УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ РАЗРЯЖЕННОСТИ ЛИТИЕВЫХ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к определению параметров состояния литиевых химических источников тока (ХИТ), изменяющихся в процессе эксплуатации, и может найти применение для контроля параметров автономных источников питания различного назначения. Эти параметры, в частности модуль коэффициента отражения R, могут быть измерены в результате воздействия электромагнитного излучения на дисперсный электрод, который изменяет свои свойства в процессе зарядки или разрядки ХИТ. По величине R можно судить о рабочем состоянии ХИТ. Полезная модель может быть использована в системах автоматического контроля непрерывной работы устройств, подключенных к ХИТ.
Известно устройство для определения степени разряженности ХИТ (УОСРХИТ) [Авторское свидетельство СССР №1003210, МПК Н01М 10/48, 1981], служащее для тех же целей, что и предлагаемое устройство, и состоящее из источника электромагнитного излучения и измерительного блока, измеряющего параметры дисперсного электрода, который меняет свои свойства во время разряда (заряда), диэлектрического окна в корпусе ХИТ, через которое осуществляется электромагнитное зондирование. В результате измерений параметров дисперсного электрода можно судить о степени разряженности (Q) ХИТ.
Однако у данного УОСРХИТ имеются следующие недостатки:
а) в зависимости измеряемых параметров дисперсного электрода от Q ХИТ имеется неоднозначность: в прототипе приходится производить измерения двух параметров (R и фазы φ) и окончательный результат получается путем сравнения (наложения) двух экспериментальных кривых, что в значительной мере влияет на точность определения Q ХИТ;
б) для обеспечения прозрачности проникновения электромагнитного излучения через диэлектрическое окно в стенке корпуса ХИТ на толщину окна накладывается ограничение, связанное с диэлектрической проницаемостью материала окна (ε) и длиной волны излучения (λ). Оценка толщины окна для СВЧ-излучения по формуле, приведенной в прототипе, дает значение 0,1 мм, что представляется ненадежным для сохранения механической прочности корпуса;
в) в схеме устройства прототипа электромагнитное зондирование и прием отраженного сигнала происходит через рупорную антенну, угол раскрытия которой не позволяет использовать отраженный сигнал со всей площади дисперсного электрода под одним и тем же углом, что вносит дополнительную погрешность в измерения φ и R.
Технической задачей является повышение точности и надежности УОСРХИТ путем исключения блока измерения φ, рупорной антенны, снятие ограничений на толщину диэлектрического окна и упрощение определения Q ХИТ только по одной экспериментальной зависимости R от Q.
р
р
Техническая задача достигается тем, что устройство для определения степени разряженности литиевых химических источников тока (ХИТ) содержит по крайней мере один дисперсный электрод, меняющий свой химический состав во время разряда (заряда), состоит из источника электромагнитного излучения и измерительного блока, измеряющего параметры дисперсного электрода, диэлектрического окна в корпусе ХИТ, в котором согласно полезной модели источник электромагнитного излучения представляет собой монохроматический источник света с длиной волны λ, лежащей в диапазоне 10,75<λ<11,75 мкм, измерительный блок, который определяет только модуль коэффициента отражения в диапазоне длин волн, излучаемых источником света, при этом диэлектрическое окно выполнено в виде диэлектрической линзы, прозрачной для указанного диапазона длин волн и расположенной на расстоянии равном фокусному расстоянию линзы от источника излучения.
р
р
р
Отличие предлагаемой полезной модели от прототипа состоит в том, что источник электромагнитного излучения представляет собой монохроматический источник света с длиной волны λ, лежащей в диапазоне 10,75<λ<11,75 мкм, измерительный блок, который определяет только модуль коэффициента отражения в диапазоне длин волн, излучаемых источником света, при этом диэлектрическое окно выполнено в виде диэлектрической линзы, прозрачной для указанного диапазона длин волн и расположенной на расстоянии равном фокусному расстоянию линзы от источника излучения. Особенностью предлагаемого УОСРХИТ является использование определенной длины волны излучения, на которой имеется однозначная зависимость R от Q.Она лежит в диапазоне 10,75<λ<11,75 мкм.
На фигуре 1 показана схема предлагаемого устройства для определения степени разряженности литиевых химических источников тока. Устройство состоит из следующих элементов:
1 - монохроматический источник света.
2 - полупрозрачное зеркало.
3 - измерительный блок.
4 - диэлектрическая линза.
5 - корпус ХИТ.
6 - электролит.
7 - дисперсный электрод.
1
На фигуре 2 представлен график однозначной зависимости R от Q для различных длин волн. На графике обозначены: линия 1 для λ=11,5 мкм;
2
3
линия 2 для λ=11,65 мкм; линия 3 для λ=11 мкм.
Принцип работы предлагаемого литиевого УОСРХИТ.
p
Световой поток с длиной волны λ, из монохроматического источника света 1 поступает на тонкое полупрозрачное зеркало 2, где разделяется на два луча. Один луч отражается от зеркала и попадает в измерительный блок 3, где служит для сравнения с другим лучом, который проходит через
р
диэлектрическую линзу 4, прозрачную для указанной длины волны и установленную в корпусе ХИТ 5, в котором находится электролит 6. Расстояние между источником света и линзой d выбирается равным фокусному расстоянию линзы, что обеспечивает падение света на дисперсный электрод 7 под одним углом падения. Отраженный от дисперсного электрода (например, диоксидмарганцевого) луч поступает через полупрозрачное зеркало в измерительный блок 3, где определяется модуль коэффициента отражения R. Как уже было указано, особенностью предлагаемого УОСРХИТ является использование определенной длины волны излучения, на которой имеется однозначная зависимость R от Q. Она лежит в диапазоне 10,75<λ<11,75 мкм. О степени разряженности ХИТ судят по предварительно измеренным R дисперсных электродов с заданными степенями Q, т.е. устанавливают соответствие между градуировочной кривой и полученными в результате значениями R. Предлагаемое устройство просто и надежно в эксплуатации и имеет погрешность не более 5%, что значительно превосходит погрешность прототипа 10-15%.
Для подтверждения значимости диапазона длин волн для зависимости R от Q в предлагаемом устройстве приведем следующие примеры.
4
5
Примеры 1-2. Пользуясь предлагаемым устройством, определяем зависимость R от Q на длинах волн λ=10,6 мкм и λ=11,85 мкм, которые не входят в заявленный диапазон длин волн. Коэффициент отражения для всех Q совпадает, что не позволяет установить на этих длинах волн однозначное соответствие между R и Q. В силу указанной причины эти примеры не показаны на фиг.2.
3
2
1
Примеры 3-5. Пользуясь предлагаемым устройством, определяем зависимость R от Q на длинах волн λ=11 мкм, λ=11,65 мкм, λ=11,5 мкм, которые входят в заявленный диапазон длин волн и показаны на фиг.2.
2
3
1
Зависимости R от Q носят однозначный характер, но tg угла наклона зависимости R от Q на длинах волн λ и λ невелик, а для волны λ
достигает максимального значения, что позволяет достигать максимальной точности измерения R от Q.
Предлагаемое УОСРХИТ позволяет определить Q для ХИТ с различными способами обработки литиевого электрода, а также при использовании литиевых сплавов в качестве анода ХИТ, что расширяет область применения данного устройства.
Технико-экономические преимущества.
Преимущества предлагаемого УОСРХИТ по сравнению с прототипом следующие:
а) предлагаемое устройство проще в эксплуатации и имеет меньшую погрешность определения Q за счет исключения блока дополнительных измерений фазы коэффициента отражения, что также влияет на снижение энергозатрат;
б) применение диэлектрической линзы дает возможность сфокусировать луч света, отраженный от дисперсного электрода, и тем самым определять R с повышенной точностью;
в) условие прозрачности линзы для указанного диапазона осуществляется выбором материала линзы с учетом справочных данных по оптическим свойствам материалов, и толщина линзы не влияет на измерения R, что повышает надежность устройства;
г) литиевый анод может быть обработан разными способами и содержать различные литиевые сплавы.