Расчет отдаваемой емкости щелочными аккумуляторами

широкозонного материала однотипной проводимости (SnO2 , TiO2, MoO3 и др.). Различные гетероэлектроды (CdSe-Si, CdS-CdSe, Bi2O3-Si), а также органические полупроводники (полипиррол, полианалин, полипа-рафенилен и др.) [9] также являются более устойчивыми и совместимыми материалами в среде электролита и представляют интерес как фотоактивные ЭИ для ЭХРО.

Таким образом, материал фотоактивного ЭИ должен быть стойким в среде применяемого электролита, либо покрыт плёнкой защитного широкозонного полупроводника. Такие ЭИ могут быть использованы для маркирования деталей, изготовления фирменных табличек, товарных знаков, плоских фигурных деталей, плат печатного монтажа, нанесения штриховой и матричной символики

Литература

1. Зайцев А.Н. Прецизионные электрохимические копиро-вально-прошивочные станки нового поколения // Экономика и производство. 2002. № 1. С. 38-41.

2. Ramasawmy H., Blunt L. 3D surface topography assessment

of the effect of different electrolytes during electrochemical polishing of EDM surfaces // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. 2002. Vol. 42, Issue 5. P. 567-574.

3. Modelling the aspects of precision and efficiency in laserassisted jet electrochemical machining (LAJECM) // J. of Materials Processing Technology. 2004.Vol. 149. Issues 1-3. P. 512-518.

4. Кирсанов С.В., Глебов В.В. Применение методов электрохимического маркирования в машиностроении // Электронная обработка материалов. 2004. № 5 (229) С. 4-6.

5. Кукоз Ф.И., Глебов В.В., Кирсанов С.В., Коноваленко В.В. Метод получения фотографического изображения с использованием полупроводникового электрода // Электрохимия. 1996. Т. 32. С. 1144-1145.

6. Fujiwara M., Kawajiri K. A new approach in electrolytic photography // J. of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 1990. Vol. 292. № 1, 2. P. 273-275.

7. Некрасов А.А., Иванов В.Ф., Ванников А.В. Спектральные характеристики структуры SnO2 /CdSe/ электролит при различных направлениях освещения // Электрохимия. 1991. Т. 27. С. 240.

8. Батенков В.А. Электрохимия полупроводников. Барнаул, 2002.

9. Арутюнян В.М. Физические свойства границы полупроводник-электролит //УФН. 1989. Т. 158. С. 255-290.

10. Марченко А.Н., Свечников С.В., Смовж А.К. Полупроводниковые сенсорные потенциометрические элементы. М., 1988.

11. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М., 1989.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты 10 ноября 2006 г.

УДК 541.136.5

РАСЧЕТ ОТДАВАЕМОЙ ЕМКОСТИ ЩЕЛОЧНЫМИ АККУМУЛЯТОРАМИ © 2007 г. Д.Н. Галушкин, Ф.И. Кукоз, И.А. Галушкина

Введение

Первым уравнением, описывающим процессы в аккумуляторах, было уравнение Пейкерта [1]. Оно устанавливает функциональную связь между временем разряда и величиной разрядного тока, или, что то же самое, - между емкостью аккумулятора и силой тока, т.е.

Q = А

^ ; n—1 '

физического смысла. В области малых токов удовлетворительные результаты дает эмпирическое уравнение Либенова [4], которое может быть записано в виде

Q =

A

1 + Вi

где п - постоянная величина, не зависящая от емкости, а только характеризующая данный тип аккумулятора; A - постоянная, связанная с весовым количеством активной массы в аккумуляторе; i - ток разряда. Уравнение Пейкерта было получено применительно к кислотным аккумуляторам, но в настоявшее время используется для определения емкости аккумуляторов и других электрохимических систем [2, 3].

Формула (1) неприменима при очень малых токах разряда, поскольку при i ^ 0 , Q ^ что лишено

где А, В - эмпирические константы.

Для аккумуляторов стартерного типа, например НКГ-8К, вплоть до токов разряда i = Qн отдаваемая емкость остается постоянной [5], т.е.

Q = A.

Формулы (1)-(3) наиболее часто используются для определения емкости аккумуляторов, хотя существует много других менее используемых формул [68]. Проанализируем применимость формул (1)-(3) для определения емкости щелочных аккумуляторов и попытаемся определить область токов, для которых справедливо каждое из отмеченных выше уравнений.

Анализ эмпирических зависимостей

Можно предположить, что для аккумуляторов стартерного типа константа В в уравнении (2) мала, тогда уравнение (2) переходит в уравнение (3).

Обобщим уравнение Пейкерта так, чтобы оно не приводило к противоречию при малых токах. Получим выражение

Q = -

A

1 + Вi'

которое можно назвать обобщенным уравнением Пейкерта. Из формулы (4) при различных значениях констант В п можно получить уравнения (1)-(3).

Проверим применимость уравнений (1)-(4) для различных типов щелочных аккумуляторов. Прежде всего необходимо определить напряжение на клеммах, до которого необходимо разряжать аккумуляторы. Чаще всего на практике разряд ведется до напряжения 1 В, так как при более низких напряжениях, как правило, не работают внешние устройства, подключенные к данному аккумулятору, поэтому отдаваемая

емкость при этих напряжениях не имеет практического значения. Таким образом, во всех экспериментах ниже конец разряда определялся напряжением на клеммах аккумуляторов 1В. Результаты экспериментальных исследований для аккумуляторов КН-10, КНБ-15, КНП-20, КН-14, НКГ-8К представлены в табл. 1.

Оптимальные параметры для соотношений Пей-керта (1), Либенова (2) и обобщенного соотношения Пейкерта (4), соответствующие указанным экспериментальным данным, были найдены с использованием процедуры оптимизации Левенберга-Маркардта в рамках пакета MathCad и представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что для рассматриваемых изменений тока разряда уравнение Пейкерта и уравнение Либенова не могут быть использованы для расчета отдаваемой аккумулятором емкости, так как относительная погрешность предсказанного результата 8 очень большая. Даже для аккумулятора НКГ-8К, где относительная погрешность небольшая, характер изменения соотношений (1), (2) полностью не соответствует характеру изменения экспериментальных точек.

Таблица 1

Емкость, отдаваемая щелочными аккумуляторами разных типов при различных токах разряда

Параметры разряда Тип аккумулятора

КН-10 КНБ-15 КНП-20 КН-14 НКГ-8К

i/Qh Q/Qh i/Qh Q/Qh i/Qh Q/Qh i/Qh Q/Qh i/Qh Q/Qh

1 0,01 1,17 0,01 1,2 0,01 1,16 0,01 1,19 0,01 1,21

2 0,125 1,12 0,1 1,19 0,1 1,15 0,1 1,06 0,1 1,21

3 0,5 0,88 0,2 1,18 0,2 1,1 0,2 0,97 0,5 1,205

4 1 0,47 0,5 1,13 0,5 1 0,5 0,70 1 1.16

5 1 1,05 1 0,7 1 0,33

6 2 0,87 2 0,07

7 3 0,44

Примечание: QH - номинальная емкость аккумулятора.

Таблица 2

Оптимальные параметры для соотношений

Параметры уравнений КН-10 КНБ-15 КНП-20 КН-14 НКГ-8К

Уравнение Пейкерта А 9,42 17,2 21,2 13,1 9,6

п 1,12 1,1 1,15 1,16 1,02

S 3,41 7,4 14 5 0,4

8 38 49 80 45 5

Уравнение Либенова А 12,3 18,87 25,6 17,5 9,7

В 0,11 0,022 0,06 0,13 0,005

S 1,6 3,8 8 2 0,13

8 17 25 46 16 1

Обобщенное уравнение Пейкерта А 11,5 17,5 1,4 10-5 22,4 16,2 9,7

В 9,5 10-3 1,2 10-5 0,03 910-5

п 3,18 4,03 4,5 2,55 4

S 0,23 1,5 2 1 0,01

8 2,5 9,9 10 8 0,1

Примечание: S - среднеквадратичное отклонение экспериментальных точек относительно оптимальной кривой, 8- относительная погрешность в процентах.

Для данного аккумулятора отдаваемая емкость практически не зависит от тока разряда в интервале от i = 0 до i = Qн, в то время как уравнения Пейкерта и Либенова содержат явную зависимость от тока. Предложенное обобщенное уравнение Пейкерта дает результаты, хорошо совпадающие с экспериментальными данными. Во всех случаях относительная погрешность не более 10 %, что, как правило, достаточно для практических расчетов.

То, что уравнение Пейкерта неприменимо для расчета отдаваемой емкости при малых токах разряда, очевидно из его вида, однако для рассматриваемых аккумуляторов оно не подходит и для достаточно больших токов разряда, больших 0,5QH. Поэтому можно считать, что уравнение Пейкерта неприменимо для расчета отдаваемой емкости щелочными аккумуляторами рассмотренных типов.

Выводы

Для щелочных аккумуляторов КН-10, КН-14, НКГ-8К в интервале токов разряда i = 0 - Qн; КНП-20 в интервале i=0 - 2QH; КНБ-15 в интервале i = 0 - 3QH нельзя использовать уравнения Пейкерта и Либенова для расчета отдаваемой емкости, в то время как пред-

ложенное обобщенное уравнение Пейкерта позволяет

делать предсказания с относительной погрешностью

не более 10 %.

Литература

1. Peukert W. Über die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladestromstarke bei Bleiakkumulatoren // Elektrotechn. Z. № 20. 1905. P.1897.

2. Морозов Г.Г., Гантман С.А. Химические источники тока для питания средств связи. М., 1949.

3. Варыпаев В.Н., Дасоян М.А., Никольский В.А. Химические источники тока. М., 1990.

4. Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л., 1978.

5. Хаскина С.М., Даниленко И.Ф. // Сб. работ по ХИТ. Л., 1981. С. 34-38.

6. Беляев Б.В. Разряды химических источников тока при постоянной силе тока // Электротехника. М., 1968. № 3. С. 35-38.

7. Агуф И.А. Некоторые вопросы теории пористого электрода и процессы, протекающие в свинцовом аккумуляторе // Сб. работ по ХИТ. Л., 1968. С. 87-100.

8. Селицкий И.А., Герчиков Б.А., Константинов М.М. Производство свинцовых аккумуляторов. М., 1947.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты; Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт) 21 ноября 2006 г.

УДК 621.892

ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

© 2007 г. В.Ф. Кукоз, В.Д. Хулла, А.В. Тарасов, Н.Г. Подгайный

Рациональная и долговременная эксплуатация автотракторных двигателей внутреннего сгорания невозможна без использования качественных моторных масел. Показатели качества масел, регламентированные соответствующей нормативно-технической документацией, меняются при хранении в процессе эксплуатации, а также зависят от конструкции двигателя и режимов его работы.

В результате циклического нагревания и охлаждения моторного масла в его состав всегда попадает вода, конденсируясь из паров воздуха. В свою очередь молекулы воды диссоциируют на ионы водорода (Н+) и гидроксида (ОН—) - объекты сугубо электрохимические. И поэтому моторное масло, находящееся в эксплуатации, можно условно считать водным раствором и рассматривать узлы трения двигателя как электрохимическую ячейку [1].

Важно отметить, что обводнение масла в трибоси-стеме происходит не только из-за попадания воды в систему из окружающей среды, но и из-за разложения углеводородов масла в процессе их эксплуатации. Наличие воды в масле ухудшает его смазочные свой-

ства, способствует в присутствии металлов-катализаторов более быстрому окислению масла и ускоряет коррозию деталей. Вода в масле или в топливе - одна из основных причин водородного изнашивания деталей, которое уменьшает предельный коэффициент трения покоя. Вся совокупность этих факторов подтверждает гипотезу о том, что в трибо-системе, включающей металлы и воду, имеет место динамическое образование продуктов диссоциации воды и образование водорода и кислорода по схеме

2Н+ + 2ОН- о 2Н2 + О2.

2Н2О

Таким образом, изменение значения физико-химического показателя по сравнению с исходным может быть вызвано как обычным ходом процесса старения масла при исправном состоянии двигателя, так и развитием в нем неисправностей [2].

Как было указано выше, в процессе эксплуатации моторных масел с ними происходят различного рода изменения, что ухудшает свойства масел и изменяет их диэлектрические свойства [3].