Ртутный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H01G9/22 

(54) РТУТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВ.А.ТЕЛЬ

Изобретение относится к приборостроению, в частности, к ртутно-капиллярны.м. электрохимическим преобразователям, которые являются основными элементами при разработке различных устройств: счетчиков машинного времени счетч.иков ампер-чассз реле времени и др. Известен ртутный преобразователь, содержащий стеклянный капилляр, заполненный двумя столбиками ртути, разделенными раствором электролита на основе солей ртути. По концам капилляра введены в ртуть и загерметизированы токовыводы. В стенки капилляра впаяны сигнальные электроды. Принцип работы преобразователя основан на анодном растворении и катодном осаждении ртути при пропускании через преобразователь постоянного тока и связанном с этим перемещением электролита в сторону анода. Преобразователь выполняет функцию времязадающего элемента или реле вре.мени с установкой заданного временного интервала 1 . Недостатком известного технического решения является ограниченность выполняемых функций. Известен ртутный преобразователь, содержащий стеклянный капилляр с расширением, заполненный двумя столбиками ртути, разделенными электролитом. По конца.м капилляра в ртуть введены и загерметизированы управляющие электроды. Принцип работы преобразователя основан на анодном растворении и катодном осаждении ртути при пропускании через преобразователь постоянного тока и связанным с этим перемещением электролита в сторону анода. При попадании электролита в расширенную часть капилляра он (под действием капиллярны.х сил) «перескакивает в начало расширения и тем самым вызывает скачкообразное изменение сопротивления преобразователя, что используется в качестве электрического сигнала об окончании процесса интегрирования. Прибор является базовы.м объектом и используется в качестве электро.химического управляемого сопротивления, времязадающего элемента, э,тектрохимического кулометра и генератора импульсов инфранизкой частоты 2. Недостатком известного технического решения являются низкие эксплуатационные

характеристики и ограниченность выполняемых функций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ртутный преобразователь, содержащий замкнутый кольцевой капилляр, включающий цилиндрическую, являющуюся измерительной, часть, и два расширения со свободным от ртути объемом между ними, управляющие электроды, расположенные в одном из объемов между ними и заполненные столбиками ртути, разделенными электролитами; управляющие электроды, расположенные в одном из расширений и разделенные пористой перегородкой, пропитанной Электролитом, сигнальные электроды, расположенные в измерительной части капилляра Работа преобразователя основана на электрохимическом пере} осе ртути через пористую перегородку с анода на катод и связанным с этим перемещении столбиков ртути и электролита по капилляру в сторону сигнальных электродов, которые будут периодически замыкаться столбиками ртути и размыкаться столбиками электролита. Преобразователь работает как программное временное устройство в системах автоматического контроля и регулированияЕЗЗ.

Однако известное техническое рещение характеризуется ограниченностью выполняемых функций, недостаточным объемом памяти, недостаточно высокой точностью и стойкостью преобразователя к механическим ударным и вибрационным нагрузкам.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение объема памяти, повыщение точности и надежности преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что часть измерительного канала выполнена спиралевидной, во второе расщирение введен сигнальный электрод, а свободный от ртути объем между расширениями заполнен электролитом.

На фиг. 1 показан преобразователь, подготовленный к работе (после выполнения операции зарядки преобразователя); на фиг. 2 - график изменения сопротивления преобразователя во времени.

Корпус преобразователя выполнен в виде замкнутого кольца, содержащего спиралевидный капилляр 1 и два расширения 2 и 3. Расширение 2 разделено на два электродных отсека пористой стеклянной перегородкой 4, пропитанной электролитом ртути, по обе стороны которой расположены инертные к ртути и электролиту сетчатые (из сплава НД 47) управляющие электроды 5 и 6 с токовыводами. В стенку расширения 3 впаян сигнальный электрод 7 (из проволоки сплава НД 47) Указанная часть измерительного капилляра содержит две пары сигнальных электродов, одна из которых 8 и 9 расположена вблизи расширения 2, а вторая - 10 и 11 - в центре спиралевидНОЙ части капилляра. Внутрен1;кя по.лесть преобразователя заполнена сгголбиками ртути 12, разделенными столбикам улектро.чита ртути 13 следующего состава: 1н Hg32-f 4,75н KJ.

Объем 14, расположенный в узкой части между расширениями, заполнен электролитом фона 4,75нК, не. содержащим ионы ртути, с целью разрыва электрической це.пи по капилляру 1 по постоянному току .между управляющими электродами 5 и 6 и обеспечения протекания управ.ляющего тока только через пористую перегородку. В отличие от известного устройства объем 14 (содержапгий вместо диэлектрика электролит) приобретает высокую проводимость по переменному току, что в сочетании: с электродо.м 7, введенньку в 1 редло: кении, позволяет расширить функциональные возможности преобразователя.

Перед зарядкой преобразователя электролит 13 находится в левом электродног. отсеке расширения 2 и заполняет часть капилляра с электрода.ми 8 и 9. Для зарядки преобразователя на электрод: 8 v. 9 с иомопдью анода 6 осаждают ртуть., которая перекрывает капилляр, образуя столбик ртути заданной длины. Затем его перемещают в капилляр с помощью электродов 5 и 6 так, чтобы при формировании следуюгдего столбика ртути образовался сто.пзик электролита заданной длины. Повторяя процесс, получают в левой половине капилляра ряд столбиков ртути и электролита (фиг. i).

Для осуществле}1ия работы преобразователя на электроды 5 и б подакот посто.янный ток управления, а на электродь 6 и 7 -переменный ток считывания. Столбики ртути и электролита перемещаются в сторону электродов 10 и 11, периодически замыкая их ртутью и размыкания электролито.м. Изменяя направление тока . неогран.чченно циклировать указанный процесс, переводя столбики ртути и электролита и:г олтой половины капилляра з другую. Такил: образом, преобразователь (как л в известно..-; техническом решении) выполняет функцию программного реле времени, в котором информация сохраняется при неогр.яниченно.л числе считыва1 ий временных и.ктервалов. При необходимости программа разрушается путем перевода всего электролита 13 1з левый электродный отсек расширения 2.

Одновременно в процессе работы преобразователя объем 14 пере.мещается в более широкую часть конусообразного расширения 2 (или 3), при этом поверхности ртути, между которыми заключен объем 14, сближаются, а электрическое сопротивление объема или напряжение на электродах 6 и 7 уменьшается. При соприкоеновении ртутных поверхностей электролит практически мгновенно (60 мс) перетекает в узкую часть капилляра между расширениями 2 :н 3 (фиг. 1, объем 14), при этом сопротивление o6be:via i. «;.; нагфяжег Н; меж ly электро-дами б и 7 резко возрастает, прияЕ1мая исходное значение. Таким образом, в результате вхождения электролита 14 з расширение 2 или Зи последующего скачкообразного возвращения его в узкую часть между э;;ектрода:ии считывания 6 и 7 появляется импульс напряжения определенной формы. За счет того, что электролит 14 помещен л;ежду двумя расщирепиями, имеющими одинаковые геометрические параметры, импульсы напряжения появляются независимо от направления управляющего тока (независимо от направления считывания основной программы временных интервалов). Указанная закономерность позволяет преобразователю дополнительно выполн-ять )яд iiOHhix функций. При непрерывном пропускании постоянного стабилизированного тока управления реализуется генераторный режим работы преобразователя J сопровождаюнгийся «перескоками электролита 14 и дискретным переходом ртути из одного расщирения в другое. Длительность интервалов между импульсами зависит от геометрических параметров расширения и регулируется величиной тока управления. Благодаря высоким токам управления в устройстве можно ПОЛУЧИТЬ частоту следования импульсов (1 Гц) в 60 раз больше, чем з базозо; объекте (15-10-3 Гц). Наряду с выполнением сложной программы временных интервалов (в спиралевидном капилляре) с сигнальных электродов 6 и 7 могут также считываться перееденным токсл; равные по величине промежутки аременм. Сигналом об окончани- ;ре;;;ь:ду цггэ зрсменного интервала и начала последующего является скачок напряжения в .момент «перескока электролита 14 из широкой в узкую часть раснгирения. Таким образо.м, эта часть поеобразователя может з 1полнрггфунк;(;1с уремязадягг- ч-;-г; ;сгройс за. ::,:;заданной формы оаспгирения временные интервалы задаются величиной тока управления. В устройстве могут быть получены более короткие временные интервалы (.ао 1 с) ио сразнеН-но с прототипов (до 3 мин) или базовьп« объектом (до 60 с). Зависимость сопротивления электролита 14 от его положения в конусообразном расширении позволяет использовать преобразователь в качестве электрохимического управляемого сопротивления с памятью (или аналогового запоминающего интегратора). Кривые регулирования сопротивления в зависимости от времени (мин) или количества прошедшего электричества () при постоянном токе управления 1 мА приведены на фиг. 3. Сонротивлекие считывается -переменным током 300 мкА н частотой 50 Гц. Интервал регулироваьия 20---300 Ом, время регулирования 20 мин. Разброс кривых регулирования 1,5°/о. Необходимую величину сопротивления можно установить как при прямом (кривые I и 1 на фиг. 2), так и при обратном токе регулирования (кривая III на фиг. 2). Минимальное время регулирования в устройстве в 60 раз меньше, чем в базовом объекте (для установки заданного значения сопротигвления). Независимо от направления протекания тока управления (направления считывания программы времепных интервалов) устройство нозволяет определить общее количество электричества, прошедшее через преобразователь при выполнении программы, а также общее количество считываний программы. Считывание осуществляется д; скретно, по чис.чу выходных импульсов напряжения на электродах 6 и 7 (имнульсгюе считывание). Наряд) с этим имеется возможность параметрического считывания промежуточного значения интеграла за вре.мя, нрошедшее после последнего выходного импульса, например, по промежуточному значению сопротивления объе.ма 14, считываемого перемещи: 1м током. Таким образом, преобразователь выполняет функцию счетчика количества э.пектричества. Использование в устройстве спиралеобразного измерительного капилляра позволяет увеличить об:цее число и длину столбиков ртути и электролита, что увеличивает объем памяти н точность счнтывания временных П1терналоГ. Спиралеобразная фор.ма измерительного капилляра повышает устойчи,вость находящихся в нем. столбиков ртути к мехйН1 ческим ударным и вибрационным -лгрузкзм. так как давление ртут1; при люJi;i: иаиразлении л;ехан;1ческого воздействия на капилляр приходится в основном на стенки кап лляра и в меныпей степени на электролит. В устройстве спираль не фиксируется твердым те.ю.м и поэто.му играет роль ( пш; пнбрацион1п 1х и дарТаким образом, введение сигнального электрода во второе расширение в капилляре известного технического решения и замена диэлектрика на э.тектролит в свободном от ртут1; объеме, расположенным между расндиреннями, расширяет функциональные воз.можпости преобразователя, позволяет ему дополнительно выполнять следующие функци : генератора импульсов напряжения инфранизкой частоты; времязадающего устройства на малые промежутки времени; счетчика количества электричества с импульсным (и нараметрическим) считыванием информации; электрохимического управляемого .сопротивления с памятью, а выполнение части измерительного капилляра в форме спирали увеличивает объем памяти, повышает точность и стойкость преобразователя к механическим ударным и вибрационным нагрузка.м.

7 Формула изобретения

Ртутный преобразователь, содержащий замкнутый кольцевой капилляр, включающий цилиндрическую, являющуюся измерительной, часть и два расширения со свободным от ртути объемом между ними, и заполненный столбиками ртути, разделенными электролитами, управляющие электроды, расположенные в одном из расширений и разделенные пористой перегородкой, пропитанной электролитом, сигнальные электроды, расположенные в измерительной части капилляра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, увеличения объема памяти, повыше8

8

ння точности и надежности преобразователя, часть измерительного канала выполнена спиралевидной, во второе расширение введен сигнальный электрод, а свободный от ртути объем между расширениями заполнен электролитом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

200 100

(.кл

15 W , ие.2