Кулонометрические преобразователи

Кулонометрические преобразователи основаны на явлении электролиза. Связь между выделившимся веществом и количеством электричества, пропущенным через преобразователь, определяется уравнением

где М — масса вещества; п — валентность ионов; F — постоянная Фарадея; А — молекулярная масса вещества.

Кулонометрические преобразователи получили наиболее широкое применение для интегрирования токов и напряжений, а также для измерения времени работы различных электротехнических устройств, в качестве счётчиков машинного времени. Наряду с этим кулонометрические преобразователи используются для измерения влажности газов, толщины покрытий, в качестве генераторов инфранизких частот, реле времени, бесконтактных управляемых резисторов, ячеек памяти.

На рисунке 10.7 изображён ртутно-капиллярный кулонометрический преобразователь, состоящий из капиллярной трубки диаметром 0,2...0,3 мм, заполненной двумя столбиками ртути 2 и 3, разделёнными каплей раствора 4 солей ртути (например, Hgl2). При прохождении через преобразователь постоянного тока происходит электролиз, в результате которого на аноде ртуть растворяется (окисляется)

а на катоде — восстанавливается:

Ртутно-капиллярный кулонометрический преобразователь

Рис. 10.7. Ртутно-капиллярный кулонометрический преобразователь

В результате электролиза ртуть с анода переносится на катод, что приводит к перемещению капли электролита вдоль капилляра на длину AZ, пропорциональную интегралу от тока за время интегрирования. Состав электролита при этом остаётся неизменным. Уравнение преобразования преобразователя можно представить в виде

где А,у,п — соответственно молекулярная масса, плотность и валентность ртути; S — площадь капилляра; At = t2 - — время интегрирования. Значение интегрируемого тока должно быть меньше предельного значения диффузионного тока и обычно лежит в пределах 0,001...50 мкА. При использовании преобразователя в качестве счётчика машинного времени через него пропускается неизменный постоянный ток. В зависимости от значения тока и размеров капилляра время интегрирования составляет 100...5000 ч. Установка указателя (капли электролита) в нулевое положение производится изменением направления тока через преобразователь. Считывание показаний производится визуально по переднему или заднему менискам капли или при помощи оптоэлектронных, ёмкостных, индуктивных или резистивных считывающих устройств.

Погрешности ртутно-капиллярных преобразователей определяются точностью изготовления капилляров, способом снятия информации, а также влиянием внешних факторов, особенно температуры и механических воздействий вдоль оси капилляра.

На рисунке 10.8 показано устройство водородного кулонометрического преобразователя, применяемого для интегрирования токов и напряжений. Интегратор представляет собой герметичный стеклянный сосуд 1, разделённый на две части пористой стеклянной перегородкой 2, пропитанной электролитом. По обе стороны перегородки укреплены сетчатые электроды 3 из платины. В горизонтальной трубке находится капля электролита 4, которая является указателем и разделяет преобразователь на две части, заполненные водородом. Ток, протекающий между электродами, вызывает выделение водорода на катоде (2Н+ + 2е —> Н2) и поглощение такого же количества водорода на аноде (Н2 —> 2Н+ + 2е). Это приводит к разности давлений в камерах и перемещению указателя 4.

Водородный кулонометрический преобразователь

Рис. 10.8. Водородный кулонометрический преобразователь

Такие кулонометрические интеграторы обеспечивают интегрирование токов от 10-8 до 10-2 А с погрешностью 0,5...1 % и напряжений от 10"5 до 4 • 10-2 В с погрешностью 1,5...2 %. Рабочий диапазон температур — от -30 до +80 °С. Температурная погрешность при интегрировании токов составляет 0,01...0,05 %/К, а при интегрировании напряжений — 1,5 %/К. Предел измерения по количеству электричества равен 18 Кл.

Кулонометрический управляемый резистор (мимистор) (рис. 10.9) представляет собой герметичный корпус 2, заполненный электролитом 3, содержащим ионы металла, из которого изготовлен управляющий электрод (анод) 4.

Кулонометрический управляемый резистор

Рис. 10.9. Кулонометрический управляемый резистор

Собственно резистивный элемент 5, являющийся катодом, выполнен в виде тонкой плёнки из инертного металла или угля. Он имеет два вывода 1 и 6, сопротивление между которыми измеряется на переменном токе.

При включении постоянного тока между анодом и катодом металл анода растворяется в электролите. Такое же количество металла осаждается на катоде, уменьшая сопротивление между выводами 1 и 6. Из выражения (10.7) можно получить уравнение преобразователя управляемого резистора

где R — сопротивление резистора; R0 и I — соответственно начальное сопротивление и длина резистора; у и р — плотность и удельное сопротивление осаждённого металла. Такие резисторы имеют следующие характеристики: R0 =2...100 Ом; R0 / R = 20...100; ток управления I = 0,05...10 мА; время изменения сопротивления от R0 до R равно At = = 1...103 с; температурный коэффициент — 0,001...0,004 К-1. Рассматриваемые резисторы используются в качестве интеграторов, ячеек памяти, элементов коррекции медленных дрейфов токов и для построения генераторов инфранизких частот.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >