Пристрій для визначення абсорбційних властивостей сепараторів свинцевих акумуляторів

N22/04, HO1 M2/14, H01 M10/12 ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АБСОРБЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СЕПАРАТОРІВ СВИНЦЕВИХ АКУМУЛЯТОРІВ Винахід відноситься до електротехніки, зокрема, до виробництва свинцевих акумуляторів та може знайти застосування при їх розробці та виготовленні. Відомий автоматичний НВЧ-вологомір (А. С. СРСР №1188607, МК» G01 N22 /04, опубл. 30.10.85), що містить НВЧ-генератор, з'єднаний з входом ділителя потужності, до одному з виходів якого під'єднаний вирівнюючий атенюатор, а до другого - вхід датчика, а також суматор, до виходу якого послідовно під'єднані детектор і підсилювач. Між виходом датчика та першим входом суматора введен перший модулятор, другий модулятор, включений між виходом вирівнюючого атенюатора і другим входом суматора. Пристрій утримує також генератор модулюючих імпульсів, вихід якого з'єднаний з керуючими входами першого та другого модуляторів та введеного першого ключа. До виходу підсилювача послідовно під'єднані перший ключ, інтегратор та блок віднімання, вихід якого є виходом автоматичного НВЧ-вологоміра та з'єднаний з керуючим входом вирівнюючого атенюатора. Між ВИХОДОМ інтегратора та другим входом блока віднімання включені послідовно другий ключ та блок, що запам'ятовує. До виходу генератору модулюючих імпульсів послідовно під'єднані ділитель частоти та тригер, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого ключа та керуючим входом НВЧ-генератора. Вадою даного пристрою є низька надійність роботи пристрою, низька точність вимірювання вологості, викликані тим , що внаслідок великого розбросу коефіцієнта відбиття НВЧ-ключів у режимі запирання та у режимі пропускання НВЧ-сигналу, можливі значні уходи частоти НВЧ-сигналу та зрив автоколивань, тобто порушення працездатності пристроя. Найбільш близьким до заявленого винаходу по технічній сутності та по результату, що досягається, є пристрій для вимірювання кількісного складу речовини у розчину (А. С. СРСР №1263041, МКІ G01 N22 /04, заявл. 25.05.84, ДСП), що містить послідовно з'єднані НВЧ-генератор та ділитель потужності, перший та другий НВЧ-ключі, виходи яких з'єднані відповідно з входами еталонної та вимірювальної ячейок, послідовно з'єднані суматор потужності та детектор, послідовно з'єднані смуговий фільтр, підсилювач низької частоти, синхронний детектор та індікатор, генератор низької частоти, з'єднаний з входом тригера, парафазні виходи якого під'єднані відповідно до керуючих входівпершого та другого НВЧ-ключів та керуючих входів синхронного детектора. В пристрій введені перший та другий вентилі, включені відповідно між виходами цілителя потужності та входами першого та другого НВЧ-ключів, перший та другий атенюатори, включені відповідно між виходами еталонної та вимірювальної ячейок та входами суматора потужності , та логарифмічний перетворювач, включений між виходом детектора -2та входом смугового фільтру. Перший та другий вентилі введені у пристрій заради уникнення затягування частоти НВЧ-генератору розузгодженими НВЧ-ключами та зриву генерації при змінах їх фазового стану ("запирання" "пропускання"), а перший та другий атенюатори введені для врівноваження плеч, що містять еталонну та вимірювальні ячейки при калібровці. Не ідентичність вказаних плеч зумовлена нерівним поділенням потужності, оскільки всі НВЧ-ділителі потужності забезпечують рівне поділення потужності тільки при рівних навантаженнях у вихідних плечах ділителя потужності, а рівні та синфазні сигнали у вказаних плечах забезпечуються при ідеальному узгоджені плеч, що практично нереально. Логарифмічний перетворювач дозволяє виділити на індікаторі напругу, пропорційну коефіцієнтам поглинання НВЧ-сигналів у ячейках та обернено пропорційно довжині хвилі НВЧ-випромінювання. Вадою даного пристроя є низька точність вимірювання вологості з-за нестабільності параметрів НВЧ-генератору, ділителя потужності, а також вентилів, атенюаторів, що мають різні передавальні характеристики та випадковим чином змінні при коливаннях температури оточуючого середовища та напруги живлення. Окрім цього, в даному пристрої не реалізується складення НВЧ-сигналів, що поступають на вхідні плечі НВЧ-суматора різночасно, тому що всі відомі типи НВЧ-суматорів забезпечують сумірювання лише при одночасній подачі сигналів, у зв'язку з чим функціональні можливості пристрою різко звужені. Даний пристрій вельми громіздкий, складний у настроюванню, у реальних виробничих умовах не забезпечує потрібної точності у визначенні вологості матеріалів. В основу винаходу, що пропонується,поставлена задача удосконалення пристроя для визначення абсорбційних властивостей сепараторів свинцевих акумуляторів, у яких за рахунок введення нових елементів та організації нового зв'язку між ними забезпечується висока стабільність амплітуди та частоти вимірювального НВЧ-сигналу, незалежниівід змінень напруги, що живлять НВЧ-генератор, та температури оточуючого середовища, і за рахунок цього досягається висока точність у визначені кількості розчину сірчаної кислоти у порах сепаратору, тобто у визначенні його абсорбційних властивостей - однієї з найважливіших характеристик сепараторів для хімічних джерел струму. Значно спрощена конструкція пристроя та знижена його вартість. Поставлена задача вирішуїться тим , що у пристрою для визначення абсорбційних властивостей сепараторів свинцевих акумуляторів, що містить НВЧ-генератор, перший та другий НВЧ-ключі, виходи яких з'єднані відповідно з входами еталонної та вимірювальної ячейок, послідовно з'єднані детектор, логарифмічний перетворювач, смуговий фільтр, підсилювач низької частоти, синхронний детектор та індікатор, генератор низької частоти, з'єднаний з входом тригера, парафазні виходи якого під'єднані відповідно до керуючих входів першого та другого НВЧ-ключів та керуючих входів синхронного детектора, згідно винаходу, НВЧ-генератор виконаний з двома синфазними виходами, під'єднаними відповідно до першого та другого -3НВЧ-ключам, а виходи еталонної та вимірювальної ячейок під'єднані до вхідних плеч додатково введеного НВЧ-перемикача, вихідне плече якого під'єднано до детектора, а керуючі входи - до парафазних виходів тригера. Виконання НВЧ-генератора з двома синфазними виходами, під'єднаними відповідно до першого та другого НВЧ-ключам, дозволяє виключити використання ділителя потужності, наявність якого у пристрою вносить істотну погрішність внаслідок нерівного розподілу потужностей у еталонному та вимірювальному каналах з-за неминучої нерівності вхідних опорів вентилів та їх передавальних характеристик. Виключення ділителя потужності та вентилів дозволяє виключити також використання першого та другого атенюаторів, що кор ектують вказані нерівності параметрів вентилів і ділителя потужності, та які вносять також неконтрольовані фазові зсуви, що вносить помилки у вимірювання Включення^^деистрій НВЧ-перемикача, вхідні плечі якого під'єднані відповідно до*" еталонної та вимірювальної ячейок, а вихідне плече - до детектора, причому керуючі входи НВЧперемикача під'єднані до парафазних виходів тригера, дозволяє здійснити почергову подачу НВЧ-сигналів на синхронний детектор, забезпечити високу стабільність амплітуди і частоти вимірювального НВЧ-сигналу, які не залежать від температури навколишнього середовища і коливань напруги живлення генератору, забезпечити нормальне функціонування пристроя. В результаті дослідження відомих у науці та техніці рішень сукупність істотних ознак, повністю або частково, що збігається з заявленою та дозволяюча вирішувати поставлену винахідницьку задачу, не була виявлена. Отже, винахід, що пропонується, відповідає критерію "новизна". Сутність заявляшого винаходу не слідує для фахівця явним чином з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, що характеризують відомий пристрій, не забезпечує досягнення нових властивостей та тільки наявність відзначаючих ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Отже, винахід, що пропонується, відповідає критерію "винахідницький рівень". Технічне рішення, що пропонується, може бути використано при розробці нових типів сепараторів свинцево-кислотних акумуляторів, при оцінці прийнятності партій сепараторів, що надходять у акумуляторне виробництво при зміні технологій та сировини або технологічного обладнання, після запуску обладнання по виробництву сепараторів,після капітального ремонту і т.д., а також при оцінці причин відказів акумуляторних батарей у гарантійні строки. На фіг. 1 приведена структурна електрична схема пристроя, що пропонується, на фіг.2, 3 - приклад виконання НВЧ-генератору з двома синфазними виходами. Пристрій містить НВЧ-генератор 1, НВЧ-ключІ 2 та 3, генератор 4 низької частоти, тригер 5, еталонну 6 та вимірювальну 7 ячейки, виконані у вигляді відрізків прямокутного хвилеводу зниженого перетину з поглибленням у нижній стінці хвилеводу по розміру випробувальних зразків сепараторів - контрольного та досліджувального, НВЧ-перемикач 8, детектор 9, логарифмічний перетворювач 10, смуговий фільтр 11, підсилювач 12 низької частоти, синхронний детектор 13, індікатор 14. НВЧ-генератор міс -4тить генераторні діоди (діоди Ганна) 15 та 16, що включені у коаксіальні резонатори 17 та 18, які під'єднані через отвори зв'язку 19 та 20 до хвилеводу 21, до однієї широкої стінки якого під'єднаний циліндричний резонатор 22, перестройка частоти якого здійснюється за допомогою поршня 23. Геометричні розміри циліндричного резонатору та розміри отворів зв'язку 19 та 20 обрані з умови отримання високої навантаженої добротності циліндричного резонатору. Коаксіальні резонатори 17 та 18 створені відповідно центральними провідниками 25 та рухомими поршнями 26. Пристрій функціонує таким чином. При подачі напруги на НВЧ-генератор 1 діоди Ганна 15 та 16, що живляться від одного джерела живлення, генерують НВЧ-коливання, і одна із складових спектру НВЧ-випромінювання, що створюється під час перехідного процесу, захоплюється циліндричним резонатором 22. При цьому частота генерації НВЧ-генератору 1 та її стабільність визначаються добротністю та резонансною частотою циліндричного резонатора 22. Сталість частоти випромінювання при зміненнях напруги на діодах Ганна забезпечується при виборі пролітних частот f1 та f2 діодів Ганна 15 та 16 з умови f1 = (0,7 ... 0,9) fc, f2 = (1,15 .. 1,3) fc, fc частота настройки циліндричного резонатору 8, при цьому діод 15 працює у режимі затримки доменів, діод 16 у режимі гасіння доменів. При вказаному співвідношенні частот при паразітних (випадкових) зміненнях напруги живлення діодів Ганна вказане співвідношення частот призводить до того, що уходи частоти генерації діодів рівнй по величині та протилежні по знаку. Така взаємна компенсація уходів частоти діодів в НВЧ-генератору 1 забезпечує стабільність вихідного сигналу при уходах напруги живлення від номінальних значень. Вісь циліндричного резонатору рівновідцалена від виходів прямокутного хвилеводу, що являються виходами НВЧ-генератору 1, тому вихідні сигнали синфазні та строго рівні по амплітуді. Вказані сигнали з двох синфазних виходів поступають на входи НВЧ-ключів 2 та 3, виконаних, наприклад, н а п - і - р - і - п - діодах, які почергово відкриваються під дією низькочастотних імпульсів, що вироблюються генератором низької частоти 4 та, що формуються тригером 5. При відкритому НВЧ-ключі 2, НВЧ-сигнал поступає у еталонну ячейку 6, у якій розміщений зразок контрольного сепаратора з електролітом, що знаходиться у його порах. Абсорбційні властивості цього сепаратора відомі з незалежних вимірювань. Форма поглиблення у широкій нижній стінці відрізка хвилеводу еталонної ячейки 6, та його розміри обрані з умови мінімального відбиття НВЧ-сигналу на даній частоті випромінювання. Аналогічно, при відкритті НВЧ-ключа 3 та запиранні ключа 2 НВЧсигнал проходить через вимірювальну ячейку 7, у якій розміщений насичений електролітом зразок сепаратора, що досліджується, і форма якого аналогічна контрольному зразку сепаратора. Міра ослаблення НВЧ-сигналу залежить від абсолютного значення кількості електроліту, що знаходиться у порах сепараторів, тобто від їх абсорбційних властивостей, та цей параметр може бути визначений Ослаблення потужності у середовищу визначається виразом: -5Pi 4 ті tg б ------ = e x p ( ----------------- d), Po XB де Po та Pi - потужності НВХ-сигналів, падаючих та пройшовших через хвилеводні ячейки відповідно, d - розмір зразків сепараторів у напрямку розповсюдження НВЧ-хвиль (довжина), tg б - тангенс вугла діелектричних втрат, Хв - довжина хвилі НВЧ-випромінювання. Оскільки геометричні розміри зразків сепараторів у обох ячейках однакові, то при незмінній довжині хвилі Хв ослаблення потужності і в еталонній і в вимірювальній ячейках пов'язано лише з діелектричними властивостями сепараторів, у даному випадку - з кількісним утриманням електроліту в сепараторі, що характеризує його гідрофільність: чим більше міститься електроліту у зразках сепараторів однакових геометричних форм, тим вище його абсорбційна здібність, тобто якість сепараторів вище. Постійність довжини хвилі у процесі вимірювань та між вимірюваннями при коливаннях напруги живлення забезпечується вказаним вибором пролітних частот д'йодів Ганна. Незмінність довжини хвилі Хв при коливаннях температури оточуючого середовища забезпечується постійністю резонансної частоти fc циліндричного резонатора 8, виконаного з інвару - матеріалу з надзвичайно малим коефіцієнтом лінійного розширення. НВЧ-сигнали ослаблені зразками сепараторів через входи НВЧ-перемикача 8, перемикання каналів у якому відбувається синхронно з роботою НВЧ-ключів 2 та 3, почергово впливають на детектор 9, на навантаженню якого виділяються відеоімпульси з амплітудами, залежачими, при строго дорівнювальних значеннях потужностей НВЧ-сигналів Р6, що надходять на входи еталонної та вимірювальної 7 ячейок, від міри поглинання НВЧсигналів у зразках сепараторів, а саме: 4 7с tg 5і Ui = S1P1 = SiPo = exp (-________ d), Хв 4 л tg 62 U2 = 8^2 = $iPQ = exp (- ________ d), Хв де Si - крутизна перетворення детектора 9, tg 5\ - тангенс вугла втрат контрольного сепаратора, tg S2 - тангенс вугла втрат сепаратора, що досліджується. Відеоімпульси в логарифмічному перетворювачі 10 почергово підда.^аються логарифмічному перетворенню, у результаті чого утворюються імпульси з напругами: -61|2 Хв d), де S2 - крутизна логарифмічного перетворення. Напруга з логарифмічного перетворювача 10 подається на смуговий фільтр 11, настроєний на частоту перемикання тригера 5, в результаті виділяється напруга огинаючої імпульсів, пропорційна піврізниці їх амплітуд, тобто: 2 п S2 Хв d(tgSi-tg62). Ця напруга подається на підсилювач 12, виділяється синхронним детектором 13 та поступає на індикатор 14. Останній може фіксувати або різницю в утриманні електроліту у контрольному та вимірювальному зразках сепараторів, насичених електролітом в рівних умовах, тобто відрізнення гідрофільності зразку, що виміряється від гідрофільності контрольного зразку, або абсолютну кількість електроліту у сепараторі, якщо шкалу індікатора проградуювати безпосередньо у одиницях кількості електроліту у зразку, що виміряється. Це можливо , оскільки кількість електроліту у контрольному зразку є величиною відомою та постійною. Пристрій, що пропонується, в зрівнянні з прототипом дозволяє підвищити точність вимірювання утримання електроліту у сепараторах свинцевих акумуляторів при одночаснім спрощенні та здешевленні конструкції. Заст. директора Інституту транспортних систем та технологій НАН України Пристрій для Ьиъноцення а5сор5ціпних властивостей сепораторіі свинцевих акумуляторів. Фіг і 6. О. Дзензерсьпии б. М. ПриВапоб 0. Н). Попогін В. Ю. Скосар 7 3 Сокопо&ськип Пристрій дпя ёизноиення а5соріїційних ёластибостеи сепаратор L6 сбиицебих акумуляторів. 20 16 24 \\ \ \^\ \ \ \ \ \ х \ \ \ \ \ > в. а Дзензерський В. М. HpuSonoe 0. to Поповій В. Ю, Скосор 3. 3. Соколобський Пристрій дпя Зазначення абсорбційних властивостей сепараторі 6 сёцнце8их акумуляторі о. А-А / 7/7 Фіг. З S 0. Дъензерсьпио 8-М. ПриВстоё 0. /0. Попагін В Ю. Скосор 2 2 Сокоповський