DD160934A1 - Coulometer mit fluessigkristallanzeige - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Coulometer mit Fluessigkristallanzeige, das aus einer Mehrschichtanordnung von Quecksilbermikrocoulometer und Fluessigkristallschicht besteht. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, fuer ein Quecksilbermikrocoulometer eine kontrastreiche, gut ablesbare Anzeige der Stellung des elektrolytischen Einschlusses zu erreichen. Erfindungsgemaess wird dazu die Coulometerkapillare, die durch eine Rille in einem hochpermeablen Substratplaettchen gebildet wird, mit einem ebenfalls hochpermeablen Deckplaettchen abgeschlossen und darueber die Fluessigkristallschicht mit transparenter Abdeckung angeordnet. Diese transparente Abdeckung und das Substrat haben leitende Belaege. Eine an diese Belaege angelegte Wechselspannung erzeugt in dieser Mehrschichtkondensatoranordnung an der Stelle des elektrolytischen Einschlusses eine andere Feldstaerke als ueber den Quecksilberteilsaeulen, so dass die Fluessigkristallschicht an dieser Stelle eine andere optische Reflexion aufweist. Eine Verstaerkung des Kontrastes ist durch Einbringen eines isolierenden Koerpers in den elektrolutischen Einschluss moeglich.

Description

Titel der Erfindung

Coulometer mit Flüssigkristallanzeige

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Coulometer mit Flüssigkristallanzeige, das es gestattet, die Bewegung und die Stellung des elektrolytischen Einschlusses, der bei Quecksilbermikrccoülometern die beiden Quecksilberteilsäulen trennt, als Flüssigkristallanzeige sichtbar zu machen» In vielen Anwendungsfällen wurde bei Mikrocoülometern die Erkennbarkeit und Ablesbarkeit des kleinen, mit einem wäßrigen Elektrolyt gefüllten Einschlusses im üuecksilberfaden des Kapillarröhrchens als nachteilig empfunden. Der bei bekannten Ausführungen von Elektrolyt-Betriebsstundenzählern im Elektrolyttropfen angeordnete poröse Körper verbessert zwar die Erkennbarkeit, jedoch weicht diese Anzeige von den in der Elektronik üblichen Displays, d.h. Flüssigkristailen bzw. E le. k trol um ines ze nz -Anze i ge e le me η te η > ab. Bei den Ba lie le me η ten der lonik fehlte bisher eine solche Anzeige, die zu den Displays der Elektronik kompatibel ist.Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine solche Anordnung dar. Sie kann auf nahezu alle Mikrocoulometerausführungen angewendet werden und ist besonders vorteilhaft in elektronischen Geräten einsetzbar, die ohnehin eine Flüssigkristallanzeige besitzen, '·;. - '.. ' . ' "" · ' ; ' .. ' ^: .' .·

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen müssen sowohl Anzeigemöglichkeiten für Mikrocoulometer als auch der technische Stand bei Flüssigkristallanzeigeelementen dargelegt werden.

Eine einfache Methode zur Verbesserung der Ablesbarkeit verwenden die "Indachron" genannten Elektrolyt-Betriebsstundenzähler. Bei ihnen schwimmt im Elektrolyttropfen zwischen den beiden Quecksilberteilsäulen ein poröser Körper, der als Zeiger dient und gleichzeitig die Trennung zwischen den beiden Quecksilberelektroden verbessert. Solche Indachronzähler können zwischen - 25⁰C und +65 C, in Sonderausführungen auch für einen noch weiteren Temperaturbereich eingesetzt werden, Sie sind für einen maximalen Dauerstrom von 85 uA eingerichtet und werden entweder mit neutralen Skalen oder für die Standardbetriebszeiteri 1000/2000, 5000 und 10 000 Stunden angeboten. Oe nach dem gewünschten Einbau werden sie ähnlich wie eine Feinsicherung mit 6,35mm Durchmesser und 32 mm Länge, aber auch in verschiedenen rechteckigen Gehäusen geliefert.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Anzeige wurde in der Erfindungsanmeldung "Anordnung zur ionisch-pneumatischen Wandlung und Verstärkung" beschrieben. Bei dieser Anordnung schwimmt in dem wäßrigen Elektrolyt ein isolierender Körper, der mit einem durch eine Dichtungsbuchse nach außen geführten Stahlstift verbunden ist. Dieser Stift be* tätigt über ein Hebelsystem weitere, außen angebrachte mechanische Elemente.

Eine weitere Grundlage für die erfindungsgemäße Lösung bilden die Flüssigkristalle, Von den verschiedenen Flüssigkristallverbindungen interessieren hier nur die thermotropen Flüssigkristalle, Sie sind organische Verbindungen, die aus langgestreckten Molekülen bestehen, deren Anordnung über

größere Bereiche bestimmten Ordnungsprinzipien unterworfen ist« Als Strukturtypen unterscheidet man nematische, cholesterinische und smektische thermotrope Flüssigkristalle. Die gewöhnlicherweise nur innerhalb kleiner Volumenbereiche einheitliche Ausrichtung der Moleküle kann durch äußere Felder, insbesondere durch elektrische Felder, homogen gestaltet werden. Eine solche anisotrope Ausrichtung ist optisch durch Veränderung des RefJexionsgrades erkennbar. Elektrooptische Anordnungen werden meist durch 5.,.,50/jm dicke Flüssigkristallschichten zwischen zwei Elektroden aufgebaut, von denen mindestens die Deckelektrode zur Beobachtung transparent sein muß. Für die Wechselwirkung solcher Flüssigkristallanordnungen mit elektrischen Feldern sind Vorzeichen und Betrag der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristali-Flüssigkeit maßgebend. Beispielsweise wird sich.in dem Bestreben, einen Zustand minimaler Energie zu erreichen, die Vorzugsrichtung einer nematischen Flüssigkeit mit positiver Anisotropie in Feldrichtung, bei negativer Anisotropie dagegen quer zur Feldrichtung einstellen,

Oe nach Leitfähigkeit des Flüssigkristalls, die sich durch Zusätze geeigneter Elektrolyte über annähernd 6 Zehnerpotenzen einstellen läßt, und je nach Frequenz des an die Flüssigkristallschicht gelegten elektrischen Wechselfeldes können rein dielektrische {elektroelastische) Feldeffekte auftreten. .

Die· rein dielektrische Verformung nematischer Flüssigkristallschichten läßt sich stets bei Vorliegen geringster Leitfähigkeit im Flüssigkristall oberhalb der dielektrischen Relaxationsfrequenz beobachten, wobei die anliegende Spannung oberhalb einer bestimmten Schwellspannung liegen muß. Die iiViderstandswerte der Flüssigkristall-Materialien liegen bei 10 '.....· .lÖ^1Oßcni. Die niedrigeren Werte innerhalb dieses Bereiches, die also einer merklichen Leitfähigkeit entsprechen, werden vor allem für eine andere

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Form des Flüssigkristalleffektes, den sogenannten dynamischen Streueffekt benutzt. Es handelt sich hierbei um Einwirkung von wandernden Ladungsträgern auf die Ausbildung homogener Flüssigkristallschichten.

Alle diese beschriebenen Effekte sind seit langer Zeit bekannt und werden für die verschiedensten Zwecke, insbesondere für Flüssigkristallanzeigeelemente in elektronischen Geräten verwendet. Die dazu vorliegende Literatur ist umfangreich. Weitere Einzelheiten sind jedoch für die Beschreibung des technischen Prinzips der erfindungsgemäßen Lösung nicht von Bedeutung und sollen auch nicht unter Schutz gestellt werden.

Eine Anordnung, die in kompakter Form eine Kombination eines Mikrocoulometers mit einem Flüssigkristallänzeigeeleraent gestattet, ist nicht bekannt.

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Ziel der Erfindung .

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein üuecksilbermikrocoulometer mit Flüssigkristallanzeige als kompaktes Bauelement mit kontrastreicher Erkennbarkeit der Lage des -i elektrolytischen Einschlusses anzugeben. &

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mikrocoulometerelement und den Flüssigkristall in einer Mehrschichtanordnung so zu kombinieren, daß die Stellung des elektrolytischen Einschlusses bei geeigneter äußerer Beschaltung als Flüssigkristallanzeige abgelesen werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter .i/eise die Kapillare des Mikrocoulometers durch eine Längsrille in einem isolierenden Substratplättchen gebildet und an ihren beiden Enden durch die Elektrolyseelektroden abgeschlossen wird. Bei den bekannten Ausfüh-

rungen wird diese Rille nach Einfüllen des Quecksilbers und dem Eindringen des elektrolytischen Einschlusses durch ein weiteres Deckplättchen verschlossen. Ober diesem prinzipiell beibehaltenen Aufbau wird die Flüssigkristall-Schichtenfolge angeordnet, Einen Längsschnitt durch das gesamte Anzeigeelement zeigt Figur 1. Die Kapillarrille des Mikrocoulometers 1 enthält die beiden Quecksilberteilsäulen 2 mit dem elektrolytischen Einschluß 3. Die Stirnseiten dieser Rille werden durch Elektroden abgeschlossen, von denen Anschlußfahnen zum Anlegen der Elektrolysegleichspannung nach außen führen. Da sich die Polarität nach der gewünschten Bewegungsrichtung des elektrolytischen Einschlusses richtet, ist die umgekehrte Polarität jeweils in Klammern angeführt. Die Rille ist in das dünne Substrat 4 eingraviert, das aus einem hochpermeablen dielektrischen Werkstoff bestehen soll, und wird durch ein sehr dünnes Deckplättchen 5, ebenfalls aus einem hochpermeablen dielektrischen Werkstoff bestehend, luftdicht abgeschlossen. Auf diesem Deckplättchen wird die Flüssigkristallschicht 6 aufgebracht. Den oberen Abschluß bildet ein Glasplättchen 7, auf dessen Unterseite sich eine transparente Leitschicht 8 befindet. Ebenso wird das Substratplättchen 4 nach unten durch eine metallische Leitschicht 9 abgeschlossen. Von beiden Leitschichten 8 und führen elektrische Anschlußfahnen für das Anlegen einer vi/echselspannung nach außen. Der gesamte Aufbau kann durch Verklebung zu einem kleinen, kompakten Bauelement verbunden werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung wird angenommen, daß an den Elektrolyseelektroden eine niedrige Elektrolysegleichspannung entsprechend der eingezeichneten Polung liegt. Dann werden von äer Anode zur Katode durch den elektrolytischen Zwischenraum Guecksilberionen transportiert, so daß die anodenseitige Quecksilberteilsäule kürzer, die katodenseitige Säule dagegen langer wird. Der Zwischenraum verschiebt sich somit in Richtung

Anode. Umpolung verändert die Bewegungsrichtung. Durch Anlegen einer !Wechselspannung an die transparente Leitschicht 8 und die metallische Leitschicht 9 bildet sich zwischen diesen Schichten ein elektrisches Feld aus, wobei die Feldstärke im Dielektrikum über und unter dem Quecksilberfaden größer ist als über und unter dem elektrolytischen Einschluß. Die Ausrichtung der Moleküle in der Flüssigkristallschicht, d.h. die Trübung, ist somit in diesen Bereichen unterschiedlich, was zu einer unterschiedlichen optischen Reflexion und somit zu einer Erkennbarkeit der Lage des Einschlusses durch das Glasplättchen und die transparente Leitschicht führt. Es ist ersichtlich, daß durch Einbringen eines isolierenden Körpers mit geringer Dielektrizitätskonstante in den elektrolytischen Zwischenraum dieser Effekt wesentlich verstärkt wird, weil der Körper die geometrische Ausdehnung vergrößert und die Feldstärkeunterschiede erhöht. Die Wechselspannung beeinflußt den Elektrolysevorgang nicht, wenn die Verlustleistung entsprechend gering bleibt.

Als Werkstoff· für Bodensubstrat und Deckplättchen kann beispielsweise eineBariumtitanatkerämik verwendet werden, deren relative Dielektrizitätskonstante bei entsprechender Dotierung über 10 000 liegt. In einem solchen Falle könnte die metallische Leitschicht aus einem auf·? gespritzten Silberbelag bestehen. Die transparente Leitschicht auf der Unterseite des Glasplättchens besteht üblicherweise aus SnOg. Es sind jedoch für Bodensubstrat und Deckplättchen auch andere und unterschiedliche tVerkstoffe verwendbar. Grundsätzlich gilt, daß die eingesetzten Materialien resistent gegenüber dem elektrolytischen Prozeß sein müssen und hinreichend dünn hergestellt werden können.

Ausführungsbeispiel

In einem Ausführungsbeispiel bestand das Coulometer mit

Flüssigkristallanzeige aus einem Substratplättchen von 42 mm Länge, 9 mm Breite und einer Dicke von I₁B mm. Als ii/erkstoff wurde gesintertes BaTiO₃ mit Zirkon- und Lanthanoxid mit einer relativen Dielektrizitätskonstante bei Zimmertemperatur von 11 300 verwendet. Das Deckplättchen bestand aus dem gleichen Material, war aber nur 0,2 mm dick. Die Rille zur Aufnahme des Quecksilbers hatte einen Durchmesser von 1,4 mm; der Abstand beider Quecksilberteilsäulen wurde durch einen gesinterten Körper aus MgO, der in dem Elektrolyt schwamm, auf 1,3 mm gehalten. Als Flüssigkristall diente eine übliche nematische Flüssigkeit. Ihre Dicke lag bei 6 jjm.

An die in bekannter i/Veise unter dem Glasplättchen aufgebrachte SnO₂-Schicht und die im Siebdruck auf der Außenseite des Bodensubstrates aufgebrachte und bei ?00°C eingebrannte Silberpaste wurde eine niedrige Wechselspannung von 100 Hz angelegt. Dabei zeigte sich die Lage des Einschlusses im reflektierten Licht als optisch kontrastreicher Fleck.

Claims (2)

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   Erfindungsanspruch

   1. Coulometer mit Flüssigkristallanzeige, bestehend aus einem üuecksilbercoulometer mit einem elektrolytischen Einschluß und einer die Außenseite der Coulometerkapillare teilweise bedeckenden Flüssigkristallschicht, gekennzeichnet dadurch, daß die Coulometerwand ganz oder teilweise aus einem hochpermeablen dielektrischen .Werkstoff besteht und die Bodenelektrode des Flüssigkristallanzeigeeiementes bildet.:
2. 2. Coulometer mit Flüssigkristallanzeige gemäß Punkt 1«, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verbreiterung des Abstandes der beiden üuecksilberteilsäulen im elektrolytischen Einschluß ein isolierender Körper schwimmt.

   Hierzu 1 SeHa Zeichnungen