Водородный интегратор Советский патент 1982 года по МПК G01R11/44 H01G9/22 

(5) ВОДОРОДНЫЙ ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к приборостроению, в частности к водородным электрохимическим интеграторам, которые являются основными элементами при разработке счетчиком машинного времени, счетчиков ампер-часов, интеграторов тока и напряжения, реле времени и др. Известен водородный интегратор с визуальным считыванием информации состоящий из электродной камеры, вну ри которой расположены сетчатые платинированные электроды, разделенные пористой перегородкой, пропитанной электролитом, и подсоединенного к ней измерительного капилляра с индиJкаторной жидкостью tl. Недостатком известного технического решения является ограниченност выполняемых функций, неустойчивость прибора к механическим и гравитационным нагрузкам ввиду наличия в приборе газовой атмосферы. Наиболее Слизким по технической сущности является водородный интегратор, содержа« ий электродную камеру, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой (диафрагмой), по обе стороны которой расположены высокодисперсные пористые рабочие электроды: измерительный капилляр с сигнальными электродами, концы которого подсоединены к отсекам электродной камеры, и рабочий электролит, полностью заполняющий корпус интегратора. В измерительном капилляре содержится столбик газообразного водорода (или металлической ртути), служащий указателем отсчета 12, Недостатком известного технического решения является ограниченность выполняемых функций и недостаточно высокая электрическая емкость интегратора. Интегратор не может выполнять функцию времязадающего устройства с программным управлением, т,,е. не способен выполнять преобразование (заданного) ряда интегралов тока по времени в программированный ряд временных интервалов (задержек), причем выполнять программу неограниченное число раз, без ее разрушения, не изменяя направление и величину тока интегрирования. Интегратор может хранить и выполнять только одно значение временного интервала при заданном токе управления, причем для повторного выполнения данного временного интервала требуется изменение направления тока интегрирования. Для получения нового значения временного интервала требуется также и изменение величины интегрирующего тока. Поэтому для, реализации выполнения интегратором функции программного реле времени необходимо иметь дополнительно программное управление током рирования, что потребует сложной электронной схемы с пороговых и переключающих устройств с обратной связью. Недостаточно высокая емкость интегратора (для реализации многофункционального прибора) обусловлена небольшим количеством свободного водорода в объеме электрода, который адсорбирован на поверхности платины в порах электрода ввиде атомов , Мелкопористые электроды интегратора не могут удерживать в своем объеме больших количеств водорода, так как микропоры под действием капиллярных сил заполняются .преимущественно рабочим электролитом, вытесняя газообразный водород. Крупнопористые элект роды также не пригодны для аккумулирования больших количеств газообразного водорода, так как он будет плохо удерживаться в порах и барбатироваться в электролит, исключаясь из дальнейшего участия в электрохимической реакции ионизации. Цель изобретения - увеличение электрической емкости и расширение функциональных возможностей преобразователя. Указанная цель достигается тем, что в водородном интеграторе, содержащем электродную камеру, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой, по обе стороны которой расположены вы.сокодисперсные пористые рабочие электроды, измерительный капилляр с сигнальными электродами, концы которого подсоединены к отсе90кам электродной камеры, и рабочий электролит, заполняющий корпус интегратора, рабочие электроды выполнены из двух слоев, один из которых имеет крупнопористую гидрофобизирозанную структуру, проницаемую для электролита и газа, а второй - мелкопористую гидрофильную, проницаемую только для электролита, причем гидрофобизированными слоями электроды aпpaвлeны в сторону разделяющей их Ьерегородки, а гидрофильными - к измерительному капилляру, который выполнен в W-образной форме и содержит в верхнем изгибе два радиально противоположно направленных друг к другу сигнальных электрода, а на концах - конусообразные расширения, выполненные в виде газовых ловушек и содержащие электроды заряжения. На фиг. 1 изображена конструкция водородного интегратора: на фиг. 2 пояснение его работы. Устройство (фиг. 1а) содержит электродную камеру 1, разделенную на два отсека полупроницаемой перегородкой 2, по обе стороны которой расположены высокодисперсные, выполненные из двух слоев, электроды 3 и 4, измерительный капилляр 5i который выполнен в V -o6paзнoй форме и содержит в верхнем .изгибе два сигнальных электрода 6 и 7 а на концах - конусообразные расширения 8 и 9i выполненные в виде газовых ловушек, содержащих платинированные электроды заряжения 10 и 11. внутренняя полость преобразователя полностью заполнена раствором серной кислоты 12. Полупроницаемая перегородка состоит из мелкопористого стекла и разделена на две части полупроницаемой мембраной (непроницаемое для водорода и растворителя, например, электропроводящее литиевое стекло). Рабочие электроды имеют два слоя 13 и 1 t (фиг. 2д). Слой 13 имеет мелкопористую структуру, является гидрофильным, запорным для водорода (исключает уход газа из электрода в электролит) слоем. Изготовлен из высокодисперсного платинового порошка 15. Слой It имеет крупнопористую структуру, является гидрофобизированным, активным слоем, проницаемым для газа и электролита, так же изготовлен изплатинового порошка 15 и порообразователя (бикарбонат аммония, который затем удаляется оставляя поры) с добавкой S гидрофобизатора (фторопласта) для обеспечения оптимального распределения в порах электролита и газообразного водорода, Степень гидрофо.бизации уменьшается при переходе к запорному слою. Крупнопористая, частично гидрофобизированная структура позволяет электроду, частично пропитанному, электролитом, аккумулировать в -5 раз больше свободного водорода, чем электроды известного во стол ко же раз увеличивается и электрическая емкость интегратора. Перед использованием преобразователя информации о временных интервалах по заданной программе заносятся в ячейку памяти, в качестве которой используется одно из U-образных колен измерительного капилляра. Зарядка интегратора может осуществляться с помощью сигнальных электродов 6 и 7 или с помощью газовой ловушки 8 с использованием электрода заряжения 10. В первом случае сигнальные электроды 6 и 7 подвергаются катодной поляризации внешним источником тока с использованием рабочего электрода 3 (или 4) в качестве анода. При этом на сигнальных электродах выделяется газообразный водород 16, который накапливается в верхнем изгибе W-образного капилляра и перекрывает капилляр, разрывая столбик электролита (фиг. 16). Затем с помощью рабочих электродов 3 и газовый объем перемещается по капилляру (вниз) на заданное расстояние от электродов 6 и 7 (фиг. 1в), после чего вновь осуществляют разрыв газом столбика электролита и перемещение его по капилляру. Повторяя эти операции, можно получить в правом U-образном колене ряд столбиков электролита, заданной длины, разделенных газовыми 16 объемами (фиг. 1в). По второму методу зарядки устройства подвергают катодной поляризации электрод заряжения 10, расположенный в газовой ловушке 8. Анодом служит рабочий электрод 3. Выделяющийся газообразный водород 16 собирается в ловушке 8 (фиг. 2а) в коли честве, пропорциональном количеству прошедшего электричества. Затем полученный объем водорода 16 вводится в капилляр, для чего прибор переворачивается (на IBO) в положение (фиг. 26), при котором газ перекрывает капилляр (собирается у Ьхода в капилляр) и с помощью рабочих электродов (пропуская через них ток) перемещают электролит вместе с газом в капилляр до тех пор, пока следующий за газом столбик электролита не будет равен заданной длине (фиг. 2в). Повторяя операции получения газа заданного объема и введение его в капилляр, можно получить последовательность из столбиков электролита, разделенных столбиками Гйза заданной длины (фиг. Ir). Каждый столбик (электролита или газа) можно представить как интеграл тока по времени или временной интеграл при постоянном стабилизированном токе интегрирования. Время интегрирования линейно зависит от длины столбика f fn 0,167 d; г„ г (1) при постоянном диаметре капилляра d 1 и токе интегрирования I. i Таким образом, для зарядки преоб-j разователя необходимо по заданной последовательности временных интервалов в соответствии с программой, например: Г , 0, fj , f4 , ...tg с помощью выражения (1) найти соответствующую последовательность интегралов: 1, Ig, которые I 3 4 в виде столбиков электролита и газа формируются вышеуказанным способом и заносятся в ячейку памяти. Работа преобразователя осуществляется следующим образом. Через рабочие электроды 3 и про пускается управляющий ток интегрирования заданной величины таким образом, чтобы перемещение столбиков (интегралов) происходило в сторону СИ1- нальных электродов 6 и 7 которые будут периодически замыкаться столбиками электролита и размыкаться столбикa ft1 газа. Время нахождения электродов 6 и 7 в замкнутом состоянии определяется длиной столбика электролита, а в разомкнутом - длиной столбика газа. Моменты замыкания и размыкания цепи считывания (сигнаяьных электродов 6 и 7) Используются как (электрические) сигналы об окончании предыдущего и начала последующего временного интервала. Эти сигналы поступают в цепь управления каким-либо периодическим процессом. После выполнения программы она возвращается током обратной полярности в исходное положение или может циклироваться (переходить из одного Uобразного колена в другое) неограниченное количество без разрушения. Программа может быть разрушена путем пропускания всей последовательности (из столбиков электролита и газа) через ловушку 9 (фиг. 2г), где происходит разделение электролит и газа. Водород может быть возвращен с помощью электролита П в электрода 3. Таким образом, выполнение рабочих электродов из аух слоев микропористого гидрофильного vt крупнопористого, частично гидрофобизированного, а измерительного капилляра - в W-образ ной форме, содержащего в верхнем изгибе дополнительные сигнальные элект роды, а на концах - конуссюбразныё газовые ловушки с электродами заряжения, позволяет увеличить электрическую емкость интегратора (в -S раз) и расширить его функциональные возможности, использовать его в качестве времязадающего элемента с программным управлением. Формула изобретения Водородный интегратор, содержащий электродную камеру, разделенную на два отсека полупроницаемой перегород кой , по обе стороны которой расположены высокодисперсные пористые рабо чие электроды, измерительный капилляр с сигнальными электродами, концы которого подсоединены к отсекам электродной камеры и рабочий электролит, заполняющий корпус интегратора, о тличающийся тем, что, с целью увеличения электрической емкости и расширения функциональных возможностей интегратора, рабочие электроды выполнены из двух слоев, один из которых имеет крупнопористую гидрофобизированную структуру, проницаемую для электролита и газа, а второй - мелкопористую гидрофильную, проницаемую только для электролита, причем гидрофобизированными слоями электроды направлены в сторону разделяющей их перегородки, а гидро льнш4И - к измерительному капилляру, который выполнен в W-образной форме и содержит в верхнем изгибе два радиально противоположно направленных друг к другу сигнальных электрода, а на концах - конусообразные расширения, выполненные в виде газовых ловушек и содержащие электроды заряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 11757, кп. G 01 R , /kk, 1957. 2.Авторское свидетельство СССР № 157008 кл. G ОТ R 11/, 19б2 (прототип).