SU399018A1 - Электрохимический интегратор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и служит дл  интегрировани  электркческих величин. Известные электрохимические интеграторы, содержащие ртутно-электролитический кулонометр и систему электрического считывани , основанные на различных принципах, имеют заметную температу;рную погрешность. Целью изобретени   вл етс  уменьшение погрешности считывани  за счет уменьшени  вли ни  температуры и улучшени  резонансных свойств управл емого резонатора. В предлагаемом устройстве эта цель достигаетс  снабжением интегратора дополнительной камерой, аналогичной основной, и соединенной с ней каналом с пористой перегородкой , а также подключением электродов в объемах, заполненных электрохимически неактивным электролитом, через усилители положительной обратной св зи к устройству сравнени . На чертеже изображен предлагаемый интегратор . Он содержит два капилл ра /, 2, соединенных между собой трубкой 3, внутри которой находитс  пориста  перегородка 4, напри.мер стекл нный фильтр. Капилл ры заполнены столбиками ртути 5, 6, 7, 8 и столбиками раствора сильного электролита 9, 10, 11, 12, не содержащего легко восста 1авливаемых катионов , например 1 н. водный раствор KI, а также столбиками электролита 13, 14, содержащими в достаточном дл  элсктрол-иза количестве ионы ртути, например водный раствор KI + Hglo. Между столбиками электролита 9, 10, 13, 14 и торцами капилл ров имеютс  пузырьки из инертного газа 15, 16, 17, 18. Торцы обоих капилл ров, после заполнени  ртутью и электролитом, герметически закрывают крышками 19, 20, 21, 22. Капли ртути I столбики электрол1гга, не содер кап;его ионов ртути, контактируют с инертными, нанример платиновыми, электродами 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30. Электроды 26, 30 предназначены дл  подачи на них входного интегрирующего тока. Электроды 23, 24, 25 св заны соответственно с входом и выходом устройства обратной св зи 31, а электроды 27, 28, 29 - с устройством обратно св зи 32. Выходы 31 и 32 соединены с ттройством сравнени  частот 55 измерительного устройства (устройства считывани ). Устройства обратной св зи 31 и 32 принципиально не отличаютс  от подобных устройств , примен емых в генераторных системах , и состо т из усилител  переменного тока и регулируемого фазовращател . Устройства обратной св зи 5/ и 32, электрическп соедпнсн1 ыо с соответств ющими

управл емыми резонаторами, образуют две независимые колебательные системы.

Таким образом, интегратор состоит из двух систем, собственно частота колебаний которых зависит от жесткости и колебательной массы электромеханического управл емого резонатора каждой системы. BbixoAiHbie сигналы в виде электрических сигналов тех же частот подаютс  на устройство сравнени  33, выдел ющее разность частот колебаний, котора  и  вл етс  выходной величиной интегратора .

При самовозбуждении системы, включающей устройство обратной св зи 31, на электроды 24, 25 нодаетс  переменное нанр жение , которое создает неременную пол ризацию поверхности раздела фаз ртуть - электролит 9-5 (возбудитель этой колебательной системы). Так как электролит 9 практически не содержит легковосстанавливающихс  (окисл ющихс ) иоиов, то при пол ризации (амплитуда переменного напр жени  должна быть меньше Is) на границе раздела фаз ртуть - электролит электрохимические акты не происход т. Ввиду того, что поверхностное нат жение на границе раздела фаз зависит от пол ризации ее, то происходит периодическа  деформаци  поверхности раздела фаз возбудител , что, в свою очередь, вызывает возвратно-поступательное движение ртути и электролита вдоль оси капилл ра. При герметически закрытых концах капилл ра такое движение возможно (ртуть и электролит практически несжимаемые жидкости в этих услови х) только благодар  изменению газовых объемов. Граница раздела фаз ртуть - электролит 5-10 (приемник автоколебательной системы) деформируетс  в виду различи  гидродинамических свойств ртути и электролита , что вызывает периодическое изменение строени  двойного электрического сло , образовавшегос  на этой границе раздела. В рез )льтате на электродах 25, 26 возникает переменное напр жение, которое нодаетс  иа вход устройства обратной св зи 31.

Соответствующим выбором коэффициента усилени  и фазового сдвига устройства обратной св зи осуществл етс  колебательный режим работы рассматриваемой системы.

Втора  колебательна  система, образованна  управл емым резонатором (капилл р 2 и устройством обратной св зи 32, работает (в точности) аналогично описанной.

При одинаковых геометрических размерах обоих резонаторов и равенств масс столбиков ртути и электролита в них, а также равенстве газовых объемов, собственные частоты обеих систем равны, и на выходе устройства сравнени , которое может быть выполнено известными методами, сигнал отсутствуст . Разделение управл емых резонаторов пористой перегородкой 4, благодар  ее гидравлическому сопротивлению, практически исключает взаимное вли ние при работе обеих систем.

При подаче на электроды 26, 30 интегрируемого сигнала, заданного электрическим током, происходит электрохимический перенос ртути из одного капилл ра в другой в зависимости от пол рности входного сигнала в соответствии с известными законами Фараде , так как электролит 13, 14 этой системы содержит ионы ртути. РЬменение массы ртутч в каждом управл емом резон аторе (при уменьщении массы ртути п одном капилл ре происходит увеличение ее в другом) вызывает изменение их собственных резонансных частот в соответстви с формулой

/ I / 2 f OToim g

Суммарна  жесткость 2/С каждого управл емого резонатора практически не мен етс  во всем рабочем диапазоне и поэтому собственна  частота колебаний обратно пропорциональна корню квадратному из массы ртути в капилл ре, котора  слагаетс  из неизменной массы ртути и электролита гпо и переменной массы ртути, величина которой пропорциональна интегралу от входного (интегрируемого ) тока по времени.

Соответствующим выбором геометрической формы внутреннего сечени  капилл ра может быть получена пр мо пропорциональна  или друга  необходима  зависимость .между собственной резонансной частотой и интегрируемым током.

При изменении собственной резонансной частоты колебаний одной системы на Д/, т. е. (-ДД частота второй системы становитс  /2 /о-А/ (при начальном равенстве частот ), когда колебательна  масса и жесткость обоих управл емых резонаторов преднолагаютс  соответственно равными, и на выходе устройства сравнени  частот 33 сигнал отсутствует. При интегрировании на выходе устройства сравнени  33 по вл етс  сигнал, равный 2Д/, который характеризует величину интеграла, что позвол ет нримен ть интегратор в следующем режиме работы. Если в начале интегрировани  вс  переносима  масса ртути находитс  в одном капилл ре, то на выходе устройства 33 частота соответствует 2А/макс, 1при переносе ртути входным током наступает момент, когда 2Д/ 0, что вызывает срабатывание нуль-органа на выходе устройства сравнени  33, сигнал с которого может использоватьс  дл  нереключеии  пол рности входного интегрирующего сигнала и дл  срабатывани  счетчика количества циклов переключений.

При предлагаемой конструкции управл емых резонаторов, когда оба капилл ра расположены практически р дом, изменение температуры окружающей среды оказывает одновременное и одинаковое воздействие на оба резонатора, что при прин той схеме построени  интегратора приводит к практически пол