его работы, расширить диапазон возможных токов интегрирования, что в конечном итоге способствует улучшению метрологических характеристик устройства.

Формула изобретения

Времязадающее устройство, содержащее электрохимический дискретный интегратор.

1

электрод, «склад которого соединен со средней заземленной точкой источника пнтания, а рабочий электрод через коммутатор, управляющий вход которого подключей к выходу одновибратора, подключен к разноименным полюсам источника питания, пороговый каскад, дифференцирующую цепь, включенную через ключ между выходом устройства и управляющим входом одновибратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены дифференциальный усилитель с источником смещения па неипвертирующем входе и истоковым повторителем

иа инвертирующем входе, цепь диодно-резисторной обратной связи, включенная между выходом дифференциального усилителя и входом истокового повторителя, вход которого соединен с рабочим электродом

электрохимического интегратора, блок задержки, подключенный через дополнительную дифференцирующую цепь к выходу порогового каскада.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 413546, кл. Н ОШ 43/32, 22.05.72.

2.Авторское свидетельство СССР № 443462, кл. Н ОЗК 3/02, 18.08.72 (прототип).