Ртутный электрохимический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H01G9/22 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к капиллярным электрохимическим преобразователям, которые являются основными элементам при разработке различных устройств - счетчиков машинного времени, счетчиков ампер-часов, времени и др. Известны различные модификации ртутно-капиллярного электрохимического преобразователя с расширением в капилляре, позволяющим повысить на дежность прибора и упростить его конструкцию, использовать преобразователь в качестве адаптивного электрохимического элемента 1. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ртутный электрохимический преобразователь, содержащий стеклянный капилляр с расширением, заполненнымдвумя столбиками ртути, разделенным электролитом, по концам которого в ртуть введены токоотводы, укрепленные герметиком 2. Недостатками известных преобразо вателей являются большая температур ная зависимость сопротивления и недостаточная точность измерения. Цель изобретения - уменьшение температурной зависимости сопротивления и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что цилиндрическая часть капилляра содержит свободный объем, расположенный между концом ртутного столбика и герметиком, причем длина столбика ртути, заключенного между электролитом и герметиком, определяется из соотношения: К(Т- Tp)f- d} 6 (To-T), длина столбика ртути; диаметр капилляра; угол наклона образующей конуса-расширения;. температурный коэффициент сопротивления; Р - коэффициент линейного расширения ртути; (Т-Тд) - интервал меняющихся температур. На фиг. 1 схематически изображена конструкция ртутного электрохимического преобразователя, который представляет собой стеклянный капилляр 1, заполненный двумя столбиками ртути 2 и 3, разделенными электролитом 4. По концам капилляра в ртуть введены гокоотводы 5, укрепленные гермети ом 6. Укороченная цилиндрическая часть капилляра с электролитом в наЧсше расширения содержит свободный объем 7, расположенный между концом столбика ртути 3 и герметиком 6, Сущность компенсации температурной зависимости сопротивления заключается в следующим. При понижении температуры ртуть, сжимаясь, увлекает электролит 4 в более широкую часть расширения. При этом электрическое сопротивление междуэлектродного промежутка, вследствие уменьшения расстояния между элект родами и увеличения площади их поверх ности, уменьшается. И наоборот, при повышении температуры ртуть расширяется, электролит перемещается в более узкую часть расширения и сопротивление преобразователя повышается. Так как изменение сопротивления междуэлектродного промежутка (за счет изменения геометрических параметров) противоположно изменению сопротивления электролита с температурой, то рассматриваемое явление можно использовать для компенсации температурной зависимости сопротивления прибора. Эффект компенсации может быть реализован только при определенном сочетании значений геометрических параметров прибора: L - длины ртутного столба 1, d - диаметра цилиндрической части капилляра, угла наклона образующей конуса (расширения) , К - тем пературного коэффии ента сопротивления электролита, р - коэффициента линейного расширения ртути, дТ - величины изменения температуры,. Для инженерных расчетов получено условие полной компенсации температур ной зависимости сопротивления: L( -VKCT- To) .dj 6tgrf,p(To-T)(l которое позволяет для заданных величин , К, Т и Ы определить L, обеспечивающую термокомпенсацию сопротивления . На фиг. 2 показана зависимость дли ны ртутного столба L от Ы для различ ных К {1-0,04;2-0,03;3-0,02;4-0,01), рассчитанная по (1) для положения за зора между электродами в начале расши рения (Н-0) при ДТ 40°С (Т 250 К do -. 0,3 мм; 1,76 10 1/град. Пример конкретного выполнения пред ложёния. Длина корпуса капилляра 20 им.; диаметр капилляра do 0,3 мм угол наклона образующей конуса с « г 45°; Длина столба ртути L 11 мм; температурный коэффициент сопротивления К . 0,04 для электролита ртути состава 1 н. HgJ +5 н. KJ; расстояние между электродами о 0,5 мм; длина свободного объема 3 мм. Значение величины сопротивления преобразователя измеряется с помощью переменного тока силой 300 мкА и частотой 50 Гц. С учетом выражения (1) получено полное уравнение кривой регулирования сопротивления, учитывающее эффект омпенсации температурной погрешности сопротивления: d.tg) fl-K(T-To),(2) .(T°r {сопротивление междуэлектродного промежутка, находящегося в начале расширения в капилляре ; do исходные параметры (диаметр и длина) междуэлектродного промежутка, находящегося в начале расширения; 2Htgc - зависимость диаметра междуэлектродного промежутка от величины смещения Н (от начала расширения); (TQ- Т) - величина термического сжатия или расширения ртути в капилляре; TO - 290 К°. На фиг. 3 показаны кривые регулирования сопротивления преобразователя: 1,3 - расчетные по (2); 2,4 и 5-экспериментальные; 1, 4 и 5 - при Т .. 250°К; 2,3 - при Т 290 К; 1-4 для предлагаемого; 5 - для известного. При постоянной температуре Т Т кривые регулирования для известной и предлагаемой конструкции совпадают. Из фиг. 3 следует, что сопротивление известного преобразователя при понижении температуры на 40 (от 290 К до 250 К) увеличивается в 2,6 раза (К 0,04) , а сопротивление предлагаемого - максимум всего лишь на 10-15%. При положении междуэлектродного промежутка в центре расширения достигается полная компенсация температурной зависимости (пересечение кривых). Введение газового объема в кон- струкцию, параметры .которой связаны соотношением (1), позволяет снизить температурную -завийимрсть сопротивления прибо1 а не менее, чем в 25 раз (т.е. от 4% до 0,16%). Так как информация прибора считывается по сопротивлению, то в таком же отношении повышается и точность работы прибора при температурных колебаниях. Изобретение исключает необходимость применения термостатирования прибора, а также более сложных методов компенсации температурной погрешности с использованием корректирующих звеньев с усилителями и мостовыми схемами. формула изобретения Ртутный электрохимический преобразователь, содержащий стеклянный капилляр с расширением, заполненный двумя столбиками ртути, разделенными электролитом, по концам которого в ртуть введены токоотводы, укрепленные герметиком, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения температурной зависимости сопротивления и повышения точности измерений цилиндрическая часть капилляра с электролитом в начале расширения содержит свободный объем, расположенный между концом ртутного столбика и герметиком, причем длина столбика ртути L, заключенного между электро

Y////////////7//

20

0

50

О

YO Фаг. 2

V б

Фаг. /

50 питом и герметиком, определяется из соотношения; -ь К(Т- T)f-d} 6tgo( (Т„ - Т) где d - диаметр капилляра; «о - угол наклона образующей конуса-расширения ; К - температурный коэффициент сопротивления; J2 - коэффициент линейного расширения ртути; (Т-Т)- интервал температур. Ичточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 312313, кл. -Н 01 G 9/22, 1970. 2,Патент Японии 4940312, кл. 110 G 13, 1974 (прототип).