Ртутный интегратор Советский патент 1982 года по МПК H01G9/22 

(54) РТУТНЫЙ ИНТЕГРАТОР

I

Изобретение относится к приборостроению, в частности к ртутным капиллярным электрохимическим преобразователям, которые используются при построении электрохимических интеграторов, счетчиков машинного времени, счетчиков ампер-часов, реле времени и др.

Известен ртутный интегратор, в котором с целью повышения ударной и вибрационной устойчивости между столбиками ртути помещена пористая перегородка, пропитанная рабочим электролитом и непроннкаемая для ртути 1.

Недостатком устройства является высокое внутреннее сопротивление преобразователя (20-30 кОм), обусловленное наличием между электродами пористой перегородки, блокирующей поверхности ртутных электродов.

Наиболее близким к предлагаемому является ртутный интегратор, содержащий герметичную заполненную вязкой жидкостью прозрачную ампулу, в которую помещен капиллярный кулометр, состоящий из стеклянного капилляра, заполненного двумя столбиками ртути, разделенными перегородкой, и двух токоОТВОДОВ, укрепленных на концах капилляра и вьгееденных наружу через стенки ампулы. Ампула с жидкостью и спиралевидные токов ыводы повышают устойчивость кулометра к ударным и вибрационным воздействиям.

Принцип работы преобразователя основан на анодном растворении и катодном осаждении ртути при пропускании постоянного тока и перемещении электролита по капилляру в сторону анода пропорционально количеству

10 пропущенного злектричества 2.

Недостатками известного интегратора являются высокое внутреннее сопротивление (1-3 кОм), низкие рабочие токи (4-8 мкА) из-за наличия малой площади рабочей поверх15ности электродов (0,1 мм), что не позволяет использовать преобразователь на малые временные интервалы (до 3-5 ч). :Минимальное время интегрирования устройства составляет 500 ч. Из-за наличия электролита между стол20биками ртути и свободных объемов на концах капилляра, играющих роль демпфера при температурных колебаниях длин столбиков ртути, преобразователь имеет недостаточно высокую устойчивость к ударным и температурным воздействиям, привод.щим к дроблению столбиков ртути и растеканию электролита. Наличие у интегратора малой площади рабочей поверхности электродов и малого объема электролита является нестабильности электрических характеристик преобразователя, так как следы примесей в этих условиях ока зывают сильное влияние на конвективные про цессы в капилляре, на скорость и механизм переноса ртути. Цель изобретения - повьпление рабочих токов, расширение диапазона измерений вреIменных интервалов в сторону нижнего предела, повышение стабильности электрических характеристик и стойкости преобразователя к ударным и температурным воздействиям. Указанная цель достигается тем, что на концах капилляра вьшолнены и заполнены ртутью расширения из пористого стекла, проницаемого только для жидкости, а ампула, в которую помешен микрокулометр, заполнена рабочим электролитом, содержашим ионы ртути, причем поверхность токоотводов, контактирующая с электролитом, покрыта электроизолируюшей пленкой. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Ртутньш интегратор содержит стеклянный капилляр, цилиндрическая часть 1 которого вьшолнена из сплошного стекла, а расишрения на концах 2 и 3 вьшолнены из пористого стекла с диаметром пор 100 мк Капилляр заполнен двумя столбиками ртути 4 и 5, разделенными электроизолирующей перегородкой 6, способной к перемещению по капилляру. Перегородка вьшолнена из сплошного ферритового стержня и служит для разрыва электрической цепи по капилляру и обеспечения визуального или электрического считывания информации. Капилляр помещен в герметичную (из прозрачной пластмассы) ампулу 7, заполненн}то рабочим электротштом ртути 8, и закреплен в ней двумя спиралевидными токоотводами 9 и 10 (из титановой проволоки диаметром 0,3 мм), которые введены в ртуть и загерметизированы, по концам капилляра и в стенках ампулы. Спиралевидная часты токоотводов, находящаяся в кон такте с электро1штом, покрыта химически стойкой сплошной изолирующей пленкой оки си титана (оксидирование титановых токов ыводов). Электрическая цепь по капилляру разорвана ферритовым разделителем 6 (в отсутствии электролита), поэтому при пропускании постоя|шого тока через токовьшоды 9 и 10 процессы растворегшя и осаждегшя ртути про текают на поверхности ртути, находящейся в рас1Ш рениях и контактирующей с электро 4 литом через пористые стенки расширений. Пе. ренос ионов ртути осушествляется через объем электролита, находящийся в ампуле. При элеткрохимическом переносе ртути из одного расширения в другое анодный столбик ртути укорачивается, а катодный удлиняется, в результате чего разделительный элемент 6, служащий индикатором отсчета, переме1цается по капилляру в сторону анода, пропорционально количеству пропущенного электричества. Величина перемещения, может считьтаться как визуально, так и электрически, например, с помощью катушки индуктивности. Ампула 7 заполнена литиевым электролитом ртути состава 6 н. Lil -f- 1н. Hglj, который имеет достаточно высокую вязкость и совместно со спиралевидными токовыводами надежно защищает измерительный капилляр от ударных нагрузок. Возможность замены в предлагаемой конструкции электролита в капилляре на твердый разделительный элемент повышает устойчивость прибора к механическим и вибрационным нагрузкам. Кроме того, устойчивость прибора к ударным воздействиям дополнительно повышается за счет расширений в капилляре, которые повышают силу вязкого трения при продольном перемещении капилляра в вязкой жидкости. В устройстве исключается необходимость в свободных демпфирующих объемах на концах капилляра, что также повышает устойчивость. Демпфирующее действие при термическом расширении столбиков ртути осуществляют поры в стенках распшрений, куда может заходить избыток ртути при нагревании преобразователя. В устройстве рабочая поверхность ртутных электродов в расширениях (100 мм при диаметре расшире1шя 6 мм) не менее, чем в 100 раз превышает рабочую поверхность электродов (менисков) в известном устройстве (0,14 мм цри диаметре капилляра 0,3 мм), что позволяет уменьшить внутреннее сопротивление от 1 кОм до 10 Ом, повысить рабочие токи от 10 мкА до 10 мА и уменьшить нижний предел временных интервалов (минимальное время прохождения разделительным элементом всей длины измерительной щкалы) от 500 до 5 ч. Микрокулометр в известном устройстве является базовым элементом, на основе которого создаются (серийно выпускаемые) счетчики времени, счетчики ампер-часов, реле времени и др. Поэтому предполагаемое изобретение по сравнению с базовым объектом позволяет уменьшить внутреннее сопротивление прибора, повысить рабочие токи, расширить диапазон измерений временных интервалов в сторону нижнего предела, повысить воспроизводимость электрических характеристик и ус тойчивость преобразователя к ударным и температурным воздействиям, Высокие эксплуатационные характеристики преобразователя позволяют расширить области его использования, например, в качестве времязадающего устройства (с дополнитель но впаянными сигнальными электродами) или интегратора d непрерьтным электрическим счи тыванием в объектах, испытывающих высокие ускорекия (до 1000 д) и высокие перепады температур (-30)-(+120)° С. Низкое сопротивление преобразователя позволяет достаточно просто строить электрическую схему преобразователя. Формула изобретения Ртутный интегратор, содержащий герметичную заполненную вязкой жидкостью прозрач5ную ампулу с размещенным в ней кулометром, состоящим из стеклянного капилляра, заполненного двумя столбиками ртути, разделенными перегородкой, и двух токоотводов, укрепленных на концах капилляра и вьтеденных наружу через стенки ампулы, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона кулометра и повышения стабильности его электрических ха рактеристик, на концах капилляра выполнены и заполнены ртутью расширения из пористого мЬтериала, проницаемого только для жидкости, причем поверхность токоотводов, контактирующая с жидкостью, покрыта электроизолирующей пленкой, а в качестве жидкости взят рабочий электролит, содержащий ионы ртути. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3662262, кл. 324-94, опублик. 72. 2.Патент Великобритании № 1481156, кл. G 1 U(Q), опублик. 1977 (прототип).