RU2545169C1 - Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи - Google Patents
Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545169C1 RU2545169C1 RU2013149950/07A RU2013149950A RU2545169C1 RU 2545169 C1 RU2545169 C1 RU 2545169C1 RU 2013149950/07 A RU2013149950/07 A RU 2013149950/07A RU 2013149950 A RU2013149950 A RU 2013149950A RU 2545169 C1 RU2545169 C1 RU 2545169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- wedge
- radiation
- refractive index
- filled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи относится к электротехнической промышленности, а именно к области измерения и контроля технологических параметров. Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности контроля плотности электролита аккумуляторной батареи в полевых условиях эксплуатации и создание усовершенствованного датчика показателя преломления электролита и измерения его плотности. Согласно изобретению устройство состоит из корпуса пробки с размещенными внутри него датчиком температуры и датчиком показателя преломления электролита, погруженными в электролит. Пробка ввинчивается в корпус аккумуляторной батареи. Датчик показателя преломления электролита содержит подключенный к генератору импульсов полупроводниковый монохроматический излучатель и согласованный с ним по оптическим характеристикам многоэлементный приемник излучения, кювету клиновидной формы, состоящую из двух клиновидных камер, одна из которых выполнена герметичной и заполнена дистиллированной водой, а другая заполнена электролитом аккумуляторной батареи через отверстия в донной части, оптические системы, формирующие потоки оптического излучения от излучателя через кювету к приемнику излучения. Устройство также дополнительно содержит многоканальный формирователь сигналов, электрически соединенный со всеми чувствительными элементами приемника излучения, мультиплексор, приемный регистр, микропроцессор и устройство отображения информации. 4 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к области измерения и контроля технологических параметров, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для дистанционного контроля плотности электролита в аккумуляторных батареях.
Существует ряд автономных устройств, использующих аккумуляторные батареи, непосредственный контроль за которыми во время эксплуатации затруднен или невозможен. Наиболее достоверные данные о состоянии аккумуляторной батареи можно получить, контролируя плотность электролита в течение всего срока эксплуатации.
Известно устройство контроля плотности электролита кислотной аккумуляторной батареи [1], заключающееся в том, что внутрь корпуса пробки батареи вмонтированы погруженные в электролит излучатель механических колебаний и приемник, по результатам регистрации которых через электролит с последующей обработкой в электронных устройствах сравнения, преобразования и индикации осуществляется контроль плотности электролита.
Известен способ измерения плотности жидкости [2], заключающийся в сравнении показателей преломления исследуемой жидкости и воды, находящихся в контейнере, с помощью раздаточного приспособления, рефрактометрического датчика и последующего определения плотности жидкости вычислительным блоком, соединенным с датчиком. К этому способу близок способ измерения плотности электролита аккумуляторной батареи [3], заключающийся в использовании переносного рефрактометрического датчика, показания которого пересчитываются в плотность или концентрацию электролита.
Тем не менее, известные способы и устройства не позволяют создать достаточно компактные и технологические конструкции, обеспечивающие надежный контроль плотности электролита в течение всего срока эксплуатации аккумуляторной батареи.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются способ и устройство для измерения плотности электролита в свинцовых аккумуляторах [4], заключающиеся в измерении температуры электролита датчиком температуры, выполнении рефрактометрического датчика, размещенного в пробке аккумулятора, с возможностью определения функции показателя преломления при рабочей температуре электролита, сигналы которого пересчитываются в плотность электролита с учетом предварительно определенных функциональных зависимостей от температуры плотности дистиллированной воды и плотности электролита концентрации, менее или равной 60%.
К недостаткам предложенного способа следует отнести большой объем работ по определению функции показателя преломления с учетом предварительно определенных функциональных зависимостей от температуры плотности дистиллированной воды и плотности электролита для концентрации, менее или равной 60%, и сложность устройства, которая может затруднить его эксплуатацию в полевых условиях.
Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля плотности электролита аккумуляторной батареи в полевых условиях эксплуатации и создание усовершенствованного датчика показателя преломления электролита и измерения его плотности.
Поставленная цель достигается тем, что вмонтированный внутрь пробки аккумуляторной батареи датчик показателя преломления электролита выполнен в виде кюветы клиновидной формы, изготовленной из оптически прозрачного и стойкого к химически агрессивной среде электролита материала, с непрозрачной перегородкой, разделяющей кювету на две равные по размерам клиновидные камеры, одна из которых выполнена герметичной и заполнена дистиллированной водой, а другая заполнена электролитом аккумуляторной батареи через отверстия в донной части, одна из боковых граней клиновидной кюветы равномерно засвечена параллельным потоком излучения, сформированным излучателем, коллиматорной оптической системой и плоским зеркалом, а другая грань с внешней стороны оптически сопряжена через объектив и плоское зеркало с многоэлементным приемником излучения, расположенным в фокальной плоскости объектива и выполненным в виде линейки, ориентированной в направлении дисперсии клиновидной кюветы, устройство контроля дополнительно содержит многоканальный формирователь сигналов, электрически соединенный со всеми чувствительными элементами приемника излучения, мультиплексор, приемный регистр, микропроцессор и устройство отображения информации.
Известно, что при распространении монохроматического потока излучения в оптически прозрачной среде с показателем преломления n≠1 его длина волны λ0 изменяется на λ=λ0/n. В соответствии с формулой Лоренца-Лорентца [5] существует функциональная связь между показателем преломления n среды распространения монохроматического потока излучения и ее плотностью ρ при температуре t°C, а именно
где r - удельная рефракция среды, не зависящая от величин плотности ρ.
Используя в качестве эталонной среды дистиллированную воду с известными величинами n0=1,333 и ρ0=0,998 г/см3 (t0=20°C), запишем с учетом (1) для электролита аккумуляторной батареи с параметрами n и ρ
откуда
или
где
при постоянной температуре t°C.
Таким образом, определив величину показателя преломления n электролита аккумуляторной батареи и подставив его в соотношение (4), вычислим его плотность ρ.
Для определения показателя преломления n электролита аккумуляторной батареи используем свойство дисперсии потока излучения при его прохождении через призмы с различными показателями преломления. Для главного сечения призмы (клина) угол между направлением выходного потока излучения и перпендикуляром к выходной грани θ в плоскости дисперсии при постоянном угле падения входного параллельного потока излучения на входную грань β призмы и угле при вершине призмы А равен [6, 7]
Учитывая то обстоятельство, что в соответствии с (4) показатель преломления n равен
то, подставив (7) в формулу (6), получим
График функции θ(ρ), рассчитанный по формуле (8) при n0=1,333 и ρ0=0,998 г/см3 (t0=20°С), β=27°, А=20°, приведен на фиг.1, где θ - в градусах, ρ - в г/см3. Величину угла θ определим как
где m - порядковый номер засвеченного чувствительного элемента приемника излучения, расположенного в плоскости изображения, отсчитываемый от опорного элемента, расположенного под углом θ0, соответствующим плотности дистиллированной воды ρ0=0,998 г/см3 при t0=20° С, d - линейный размер чувствительного элемента приемника излучения в направлении дисперсии, f - фокусное расстояние выходного объектива.
При f=40 мм и (см. фиг.1) Δθ=θ(1,5)-θ(1,0)=4° в соответствии с (9) имеем md=40tg4°=2,8 мм (длина линейки приемника излучения), откуда при d=28 мкм получим количество чувствительных элементов в линейке приемника излучения m=100, откуда Δρ≈(1,5-1,0)/100=0,005 г/см3.
Предлагаемое устройство (фиг.2) состоит из корпуса пробки (1, 2) с размещенными внутри него датчиком температуры (3) и датчиком показателя преломления электролита (11-15), погруженными в электролит (4) полупроводникового монохроматического излучателя (5) и согласованного с ним по оптическим характеристикам многоэлементного приемника излучения (6), а также многоканального формирователя сигналов (7), электрически соединенного со всеми чувствительными элементами приемника излучения (6), и мультиплексора (8), сигналы с выхода которого поступают в кабель (9). Пробка с помощью резьбового соединения ввернута в корпус аккумулятора (10) и электрическим кабелем (9) соединена с электронным блоком управления, обработки и отображения информации (фиг.4).
Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи работает следующим образом (фиг.2).
Параллельный пучок монохроматического потока излучения полупроводникового излучателя (5), подключенного к генератору импульсов (16, фиг.4), сформированный коллиматорной оптической системой (11) с плоским зеркалом (12) и засвечивающий под углом β всю входную грань клиновидной кюветы (13), выполненной из оптически прозрачного и стойкого к химически агрессивной среде электролита материала, проходит через обе клиновидные камеры (фиг.3), пространственно разделяясь в плоскости дисперсии клиновидной кюветы на два параллельных пучка с углами θ(n0) и θ(n) в соответствии показателями преломления n0 дистиллированной воды, заполняющей одну камеру, и n электролита аккумуляторной батареи, заполняющего другую камеру. Выходной объектив (14) с плоским зеркалом (15) фокусирует оба параллельных пучка на соответствующие чувствительные элементы приемника излучения (6), причем по электрическому сигналу одного засвеченного чувствительного элемента определяется показатель преломления n электролита аккумуляторной батареи и вычисляется его плотность ρ, а по электрическому сигналу другого засвеченного чувствительного элемента определяется показатель преломления n0 и плотность ρ0 дистиллированной воды, которые используются для введения поправки на температуру t°C в результаты измерений. Электрические сигналы, вырабатываемые засвеченными чувствительными элементами, поступают на многоканальный формирователь сигналов (7), электрически соединенный со всеми чувствительными элементами приемника излучения (6), мультиплексор (8) и далее через кабель (9) в электронный блок (фиг.4) на приемный регистр (17) и микропроцессор (18). Одновременно на микропроцессор поступают измеренные датчиком температуры (3) текущие значения температуры электролита и дистиллированной воды t°C, преобразованные в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (19). Микропроцессор обрабатывает полученные сигналы. Результаты обработки отображаются устройством отображения информации (20) в виде значений плотности электролита аккумуляторной батареи, а также в виде сигналов, пропорциональных измеренной плотности электролита, для дальнейшего использования.
Таким образом, с помощью предложенного устройства контроля можно автоматически контролировать плотность электролита аккумуляторной батареи в любой момент времени с достаточной точностью в любых условиях эксплуатации.
Литература
1. Патент RU 2275715 С2, 2006, бюл. №12.
2. Патент США №5141310, G01N 21/41, ИСМ, 1994, №6.
3. Патент Германии №285191, G01N 9/12, ИСМ, 1992, №3.
4. Патент RU 2352916 С2, 2009, бюл. №11.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике: Для инженеров и студентов вузов. - М.: Наука, 1964. - 848 с., ил.
6. Справочник конструктора оптико-механических приборов / В.А. Панов, М.Я. Кругер, В.В. Кулагин и др. - Л.: Машиностроение, 1980. - 742 с., ил.
7. Сазанов Б.Я. Основы теории некогерентных оптических и оптико-электронных систем и оптических сигнальных измерений. - М.: РВСН, 1998. - 419 с., ил.
Claims (1)
- Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи, содержащее корпус пробки с размещенными внутри него датчиком температуры и датчиком показателя преломления электролита, погруженными в электролит, а также подключенный к генератору импульсов полупроводниковый монохроматический излучатель и согласованный с ним по оптическим характеристикам приемник излучения, отличающееся тем, что датчик показателя преломления электролита выполнен в виде кюветы клиновидной формы, изготовленной из оптически прозрачного и стойкого к химически агрессивной среде электролита материала, с непрозрачной перегородкой, разделяющей кювету на две равные по размерам клиновидные камеры, одна из которых выполнена герметичной и заполнена дистиллированной водой, а другая заполнена электролитом аккумуляторной батареи через отверстия в донной части, одна из боковых граней клиновидной кюветы равномерно засвечена параллельным потоком излучения, сформированным излучателем, коллиматорной оптической системой и плоским зеркалом, а другая грань с внешней стороны оптически сопряжена через объектив и плоское зеркало с многоэлементным приемником излучения, расположенным в фокальной плоскости объектива и выполненным в виде линейки, ориентированной в направлении дисперсии клиновидной кюветы, устройство контроля дополнительно содержит многоканальный формирователь сигналов, электрически соединенный со всеми чувствительными элементами приемника излучения, мультиплексор, приемный регистр, микропроцессор и устройство отображения информации.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149950/07A RU2545169C1 (ru) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149950/07A RU2545169C1 (ru) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2545169C1 true RU2545169C1 (ru) | 2015-03-27 |
Family
ID=53383196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013149950/07A RU2545169C1 (ru) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545169C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054685C1 (ru) * | 1992-05-19 | 1996-02-20 | Институт высоких температур РАН | Устройство для измерения электрической проводимости и плотности жидких электролитов |
| US20050231784A1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Electrochromic element, optical density changing element, optical element and photographing unit |
| RU2275715C2 (ru) * | 2003-12-22 | 2006-04-27 | Иркутский военный авиационный инженерный институт | Устройство контроля плотности электролита кислотной аккумуляторной батареи |
| RU2413202C1 (ru) * | 2009-12-15 | 2011-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет | Установка для контроля взвешенных частиц методом фотометрии |
| WO2011063353A2 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-26 | Metcon, Llc | Electrolyte solution and electropolishing methods |
| RU126514U1 (ru) * | 2012-06-15 | 2013-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство активации и контроля работоспособности литиевой батареи |
-
2013
- 2013-11-08 RU RU2013149950/07A patent/RU2545169C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054685C1 (ru) * | 1992-05-19 | 1996-02-20 | Институт высоких температур РАН | Устройство для измерения электрической проводимости и плотности жидких электролитов |
| RU2275715C2 (ru) * | 2003-12-22 | 2006-04-27 | Иркутский военный авиационный инженерный институт | Устройство контроля плотности электролита кислотной аккумуляторной батареи |
| US20050231784A1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Electrochromic element, optical density changing element, optical element and photographing unit |
| WO2011063353A2 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-26 | Metcon, Llc | Electrolyte solution and electropolishing methods |
| RU2413202C1 (ru) * | 2009-12-15 | 2011-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет | Установка для контроля взвешенных частиц методом фотометрии |
| RU126514U1 (ru) * | 2012-06-15 | 2013-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство активации и контроля работоспособности литиевой батареи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090153846A1 (en) | Fluid level indicator | |
| US5073720A (en) | Liquid level and volume measurement device | |
| US3319514A (en) | Submersible turbidity detector unit | |
| US3734629A (en) | Instrument for determining the optical density of fluids | |
| CN101706425A (zh) | 液体棱镜折射计 | |
| RU2015149258A (ru) | Устройство и способ для обнаружения и анализа отложений | |
| CN103884401B (zh) | 光纤油水分界面的检测装置及检测方法 | |
| RU2599410C1 (ru) | Способ измерения высоты уровня прозрачной жидкости и устройство для его осуществления | |
| US10145789B2 (en) | Immersion refractometer | |
| JPH11295220A (ja) | 液体試料検査方法、および液体試料検査装置 | |
| US9709489B2 (en) | Device for measuring polarization degree and refractive index | |
| RU2545169C1 (ru) | Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи | |
| WO2018209048A1 (en) | Apparatus and method for smart material analysis | |
| CN203772739U (zh) | 一种高精度数字v棱镜折射仪的光学系统 | |
| JPS6212840A (ja) | 被検液の濃度測定方法および測定器 | |
| Domanski et al. | Compact optical fiber refractive index differential sensor for salinity measurements | |
| CN208060369U (zh) | 总铬水质在线检测分析仪 | |
| US10746534B2 (en) | Smart coating device for storage tank monitoring and calibration | |
| RU2352916C2 (ru) | Способ и устройство для измерения плотности электролита в свинцовых аккумуляторах | |
| RU131183U1 (ru) | Бортовое устройство оценки качества топлива | |
| US10295463B2 (en) | Device and method for investigating one or a plurality of phase objects | |
| US20200408680A1 (en) | Optical immersion refractometer probe | |
| RU2615662C2 (ru) | Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ малой толщины и небольших размеров | |
| RU101194U1 (ru) | Акустооптический водоанализатор | |
| RU2492449C2 (ru) | Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ малой толщины и небольших размеров методом параллельного смещения светового луча |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151109 |