устройство для измерения электрической емкости химических источников тока

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока (ХИТ) и реализующее алгоритм

Q _эл=С· U/(2t_зар· k),

где Q_эл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А· ч;

С - емкость конденсатора известной емкости, Ф;

U - напряжение на измеряемом источнике тока, В;

t_зар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;

k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока, и содержащее испытуемый химический источник тока (ХИТ) 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, вход которого соединен со вторым полюсом (положительным) исследуемого ХИТ, конденсатор 3 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, введены ключ на замыкание 4, вход которого соединен с положительным полюсом исследуемого ХИТ, ключ 5 разряда конденсатора 3 известной емкости, вход которого соединен с первой пластиной конденсатора 3 известной емкости, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 6, первый вход которого соединен с выходом ключа 2, а второй вход - с выходом ключа 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, вход которого соединен с выходом переключателя 6, микропроцессор (МП) 8 с блоком памяти программ (БПП) 9 и блоком памяти данных (БПД) 10, соединенных соответственно, причем входная шина МП 8 соединена с выходной шиной АЦП 7, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11, первый выход которого соединен со входом запуска АЦП 7, а второй - со вторым входом БПП 9, таймер 12, шина вход-выход которого соединена с соответствующей шиной МП 8, порт ввода-вывода (ПВВ) 13, входная шина которого соединена с выходной шиной МП 8, блок индикации 14, шина которого соединена с первой выходной шиной ПВВ 13, блок управления ключами (БУК) 15, входная шина которого соединена со второй выходной шиной ПВВ 13, входы управления ключами 2, 3, 5 и переключателя 6 соединены с соответствующими выходами ПВВ 13, ключ 15 запуска начала измерения, вход которого соединен со входом запуска МП 8, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 16 вида измерения, два выхода которого соединены с соответствующими входами управления ПВВ 13.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения остаточной электрической емкости ХИТ как в стационарных, так и в полевых условиях.

Известно устройство для определения остаточной емкости кислотной свинцовой аккумуляторной батареи (АКБ) (а.с. № 1619360, Н 01 М 10/48, БИ № 1, 1991 г.), где АКБ подключают к тестовой нагрузке и, измеряя напряжение на АКБ до подключения нагрузки Е и с ней U _H, вычисляют коэффициент степени разряженности k по следующей формуле:

где Е_mах - максимальное ЭДС АКБ,

U_min - минимально допустимое напряжение на АКБ при разряде.

Затем по определенной раннее зависимости

определяют остаточную емкость АКБ.

Известное устройство обладает недостатками. Во-первых, здесь требуются большие энергетические затраты, т.к. АКБ нагружается на очень малое нагрузочное (тестовое) сопротивление, т.е. если АКБ будет частично разряжена, то после такой проверки возможно сопротивление, т.е. если АКБ будет частично разряжена, то после такой проверки возможен полный разряд, что является недопустимым для АКБ, т.к. после такой процедуры они не подлежат восстановлению. Во-вторых, нагрузочное сопротивление нужно включать на очень малое время т.к. иначе произойдет разряд АКБ и возможен выход из строя нагрузочного (тестового) сопротивления из-за перегрева. В-третьих, в расчетной формуле (1) значения Е_mах и U _min имеют определенные зоны допусков и поэтому расчеты по формулам 1 и 2 вызывают некоторую неопределенность. И в-четвертых, как известно [1], внутреннее сопротивление АКБ имеет сложный характер и величина его и соответственно внутреннее падение напряжения на АКБ будут находиться в зависимости от нагрузки. Поэтому величина U_H также будет иметь неопределенное значение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения электрической емкости химических источников тока (ХИТ), описанный в патенте России №2172044 (БИ №24 2001 г.). В известном способе путем измерения напряжения на источнике, разряда его на конденсаторную нагрузку в процессе разряда испытуемого источника на конденсаторную нагрузку измеряют время заряда конденсатора и рассчитывают электрическую емкость измеряемого химического источника тока по формуле

где Q_эл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А*ч;

С - емкость заряжаемого конденсатора, Ф;

U - напряжение на измеряемом источнике тока, В;

t_зap - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;

k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока.

Однако указанный способ измерения электрической емкости ХИТ обладает недостатком, заключающимся в том, что в конечном итоге приходится делать расчеты по известной формуле (3), что значительно увеличивает время измерения и делает процесс измерения не оперативным. Кроме того, приходится проводить предварительное измерение напряжения на ХИТ, а также настраивать таймер или запоминающий осциллограф, применяемые в качестве запоминающего и индикаторного устройств.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение времени измерения и упрощение процесса измерения электрической емкости ХИТ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, реализованном по алгоритму, представленному формулой (3), и содержащем испытуемый химический источник тока ХИТ 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, вход которого соединен со вторым полюсом (положительным) исследуемого ХИТ, конденсатор 3 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, введены ключ на замыкание 4, вход которого соединен с положительным полюсом исследуемого ХИТ, ключ 5 разряда конденсатора 3, вход которого соединен с первой пластиной конденсатора 3, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 6 первый вход которого соединен с выходом ключа 2, а второй вход - с выходом ключа 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, вход которого соединен с выходом переключателя 6, микропроцессор (МП) 8 с блоком памяти программ (БПП) 9 и блоком памяти данных (БПД) 10, соединенных соответственно, причем входная шина МП 8 соединена с выходной шиной АЦП 7, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11, первый выход которого соединен со входом запуска АЦП 7, а второй - со вторым входом БПП 9, таймер 12, шина вход-выход которого соединена с соответствующей шиной МП 8, порт ввода-вывода (ПВВ) 13, входная шина которого соединена с выходной шиной МП 8, блок индикации 14, входная шина которого соединена с первой выходной шиной ПВВ 13, входы управления ключами 2, 3, 5 и переключателя 6 соединены с соответствующими выходами ПВВ 13, ключ 15 запуска начала измерения, вход которого через ПВВ 13 соединен со входом запуска МП 8, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 16 вида измерения, два выхода которого соединены с соответствующими входами управления ПВВ 13.

На чертеже изображена электрическая схема для измерения электрической емкости химического источника тока.

Схема включает испытуемый источник тока 1, ключи 2 и 4 на замыкание цепи, конденсатор 3 известной емкости, ключ 5 сброса заряда конденсатора 3, переключатель 6, АЦП 7, микропроцессор 8 с блоками памяти программ 9 и памяти данных 10, ГТИ 11, таймер 12, порт ввода-вывода 13, блок индикации 14, ключ запуска 15, переключатель 17 вида измерения. Переключатель 6, АЦП 7, БПП 9, БПД 10, ГТИ 11, таймер 12, ПВВ 13 и МП 8 могут быть реализованы в виде микроЭВМ на одном кристалле. Причем сопротивление соединительных проводов, ключа 2 в замкнутом состоянии и токосъемников должно быть минимально возможным (примерно на порядок меньше внутреннего сопротивления измеряемого источника тока).

Предложенное устройство работает следующим образом.

После подсоединения испытуемого ХИТ 1 к устройству кратковременным нажатием ключа 15 запускается МП 8 и программа последовательности управления ключами 2, 4, 5 и переключателем 6. Сначала замыкается ключ 4 и через него и переключатель 6 напряжение ХИТ подается на вход АЦП 7 и измеряется и запоминается во внутренней памяти данных как U ₀. Затем замыкается ключ 2 и размыкается ключ 4, переключатель 6 переводится в верхнее положение. По программе запускаются АЦП 7 и таймер 12. В процессе нарастания напряжения заряда на конденсаторе от измеряемого ХИТ это напряжение сравнивается с запомненным U₀ и при достижении напряжением заряда уровня 0,95 от U₀ таймер 12 останавливается и фиксирует время заряда конденсатора 4. В блоке памяти программ 9 записана программа, реализующая следующий алгоритм:

где С - численное значение емкости конденсатора 4, записанное в блоке памяти;

k - коэффициент, устанавливаемый для каждого типа ХИТ и записанный в блоке памяти данных 10 как константа (для кислотных и щелочных негерметичных ХИТ k=2).

Значение Q_эл вычисляется микропроцессором 8 и через порт ввода-вывода 13 и, в зависимости от положения переключателя 16, выводится на блок индикации 14. Во втором положении переключателя 16 на дисплей выводится измеренное значение U _хит.

После индикации результатов вычисления Q _эл, или U_хит микропроцессор 8 через блок 13 разряжает ключом 5 конденсатор 3 и приводит ключи 2, 4, 5 и переключатель 6 в исходное состояние.