SU1100649A1

SU1100649A1 - Time indicator

Info

Publication number: SU1100649A1
Application number: SU813378823A
Authority: SU
Inventors: Борис Иванович Ильин; Анатолий Анатольевич Кузьмин; Владимир Валерианович Соболь; Юрий Николаевич Королев; Галина Николаевна Толкачева; Татьяна Константиновна Мыльникова
Original assignee: Научно-производственное объединение "Квант"
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1984-06-30

Abstract

ИНДИКАТОР ВРЕМЕНИ, содержащий заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке, отличающийс тем, что, с целью обеспечени последовательного измерени различных интервалов времени и повышени точности измерений, электрохимически активный металл анода содержит прослойки, расположенные в плоскости , перпендикул рной оси столбика, и выполненные из электрохимически активного металла с потенциалом растворени , превышающим потенциал растворени электрохимически активного ме талла анода на 0,4-2,0 В. (/)A TIME INDICATOR containing a transparent cylindrical body filled with electrolyte with an anode and a cathode placed in it, the anode being made in the form of a column of an electrochemically active metal located on a substrate, characterized in The electrochemically active metal of the anode contains interlayers located in the plane perpendicular to the axis of the column and made of electrochemically active metal. la with a dissolution potential exceeding the dissolution potential of the electrochemically active anode metal by 0.4-2.0 V. (/)

Description

t11 Изобретение относитс к электроизмерительной технике, а .именно к молекул рно-электронным преобразовател м информации, примен ющимс в автоматических и контролирующих устройствах дл измерени временных интервалов. Известны счетчики времени, основан ные на использовании кулометров, т.е цилиндрических электцохимических чеек с двум и более металлическими электродами, разделенными объемом электролита 1 . При прохождении тока зазор электролита , служащий точкой отсчета, перемещаетс . Перемещение зазора nponop ционально времени протекани посто нного тока. Считьгоание осуществл етс обычно визуально, электрическое Считы вание значительно усложн ет конструкцию и технологию изготовлени .прибора.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс инди катор времени, содержащий заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке t2 3. , Прибор представл ет собой цилиндрическую чейку с расширением на одном конце, в котором расположен плоский анод, имеющий площадь примерно в четыре раза большую, чем площадь торца катода. Медный катод цилиндрической формы помещен в другом торце корпуса. Пространство между катодом и анодом заполнено электролитом, содержащим соль меди. При протекании тока на катоде осаждаетс медь, а граница катод - электролит перемещаетс по цилиндрической части чейки, вдоль которой нанесена шкала. Скорость перемещени границы раздела пропорцнональ на величине тока и обратно пропорциональна площади торца катода. После растворени всей меди на аноде начинаетс окисление тантала, образуетс запорный слой, и напр жение на чейке возрастает от 0,5-0,6 В до 40-50 В Этот скачок напр жени дозвол ет осуществить электрическое считывание полного ресурса времени прибора. В описанном счетчике машинного времени считывание производитс визуально по движению границы раздела . катод - электролит. Визуальное счи9 тывание определ ет низкую точность индикации до 20% и не дает возможность использовать прибор в контролирующих и автоматических устройствах. В счетчике предусмотрено считывание только полного ресурса времени, наход щегос в пределах 1000-50000 ч дл разных модификаций приборов. Указанные недостатки - низка точность индикации, визуальное считывание временных интервалов - ограничивают возможности применени счетчиков . Цель изобретени - обеспечение последовательного измерени различных интервалов времени и повышение точности измерений. Указанна(Я цель, достигаетс тем, что в индикаторе времени, содержащем заполненный электролитом прозрачный цилиндрический корпус с размещенными в нем анодом и катодом, причем анод выполнен в виде столбика из электрохимически активного металла, расположенного на подложке, электрохимически активный металл анода содержит прослойки, расположенные в плоскости, перпендикул рной оси столбиков , и выполненные из электрохимически активного металла с потенциалом растворени , превБШ1ающим потенциал растворени электрохимически активного металла анода на 0,4-2,0 В. Напр жение на индикаторе времени практически посто нно, пока не растворитс перва часть электрохимически активного металла до материала прослойки . Затем напр жение на индикаторе скачкообразно повьшаетс , так как материал прослойки имеет более высокий потенциал растворени . После растворени материала прослойки напр жение снижаетс до исходной величины и остаетс неизменным до начала растворени второй прослойки, т.е. вновь скачкообразно повьшгаетс . После полного растворени анода напр жение повышаетс примерно до 50 В, т.е. до потенциала окислени нерастворимой подложки (например, тантала). Скачок напр жени вл етс электрическим сигналом окончани заданного инте звала времени, исход из которого определ етс необходима длина столбика электрохимически активного металла по формуле где t - задаваемый интервал времени; d - плотность материала; сЛ-- длина столбика материала; а -,электрохимический эквивалент 1 - плотность тока. Изготовление анода с несколькими прослойками из электрохим.ически активного материала с более высоким потенциалом растворени позвол ет произвести последовательное электрическое считывание нескольких различных временных интервалов. Число прослоек определ етс количеством заданных временных интервало Считывание промежуточных значений осуществл етс визуально по шкале. Величина скачка напр жени определ е с разностью равновесных потенциалов основного материала анода и материала анода и материала прослойки. Дл надежного срабатывани порогового устройства электрических схем скачок напр жени должен быть не менее 0,4 В. Это определ ет выбор пар основного материала и материала прослойки . В качестве электрохимически актив ных материалов могут быть использова ны пары со следующими значени ми ска ка напр жени (определенного из вели чины стандартных равновесных потенци алов) :. Медь-серебро 0,46 В Свинец-медь0,47 В Свинец-иодид меди 0,67 В Кадмий-медь0,74 В Свинец-серебро 0,93 В Медь-окись марганца 1,23 В Свинец-окись ,,марганца 1,70 В На фиг. 1 схематически изображен индикатор времени; на фиг. 2 - диаграмма изменени напр жени на индикаторе времени. Индикатор времени состоит из прозрачного цилиндрического корпуса 1 с двум электродами: катодом 2 и ано дом 3, пространство между которыми заполнено электролитом 4. Катод 2 ра мещен в расширенной части корпуса. Растворима часть анода 3 занимает цилиндрическую часть корпуса, вдоль которой нанесена шкала индикатора вр мени. Анод выполнен из электрохичиес ки активного металла (За) на нерастворимой подложке (Зб) с пройлойками (Зв из другого электрохимически активног материала с более высоким потенциало растворени . Герметизаци прибора осуществл етс уплотнением 5. Б качестве материала электродов используетс медь и свинец, а материалом прослойки служит серебро, соответственно электролит содержит соль меди или свинца. Прослойки изготавливаютс из тонкой серебр ной фольги или осаждением сло серебра на торец цилиндра основного электродного материала . Затем производитс прессование всего анода на танталовой подложке . Дл измерени малых интервалов вре- . MeHrf (в пределах нескольких часов), когда необходимы тонкие слои основного электродного материала до 100 мкм, они могут быть получены предварительным электроосаждрнием сло материала рассчитанной толщины. Электрическое считывание временных интервалов производитс по скачку напр жени на индикаторе времени, считывание промежуточных значений осуществл етс визуально, по шкале. После реализации полного ресурса времени напр жение повышаетс до 50 В. Предлагаемый индикатор времени выгодно отличаетс от описанного прототипа . Он позвол ет проводить последовательное электрическое измерение различных временных интервалов в отличие от счетчика-прототипа, в котором осуществл етс электрическое считывание только полного ресурса времени , считывание же временных интервалов осуществл етс визуально. Предлагаемый индикатор позвол ет электрически считывать временные интервалы в широком диапазоне от нескольких часов до нескольких дес тков тыс ч часов в зависимости от длины столбиков из электрохимически активного материала. Их длина может измен тьс , от нескольких дес тков мкм до нескольких мм. В первом случае они могут быть получены электроосаждением активного материала с точностью до 0,5 мкм, во втором - механическим способом с точностью до 0,01 мм. Така точность изготовлени столбиков обеспечивает точность измерени временных интервалов не ниже 1%, в отличие от счетчи- ,t11 The invention relates to electrical measuring equipment, and specifically to molecular-electronic information converters used in automatic and control devices for measuring time intervals. Time counters are known based on the use of cooler meters, that is, cylindrical electrochemical cells with two or more metal electrodes separated by an electrolyte volume 1. With the passage of current, the electrolyte gap, which serves as a reference point, moves. The displacement of the gap is nponoptional to the time of the flow of direct current. The coupling is usually carried out visually, the electric reading considerably complicates the design and manufacturing technology of the device. The closest to the proposed technical essence is the time indicator containing a transparent cylindrical body filled with electrolyte with an anode and cathode placed in it, with the anode being made in the form of a column of electrochemically active metal located on the substrate t2 3. The device is a cylindrical cell with an extension at one end, in which p A flat anode with an area approximately four times larger than that of the end of the cathode is located. The cylindrical copper cathode is placed at the other end of the body. The space between the cathode and the anode is filled with an electrolyte containing copper salt. When current flows, copper is deposited on the cathode, and the cathode-electrolyte boundary moves along the cylindrical part of the cell along which the scale is applied. The speed of movement of the interface is proportional to the current magnitude and inversely proportional to the area of the end of the cathode. After all the copper at the anode has dissolved, the oxidation of tantalum begins, a barrier layer is formed, and the cell voltage rises from 0.5-0.6 V to 40-50 V. This voltage jump allows the electrical reading of the full time resource of the device to be performed. In the described computer time counter, the reading is performed visually by the movement of the interface. cathode - electrolyte. Visual reading determines the low accuracy of the indication up to 20% and does not allow using the device in control and automatic devices. The meter provides for reading only the full time resource, which is within 1000-50000 hours for various modifications of devices. These drawbacks - low display accuracy, visual reading of time intervals - limit the use of counters. The purpose of the invention is to provide a consistent measurement of various time intervals and an increase in measurement accuracy. This (I goal is achieved by the fact that in a time indicator containing a transparent cylindrical body filled with electrolyte with an anode and cathode placed in it, the anode being made in the form of a column of an electrochemically active metal located on a substrate, the electrochemically active metal of the anode contains interlayers located in the plane perpendicular to the axis of the columns, and made of an electrochemically active metal with a dissolution potential that transforms the dissolution potential of the electrochemically active metal tal of the anode of 0.4-2.0 V. The voltage on the time indicator is almost constant until the first part of the electrochemically active metal dissolves to the interlayer material. Then the voltage on the indicator abruptly increases, since the interlayer material has a higher potential for dissolution After dissolution of the interlayer material, the voltage decreases to the initial value and remains unchanged until the beginning of the dissolution of the second interlayer, i.e., again abruptly decreases. After complete dissolution of the anode, the voltage rises to about 50 V, i.e. to the oxidation potential of an insoluble substrate (e.g. tantalum). The voltage jump is the electrical signal of the end of a given time integral, from which the length of the column of the electrochemically active metal is determined by the formula where t is the specified time interval; d is the material density; SL - the length of the column of material; a -, electrochemical equivalent 1 - current density. The fabrication of an anode with several layers of an electrochemically active material with a higher dissolution potential allows the sequential electrical reading of several different time intervals. The number of layers is determined by the number of specified time intervals. Intermediate values are read visually on a scale. The magnitude of the voltage jump is determined by the difference in the equilibrium potentials of the anode base material and the anode material and the interlayer material. To reliably trigger the threshold device of electrical circuits, the voltage surge must be at least 0.4 V. This determines the choice of pairs of base material and interlayer material. Couples with the following voltage jump values (determined from the value of standard equilibrium potentials) can be used as electrochemically active materials:. Copper-silver 0.46 V Lead-copper0.47 V Lead-iodide copper 0.67 V Cadmium-copper 0.74 V Lead-silver 0.93 V Copper-manganese oxide 1.23 V Lead-oxide ,, manganese 1, 70 V FIG. 1 schematically shows a time indicator; in fig. 2 is a voltage variation chart on a time display. The time indicator consists of a transparent cylindrical case 1 with two electrodes: cathode 2 and anode 3, the space between which is filled with electrolyte 4. Cathode 2 is located in the expanded part of the case. The soluble part of the anode 3 occupies the cylindrical part of the housing, along which the scale of the time indicator is applied. The anode is made of electrochemical active metal (Over) on an insoluble substrate (ST) with penetrants (Sv from another electrochemically active material with a higher dissolution potential. The device is sealed by compaction 5. The electrode material is copper and lead, and the interlayer material silver is used, respectively, the electrolyte contains a salt of copper or lead. The interlayers are made of thin silver foil or deposited a layer of silver on the end of the cylinder of the main electrode material. The whole anode is pressed on a tantalum substrate.To measure small time intervals of MeHrf (within a few hours), when thin layers of the main electrode material up to 100 µm are needed, they can be obtained by preliminary electrosurging of a layer of material of the calculated thickness. produced by the voltage jump on the time indicator; intermediate values are read visually, on a scale. After the implementation of the full time resource, the voltage rises to 50 V. The proposed time indicator compares favorably with the prototype described. It allows the sequential electrical measurement of different time intervals, in contrast to the prototype counter, in which only the full time resource is electrically read, while the same time intervals are read visually. The proposed indicator allows electrically reading time intervals in a wide range from several hours to several tens of thousands of hours, depending on the length of the columns of electrochemically active material. Their length can vary from a few tens of microns to a few mm. In the first case, they can be obtained by electrodeposition of the active material with an accuracy of 0.5 μm, in the second - by a mechanical method with an accuracy of 0.01 mm. Such accuracy in the manufacture of columns ensures the accuracy of measuring time intervals not lower than 1%, in contrast to counters,

ков времени с точностью индикации до 20%.time with display accuracy up to 20%.

Прослойка, обычно выполн ема электрохимическим осаждением, может иметь толщину пор дка. 1 мкм, что незначительно вли ет на точность визуального считывани временных интервалов. У индикатора она находитс в пределах 5%, при шкале, содержащей 20 делений.The interlayer, typically made by electrochemical deposition, may be of the order of thickness. 1 micron, which slightly affects the accuracy of the visual readout of time intervals. In the indicator, it is within 5%, with a scale containing 20 divisions.

Наличие растворимых прослоек из электрохимически активного материала, с более высоким потенциалом растворени позвол ет осуществл ть электрическое измерение различных временных интервалов во всем диапазоне в отличие от прототипа, в котором производитс электрическое считывание только полного ресурса времени.The presence of soluble interlayers of an electrochemically active material with a higher dissolution potential allows for electrical measurement of different time intervals over the entire range, unlike the prototype, in which only the full time resource is electrically read.

4141

W.W.

г.2d.2

У VY v

1one

ГЛОСGLOS

Claims

TIME INDICATOR containing an electrolyte-filled transparent cylindrical body with an anode and a cathode placed in it, the anode being made in the form of a column of electrochemically active metal located on a substrate, characterized in that, in order to ensure consistent measurement of various time intervals and improve measurement accuracy The electrochemically active metal of the anode contains interlayers located in a plane perpendicular to the axis of the column and made of electrochemically active metal with dissolution potentials greater than the dissolution potential of the electrochemically active anode metal at 0.4-2.0 V.

1 1100649