Пристрій для вимірювання часу зберігання хімічних джерел струму

Пристрій для вимірювання часу зберігання ХІМІЧНОГО джерела струму (ХДС), який містить послідовно з'єднані смуговий малошумливий підсилювач, підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення і квадратичний детектор, реєстратор, який відрізняється тим, що до нього введені послідовно з'єднані комутатор, перетворювач опору в напругу постійного струму, аналого-цифровий перетворювач подвійного інтегрування, вихід якого підключений до реєстратора, і коренедобувний перетворювач, через який вихід квадратичного детектора з'єднаний з другим входом аналого-цифрового перетворювача подвійного інтегрування, при цьому входи комутатора паралельно з'єднані між собою і мають виводи для змінного підключення ХДС до входів смугового малошумливого підсилювача або перетворювача опору в напругу постійного струму Винахід відноситься до електротехніки, а саме - до ХІМІЧНИХ джерел струму (ХДС) і призначено для визначення часу зберігання джерел струму, переважно для систем з ЛІТІЄВИМ анодом Відомий пристрій контролю і репстрацм параметрів ХДС, який може бути використаний для вимірювання часу зберігання, містить комутатор вимірювальних кіл, зв'язаний вимірювальними входами з контрольованими джерелами струму, перетворювач напруга-код, вхід якого підключений до виходу по напрузі комутатора вимірювальних кіл, блок сигналів часу, комутатор кодів, блок порівняння, один з виходів якого з'єднаний з виходом комутатора кодів, а на другий подається код еталонної напруги, генератор тактових імпульсів, схему переключення кіл синхронізації, тригер друку напруги, тригер друку часу, схему співпадання, ключ, ел є ктро керовану друкуючу машину і блок и керування (Ас СРСР №731501, кл НО1 М 10/48, 1980р) придатності свинцевого акумулятора, який містить свинцевий стержень, з'єднаний електричним шляхом паралельно з катодними пластинами За стержнем спостерігають з зовнішньої сторони корпуса акумулятора і по величині корозії катодних пластин і стержня наближено визначають строк придатності акумулятора (патент Японії №564193, кл НО1 М 10/48, 1981г) Недоліком цього пристрою є обмеженість області використання внаслідок необхідності забезпечення прозорості стінок ХДС Найбільш близьким по технічній сутності до запропонованого є пристрій для визначення внутрішніх втрат електрохімічного джерела струму, який містить послідовно з'єднані смуговий малошумлячий підсилювач, підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, квадратичний детектор і репстратор (А с СРСР №752564, кл НО1 М 10/48, 1980г) Недоліком відомого пристрою є низька точність визначення часу зберігання ХДС, яка обумовлена залежністю результату вимірювання від внутрішнього опору ХДС Час зберігання ХДС визначають по величині струму саморозряду Проте на виході відомого пристрою формують середній квадрат напруги електричних шумів, який зв'язаний з струмом саморозряду через внутрішній опір ХДС, що призводить до похибки визначення пошуканої величини Недоліком цього пристрою є низька точність вимірювання часу зберігання ХДС, яка обумовлена слабкою кореляційною залежністю між зміною напруги і втратою ємності, зв'язаной з протіканням самовизначених процесів при розімкненому зовнішньому колі, що призводить до похибок при визначенні часу зберігання ХДС Відомий також пристрій для визначення строку (О о ю ю 55026 транзисторів типу КПЗОЗЕ, які мають малий рівень власних шумів Другий і третій каскади підсилення збирають у вигляді активних фільтрів нижніх і верхніх частот, які утворюють смуговий фільтр Нижню граничну частоту смуги підсилення вибирають із умови припустимого часу вимірювання і для величини 0,1 Гц цей час складає 10-20с Верхню граничну частоту для охоплення всіх можливих спектрів частот, які характеризують різні причини саморозряду, дотепно встановлювати в межах ЮОкГц Підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення реалізують на базі операційного підсилювача, охопленого резистором зворотного зв'язку При цьому регулювання підсилення здійснюють зміною значення резистора зворотного зв'язку Максимальний сумарний коефіцієнт передачі смугового малошумлячого підсилювача і підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення не перевищує 105 Квадратичну функцію перетворення в квадратичному детекторі виконує пристрій на базі лінійно-сегментних апроксіматорів, побудований по схемі, наведеній в книзі (Вологий Л И Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное М Сов радио, 1977, Суть запропонованого винаходу пояснює стр 105) Функцію усереднення в квадратичному графічний матеріал, на якому зображено блокдетекторі реалізує інтегратор на базі операційного схему пристрою для вимірювання часу зберігання підсилювача, охопленого конденсатором ХДС зворотного зв'язку Після закінчення такту Пристрій для вимірювання часу зберігання інтегрування тривалістю Ь конденсатор зворотного ХДС містить послідовно з'єднані смуговий зв'язку розряджають малошумлячий підсилювач 2, підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення З, Корнедобувний перетворювач уявляє собою квадратичний детектор 4, корнедобувний багатофункціональний вузол на операційних перетворювач 5, аналого-цифровий перетворювач підсилювачах типу 1401УД2, який реалізує подвійного інтегрування 6, репстратор 7, а також функцію добування кореня (Применение перетворювач опору в напругу постійного струму прецизионных аналоговых микросхем / А Г 8, з'єднаний з входом аналого-цифрового Алексенко, Е А Коломбет, Г И Стародуб - 2-е перетворювача подвійного інтегрування і изд , перераб и доп - М Радио и связь, 1985 комутатор 9, до складу якого входять ключі 10 і 11 стр 128-130) і ключі 12 і 13,входи яких є входами комутатора, Перетворювач опору в напругу постійного які паралельно з'єднані між собою, та мають струму містить генератор синусоїдального виводи для підключення ХІМІЧНОГО джерела струму сигналу, додатковий опір, через який від 1 до входів смугового малошумлячого генератора синусоїдального сигналу до підсилювача 2 або перетворювача опору в напругу підключеного ХІМІЧНОГО джерела струму подають постійного струму 8 синусоїдальну напругу, і перетворювач серед ньовипрямлених значень, який здійснює Запропонований пристрій реалізується випрямлення і усереднення синусоїдального наступним чином сигналу, отриманого на розімкнутих клемах ХДС Візьмемо первинне джерело струму, під час пропускання синусоїдального струму наприклад, системи ЛІТІЙ-ДВООКСИД марганцю типу Вихідний сигнал на виході перетворювача опору в ДМЛ-120 Внутрішній опір таких джерел складає напругу постійного струму зв'язаний з вихідною одиниці і десятки Ом Відміна значень їх напругою генератора синусоїдального сигналу Urec внутрішніх опорів в 10-15 разів приводить до і внутрішнім опором R ХДС співвідношенням ВІДПОВІДНИХ змін значень напруги електричних шумів при рівних струмах втрат, які протікають через різноманітні внутрішні опори, які шунтують високоомні (одиниці І десятки мегом) опори втрат При встановленому терміну зберігання ХДС типу де RB - const - коефіцієнт передачі ДМЛ-120 1 рік і припустимій втраті електрохімічної перетворювача середньо випрямлених значень, ємності 12мА ч струм втрат не повинен Rfl - значення додаткового опору, перевищувати 1,37 10 6А Ключі комутатора R - внутрішній опір ХДС виконують на базі реле РЕЗ-64 А, які мають малий Під час виконання умови Rfl»R, рівняння (1) власний шум приймає вигляд рівняння Ui=KnoHR, де величина Кпон-КвіІгссЖд характеризує коефіцієнт передачі Смуговий малошумлячий підсилювач перетворювача опору в напругу постійного струму виконують по каскадній схемі включення Перший Аналого-цифровий перетворювач подвійного каскад підсилювача збирають на базі польових В основу винаходу поставлено задачу удосконалити пристрій шляхом введення додаткових блоків, що забезпечує підвищення точності вимірювання часу зберігання ХДС за рахунок зменшення впливу зміни внутрішнього опору на результат вимірювання внутрішніх втрат ХДС Поставлена задача досягається тим, що в пристрій, який містить послідовно з'єднані смуговий малошумлячий підсилювач, підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення і квадратичний детектор, репстратор, вводять додатково послідовно з'єднані - комутатор, перетворювач опору в напругу постійного струму, аналого-цифровий перетворювач подвійного інтегрування, вихід якого підключений до репстратору, і корнедобувний перетворювач, через який вихід квадратичного детектора з'єднаний з другим входом аналого-цифрового перетворювача подвійного інтегрування, при цьому входи комутатора паралельно з'єднані між собою і мають виводи для змінного підключення ХДС до входів смугового малошумлячого підсилювача або перетворювача опору в напругу постійного струму інтегрування і репстратор об'єднують в одному корпусі серійно випускаємого аналого-цифрового перетворювача типу Ф4833, в якому у другому такті інтегрування замість постійної опорної напруги Uo подають напругу ІІ2, пропорційну діючому значенню напруги електричних шумів ХДС Потрібну розмірність під час використання випускаємого приладу Ф4833 встановлюють шляхом зміни коефіцієнта передачі підсилювача з регульованим коефіцієнтом передачі Пристрій для вимірювання часу зберігання ХДС працює наступним чином В першому такті роботи пристрою ключі 10 і 11 розімкнуті, а ключі 12 і 13 замкнуті Виконується перетворення внутрішнього опору ХІМІЧНОГО джерела струму 3 в напругу постійного струму На виході перетворювача 8 формується напруга постійного струму UI-K|-|OHR де Кпон - коефіцієнт передачі перетворювача опору в напругу постійного струму 8 У другому такті роботи пристрою ключі 10 і 11 замкнуті, а ключі 12 і 13 розімкнуті При цьому електричний шум ХІМІЧНОГО джерела струму 1 підсилюється смуговим малошумлячим підсилювачем 2 і підсилювачем з регульованим коефіцієнтом передачі 3, береться у квадрат і усереднюється квадратичним детектором 4 Внаслідок першого такту роботи пристрою на виході корнедобувного перетворювача 5 формується сигнал напруги постійного струму, пропорційний діючому значенню напруги електричних шумів 2 ^ Jo , (2) де і ш - струм електричних шумів в колі ХДС, який характеризує струм саморозряду джерела, і шд = /Г2" *ш діюче значення струму електричних шумів ХДС, U||in~l|linr\ діюче значення напруги електричних шумів, Х2 - постійна часу інтегратора, який виконує функцію усереднення в квадратичному детекторі 4, Ь - тривалість такту інтегрування, «2 і Кз - коефіцієнти передачі ВІДПОВІДНО смугового малошумлячого підсилювача 2 і підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, К = К2К3 2 - коефіцієнт передачі тракту перетворення діючого значення напруги електричних шумів у сигнал напруги постійного струму Робота аналого-цифрового перетворювача 6 здійснюється в два такти інтегрування В першому такті на вхід інтегратора, який входе до складу аналого-цифрового перетворювача 6 подається напруга U-i, пропорційна внутрішньому опору ХІМІЧНОГО джерела струму 1, а в другому - напруга ІІ2, пропорційна діючому значенню напруга електричних шумів ХДС і зворотна по знаку напрузі U Для виконання функції ділення, з метою 55026 зменшення виливу зніми внутрішнього опору ХІМІЧНОГО джерела струму 1 на підсумок вимірювання часу його зберігання, використовується відоме співвідношення (Махнаков В Д , Милохин Н Т Устройства частотного и время-импульсного преобразования - М Энергия, 1970, с 108-109), яке характеризує баланс напруга на виході інтегратора аналогоцифрового перетворювача 6 ,(3) де х - постійна часу інтегратора аналогоцифрового перетворювача, tA, tA2 - проміжки першого і другого тактів інтегрування аналого-цифрового перетворювача У результаті перетворення на виході аналогоцифрового перетворювача подвійного інтегрування 6, з урахуванням рівень (1)-(3), формується проміжок часу, зворотно пропорційний діючому значенню струму електричних шумів : L и2 A1 - І А Н кзб= К — А1 _ ^ з б 'шд т пон 2*А ,(4) константа, яка визначається внаслідок градуювання пристрою для вимірювання часу зберігання ХДС Час зберігання ХДС визначається співвідношенням І ! зб " А 'ср С , (5) де АС - припустима величина втрат електрохімічної ємності під час зберігання, іСр - струм саморозряду ХДС В рівняннях (4) і (5) струм електричних шумів іШд і струм саморозряду і ср - величини взаємозв'язані, які характеризують саморозряд ХДС Припустима величина втрат електрохімічної ємності під час зберігання ДС в рівнянні (5) встановлюється означеною (10% від номінальної електрохімічної ємності 120мА ч для системи ЛІТІЙ - двооксиду марганцю) і внаслідок цього, як і величина К3б в рівнянні (4), є величиною постійною Враховуючи вищезгадане можна зробити висновок, про те, що маємо можливість визначення часу зберігання ХДС і3б на підставі знаходженнях середньоквадратичного значення струму електричних шумів шляхом вимірювання середньоквадратичного значення напруги електричних шумів і внутрішнього опору ХДС з наступним діленням виміряних величин за допомогою аналого-цифрового перетворювача подвійного інтегрування При умові забезпечення необхідного коефіцієнта передачі репстратора 7 Kp=t36/tA2 на виході пристрою для вимірювання часу зберігання ХДС пошукана величина і3б має необхідну розмірність (доби або часу) Необхідну розмірність можна забезпечити також зміною коефіцієнта передачі Кз підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення Запропонований пристрій вимірювання часу 7 55026 8 зберігання ХДС вигідно відрізняється від відомого, автоматизувати процес визначення терміну тому що завдяки введенню в нього нових придатності випускаємих приладів, що підвищує елементів стає можливим в 10-15 разів підвищити сферу його застосування точність вимірювання часу зберігання джерел, ь 2 іt _ J 4 I 3 - С J 4 L , \ 1 2 8 6 7 9 Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24