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Schaltung mit elektrochemischen Zellen Gegenstand der Erfindung sind
elektrische Schalbungen, die eine elektrochemische Zelle mit einem Kondensator verbinden.
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Die Erfindung betrifft im besonderen eine elektrochémis¢he Zelle,
die mit zwei Elektroden versehen ist und ein aktives Material enthält, das zwischen
den Elektroden iibertragen wird.
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Ein Kondensator mit einem bestimmten Käpazitätswert wird von einer
Spannungsquelle aufgeladen, wobei die Ladung au! dem Kondensator die Übertragung
einer vorherbestimmten Menge des aktiven Materials zwischen zwei Elektroden in der
elektrochemischen Zelle bestimmt. Nach der Erfindung wird der elektrochemischen
Zelle ein Kondensator zugeordnet, wobei zeB.Zeitbestimmungskreise, ZeitverzUgerungskreise
und Ablesekreise geschaffen werden. In Jedem Palle weist eine elektrochemische Zelle
eine
bestimmte Menge eines aktiven Materials auf, das entsprechend
der Ladung auf einem Kondensator übertragen wird oder entsrochend der Entladung
eines zuvor aufgeladenen Kondensators.
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Die genannte elektrochemische Zelle ist ein Schaltungselement, das
die Übertragung eines physikalischen Materials zwischen Elektroden bewirkt und einen
der Übertragung entspreo'en"defl Widerstandswert aufweist Die elektrochemische Zelle
kann zuxammen mit anderen Schaltungselementen fiir verschiedöfle Schaltung gen verwendet
werden. Die elektrochemische Zelle ist im allgemeinen mit mindestens zwei Elektroden
versehen und enthält ein aktives Material, das zwischen den Elektroden uebertragen
wird.
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Bei einer besonderen Ausführungsform weist die elektrochemiache Zelle
ein aus einem aktiven Material bestehendes äußeres Gehäuse auf, das als eine erste
Elektrode dient. Im äußeren Gehäuse ist von diesem isoliert eine zweite Elektrode
angeordnet, die mit mindestens einem Belag eines inerten Materials versehen ist.
Das äußere Gehäuse enthält ferner eine elektrolytische Ladung. Das das äußere Gehäuse
bildende aktive Material kann zur inneren Elektrode hin- und hertibertragen werden.
Eine elektrolytische Zelle der genannten Art ist in der noch schwebenden Patentanmeldung
Nr. 519 634 beschrieben, die von Martin Mintz am 10* Januar 1966 eingereicht und
auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde.
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Die elektrochemische Zelle kann in verachiedenen elektrischen Schaltungen
verwendet werden. Beispielsweise kann die Übertragung des aktiven Materials eine
bestimmte Informationsgröße darstellen. Da die Übertragung des aktiven Materials
sowohl vom Strom als auch von der Zeit abhängig ist, eo steht die Menge des tbertragenen
aktiven Materials in Ubereinstimmung mit der Gesamtgröße der Information0 Außer
der Verwendung der elektrochemischen Zelle als Speichermittel kann eine vorherbestimmte
Menge des aktiven Materials von der einen zur anderen Elektrode Ubertragen werden,
und diese vorherbestimmte Menge des aktiven Materials kann dann zurtlck zur ursprünlglichen
Elektrode
übertragen werden. Der Entladestrom kann so eingestellt werden, dass zum Rückübertragen
des aktiven Materials zur urspränglichen Elektrode eine bestimmte Zeit erforderlich
ist, eo dass die Schaltung als Zeitgeber arbeitet. Die elektrochemische Zelle kann
daher aus Speicherschaltung oder auch ale Zeitgeberschaltung benutzt werden.
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Eine Eigenschaft, die die elektrochemische Zelle als Schaltungselement
besonders wertvoll macht, ist darin tu sehen, dass nach dem Entladen des gesamten
aktiven Materials von einer der Elektroden der Widerstandewert an der elektrochemischen
Zelle ansteigt. Wird durch die elektroohemische Zelle ein Strom hindurohgeleitet,
um das aktive Material von einer der Elektroden zu entfernen, so wird der Zeitpunkt
der vollständigen Entf ernung de. aktiven Materials von einem Spannungsanstieg an
der lektrochemisohen Zelle angeteigt.
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Bei der Verwendung der elektrochemischen Zelle als Schaltungselement
besteht die Schwiergkeit, eine vorherbestimmte Menge des aktiven Materials genau
und zuverlässig zu übertragen. Im allgeselnen wird durch die elektrochemische Zelle
ein konstanter Strom geleitet, um das aktive Material zu übertragen, und es wird
die Zeit gemessen, während der der Strom durch die elektrochemische Zelle geleitet
wird. Um zwei Veränderliche genau bestimmen zu können, muss daher die Übertragung
des aktiven Materials genau überwacht werden. D*h., es iilssen die Veränderlichen
des Stromes und der Zeit genau überwacht werden. Dies ist Jedoch verhältnismäßig
schwierig, wodurch natürlich die ompliziertheit und die Kosten der verschiedenen
Schaltungen erhöht werden, in denen die elektrochemische Zelle verwendet wird.
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Die Erfindung ist auf ein sehr genaues und einfachen Verfahren gerichtet,
nach dem eine vorherbestimmte Menge eines aktiven Materials zwischen den Elektroden
einer elektrochemischen Zelle übertragen wird. Im besonderen erfolgt die Übertragung
deeaktiven Materials in Übereinstimmung mit der Ladung auf
einem
Konaensatoro Die Übertragung des aktiven Materials zwischen den Elektroden in der
elektrochemischen Zelle kann entweder während des Aufladen oder während des Entladens
des Kondensators kontrolliert werden. In jedem Falle zeigt die Ladung auf dem Kondensator
die Übertragung einer bestimmten Menge des aktiven Materials zwischen den Elektroden
der elektrochemischen Zelle an.
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Nach der Erfindung braucht der Strom und die Zeit nicht genau gemessen
zu werden, da die Ladung auf dem Kondensator v-on der angelegten Spannung und vom
Kapazitätswert des Kondensatorv abhängt, Im besonderen kann der Kondensator der
elektrochemischen Zelle nachgeschaltet werden, so dass beim Aufladen des Kondensators
der Ladestrom auch durch die elektrochemische Zelle fließt. Nach einem vollständigen
Aufladen des Kondensators sinkt der Ladestrom im wesentlichen auf den Wert Null
ab. Der zum Aufladen des Kondensators erforderliche gesamte Strom dient daher auch
zum Übertragen einer bestimmten Menge des aktiven Materials zwischen den Elektroden
der elektrochemischen Zelle.
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Wie bereits auegeSUhrt, entspricht die Ladung auf dem Kondensator
dessen Kapazitätswert und der angelegten Spannung. Der Kapazitätswert des Kondensators
kann natürlich zuvorbestimmt werden, und die Spannung ist verhältnismäßig leicht
zu messen, so dass die auf dem Kondensator liegende Ladung genau bestimmt werden
kann. Das Verfahren nach der Erfindung weist noch den weiteren wichtigen Vorzug
auf, dass die Übertragung des aktiven Materials in der elektrochemischen Zelle nicht
von der Zeit sondern von der Ladung abhängig ist, und da die Ladung einfacher zu
bestimmen ist als die Zeit, so sind die Schaltungen mit dem Kondensator und der
elektrochemischen Zelle einfacher, genauer und billiger als die älteren derartigen
Schaltungen0 Das zweite Verfahren, nach dem der Kondensator zusammen mit der elektrochemischen
Zelle verwendet werden kann, besteht darin, den Kondensator anfangs auf einen vorherbestimmten
Wert aufzuladen und danach über die elektrochemische Zelle zu entladen,
wobei
der Entlade strom die Übertragung des aktiven Materials zwischen den Elektroden
bewirkt. Bei beiden genannten Verfahren erfolgt die Übertragung des aktiven Materials
entsprechend der auf demKondensator befindlichen Ladung0 Nach der Erfindung können
mit einem Kondensator und einer elektrochemischen Zelle besondere Schaltungen eingerichtet
werden, und im besonderen Zeitgebungsschaltungen, Zeitverzögerungsschaltungen und
Digitalableses chaltungen.
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Bei der Zeitgebungsschaltung nach der Erfindung wird ein aufgeladener
Kondensator über eine elektrochemische Zelle entladen, wobei eine bestimmte Menge
eines aktiven Materials von der einen Elektrode zu einer zweiten Elektrode übertragen
wird.
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Danach wird durch die elektrochemische Zelle ein konstanter Strom
hindurchgeleitet, um das aktive Material von der zweiten Elektrode zur ersten Elektrode
zurückzuübertragen. Nachdem das gesamte aktive Material zur ersten Elektrode zurückübertragen
worden ist, steigt die Spannung an der elektrochemischen Zelle an, wobei aufgrund
des Spannungsanstiegs ein Ausgangssignal erzeugt wird. Die Zeitgebungsschaltung
bewirkt dann eine nochmalige Entladung des aufgeladenen Kondensators durch die elektrochemische
Zelle, wobei durch diese der konstante Stromfür die Rückübertragung des aktiven
Materials zur ersten Elektrode geleitet wird0 Die soweit beschriebene Zeitgebungsschaltung
erzeugt daher Ausgangsimpulse, durch durch ein bestimmtes Zeitintervall von einander
getrennt sind. Diese Zeitgebungsschaltung mit der elektrochemischen Zelle weist
den Vorzug auf,, dass das genannte Zeitintervall ziemlich lang bemessen werden kann,
z.B.
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in Minuten, im Gegensatz zu älteren derartigen Schaltungen, bei denen
die Dauer des Zeitintervalls zwischen den auf einander folgenden Ausgangsimpulsen
Sekunden oder weniger beträgt.
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Bei der Zeitverzögerungsschaltung nach der Erfindung wird ein Kondensator
aus einer Spannungsquelle aufgeladen, wobei der Ladestrom durch die elektrochemische
Zelle fließt und das aktive Material von einer ersten Elektrode zu einer zweiten
Elektrode
überträgt. Nach dem Aufladen des Kondensators fließt im
wesentlichen kein Ladestrom mehr, und es wird kein aktives Material mehr von der
ersten Elektrode auf die zweite Elektrode übertragene Durch die elektrochemische
Zelle wird nunmehr ein zweiter Strom geleitet, der eine Übertragung des aktiven
Materials von der zweiten Elektrode zurück zur ersten Elektrode bewirkt.
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Nachdem das gesamte aktive Material von der zweiten Elektrode zurück
auf die erste Elektrode übertragen worden ist, steigt die Spannung an der elektrochemischen
Zelle an, wobei ein Ausgangskreis betätigt wird. Dieser Schaltungskreis wird anfangs
durch Schließen eines Schalters mit Strom versorgt, wobei der Kondensator aufgeladen
wird, und nach Ablauf eines vorherbestimmten Zeitintervalls erhält der Ausgangskreie
Strom als Folge des Spannungsanstieges an der elektrochemischen Zelle. Diese Zeitverzögerung
kann wesentlich größer sein, als mit den herkömmlichen Schaltungen möglich ist.
Diese Zeitverzögerung kann anstelle von Sekunden Minuten dauern.
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Als eine weitere Verwendungsmöglichkeit für eine elektrochemisehe
Zelle nach der Erfindung wird nunmehr eine Digitalableseschaltung beschrieben. Bei
der iigitalableseschaltung wurde die elektro chemische Zelle zuvor als Speicherelement
zum Bestimmen einer bestimmten Menge einer Information benutzt, die in der elektrochemischen
Zelle in Form einer Menge aktiven Materials gespeichert ist, die von einer ersten
Elektrode auf eine zweite Elektrode übertragen wurde. Die Digitalableseeinheit nach
der Erfindung bewirkt ein wiederholten Aufladen und Entladen eines Kondensators
über die elektrochemische Zelle in einer Richtung, bei der das aktive Material von
der zweiten Elektrode zurück auf die erste Elektrode übertragen wird. Puf diese
Weise wird bei Jedem Entladen des Kondensators von der zweiten EleLtrods eine bestimmte
Menge des aktiven Materials entfernt. Durch Zählen der Anzahl der Aufladungen und
Entladungen des Kondensators über das elektrochemische Speicherelement kann die
ur sprüngliche Menge des aktiven Materials auf der arten Elektrode angezeigt werden.
Die Werte der Schaltungelemente der Digitalableseschaltung werden so gewählt, dass
eine direkte
Digitalablesung erfolgt, die die Menge der in der elektrochemischen
Zelle anfangs gespeicherten Information anzeigt.
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Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden
Zeichnungen ist die Big.la, b Je ein Schaltplan für eine erste Ausführungsform der
Erfindung, bei der ein Kondensator über eine elektrochemische Zelle anfangs aufgeladen
und danach entladen wird.
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Pig.2a, b Je ein Schaltplan für dine zweite Ausführungsform der Erfindung,
bei der ein Ladestrom für einen Kondensator durch eine elektroohemische Zelle geleitet
wird, Fig.3 ein Schaltplan für eine Zeitgebungseohaltung mit einer elektrochemischen
Zelle und einem Kondensator, Fig.4 ein Schaltplan für eine Zeitverzögerungsschaltung
mit einer elektrochemischen Zelle und einem Kondensator und die Fig.5 ein Schaltplan
für eine Digitalableseeinheit mit einer elektrochemischen Zelle und einem Kondensator.
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Die in den Figuren la und lb dargestellte Schaltung umfaßt eine elektrochemische
Zelle 10 mit einer ersten Elektrode 12, einer zweiten Elektrode 14 und mit einem
aktiven Material 16. Der einziege Unterschied zwischen den Figuren la und 1b besteht
darin, dass das elektrochemische Speicherelement 10 in die Schaltung umgekehrt eingeschaltet
ist. Bei einer elektrochemißchen Zelle von der Aüsführung, die in der noch schwebenden
Patentanmeldung Nr. 519 634 offenbart ist, stellt die Elektrode 12 die aus einem
aktiven Material bestehende Außenelektrode dar, während die Elektrode 14 die Innenelektrode
darstellt, die mindestens eine Schicht eines inerten Materials aufweist, die das
aktive Material aufnimmt.
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Die in den Figuren 1a und Ib dargestellten Schaltungen enthalten ferner
eine Spannungsquelle 18, einen Kondensator 20 und einen Schalter 22o Bei der Schaltung
nach der Figola wird die elektrochemische Zelle 10 durch Entladen des Kondensators'20
auf der Elektrode 14 mit einer bestimmten Menge des aktiven Materials 16 versehen,
die von der Elektrode 12 aus übertragen wird. Bei der Schaltung nach der Fig.1a
würde der Schalter 22 anfangs in der dargestellten Einstellung stehen. Zu dieser
Zeit wird der Kondensator aus der Stromquelle 18 aufgeladen, wobei die besondere
Aufladung von der Kapazität des Kondensators 20 und der Höhe der Spannung 18 abhängt.
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Danach wird der Schalter 22 in die entgegengesetzte Einstellung umgeschaltet,
so das der Kondensator 20 zur elektrochemischen Zelle 10 parallelgeschaltet wird.
Zu dieser Zeit fließt vom Kondensator 20 aus ein Entladestrom durch die elektrochemische
Zelle 10 und bewirkt eine Übertragung des aktiven Materials 16 von der Elektrode
12 zur Elektrode 14. Die Menge des übertragenen aktiven Materials hängt direkt von
der Ladung auf dem Kondensator ab.
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Hieraus ist zu ersehen, dass die Schaltung nach der FigOla nicht zeitabhängig
ist, da das Aufladen und das Entladen des Kondensators 20 keine Beziehung zur Zeit
besitzt sondern nur zur gesamten Ladung auf dem Kondensator. M.a.W., nach dem vollständigen
Aufladen des Kondensators 20 aus der Stromquelle 20 wird die Ladung auf dem Kondensator
nicht dadurch beeinflusst, dass die Spannung am Kondensator noch einige Zeit aufrechterhalten
wird.
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Ebenso hat die Aufrechterhaltung der Verbindung des Kondensators 20
mit der elektrochemischen Zelle 10 nach dem vollständigen Entladen des Kondensators
keinen Einfluss mehr auf die Übertragung des aktiven Materials zwischen den Elektroden
und der elektrochemischen Zelle. Mit der Schaltung nach der Figo1 a kann daher ohne
großen Aufwand eine genau vorherbestimmte Menge des aktiven Materials zwischen den
Elektroden in einer elektrochemischen Zelle übertragen werden.
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Bsei der Schaltung nach der Figb1b wird vorausgesetzt, dass in der
elektrochemischen Zelle das aktive Material 16 bereits auf die Elektrode 14 übertragen
worden ist. Die elektrochemische Zelle 10 wurde daher zuvor bereits zum Speichern
einer Information benutzt Der Kondensator 20 wird anfangs aus der Stromquelle 18
aufgeladen, wenn der Schalter 22 in der in der Figo1b dargestellten Einstellung
steht. Nach dem Aufladen des Kondensators 20 kann der Schalter umgeschaltet werden,
wobei der Kondensator 20 über die elektrochemische Zelle 10 entladen wird.
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Zu dieser Zeit wird eine bestimmte Menge des aktiven Materials 16
von der Elektrode 14 zur Elektrode 12 zurückübertragen.
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Dieses Auf- und Entladen kann mehrmals wiederholt werden, bis das
gesamte aktive Material zur Elektrode 12 in der elektrochemischen Zelle zurückgeführt
worden ist0 Durch Ermitteln der Anzahl der durchgeführten Aufladungen und Entladungen
kann die Anfangsspeioherung des aktiven Materials 16 auf der Elektrode 14 abgelesen
werden. Die Ausführungsform nach der Fig.1b kann daher als zeitunabhängige Ableseeinrichtung
benutzt werden.
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Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der die Übertragung einer bestimmten Menge des aktiven Materials beim Aufladen eines
Kondensators erfolgt0 Die Schaltungen nach den Figuren 2a und 2b umfassen eine elektrochemische
Zelle 50 mit einer ersten Elektrode 52, einer zweiten Elektrode 54 und mit einem
aktiven Material 56. Die elektrochemische Zelle 5O kann aus der gleichen Ausführung
bestehen, wie im Zusammenhang mit den Figuren la und 1b beschrieben. Die Schaltung
enthält ferner eine Stromquelle 58, einen Kondensator 60, einen Schalter 62 und
einen Widerstand 64.
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Bei der Schaltung nach der Figa2a wird eine bestimmte Menge aktiven
Materials 56 von der Elektrode 52 auf die Elektrode 54 übertragen. Hierbei würde
der Schalter 62 anfang in der in der Fig.
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2a dargestellten Einstellung stehen, wobei der Kondensator 60 und
die elektrochemische Zelle 50 einander nachgeschaltet an die Stromquelle 58 angeschlossen
sind. Durch den Kondensator 60 und die elektrochemische Zelle 50 fließt daher ein
Ladestrom,
der eine Übertragung des aktiven Materials 56 von der
Elektrode 52 auf die Elektrode.54 bewirkt. Ist der Kondensator 60 vollständig aufgeladen,
so fließt kein Strom mehr, und die an der elektrochemischen Zelle 50 liegende Spannung
weist den Wert Null auf, Die Ubertragung des aktiven Materials 56 zwischen den Elektroden
52 und 54 hängt daher nicht von der Zeit ab sondern nur von der Ladung auf dem Kondensator
60, vom Kapazitätswert des Kondensators 60 und von der Höhe der Spannung aus der
Stromquelle 58. Durch Umschalten des Schalters 62 kann -der Kondensator 60 über
den Widerstand 64 entladen werden.
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Bei der Schaltung nach der Fig.2b wird vorausgesetzt, dass die Elektrode
64 bereits eine bestimmte Menge aktiven Materials 56 trägt.Steht der Schalter 62
in der dargestellten Einstellung, so liegt die Stromquelle 56 mit dem Kondensator
60 und der elektrochemischen Zelle 50 in einem geschlossenen Stromkreis.
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Es fließt daher ein Ladestrom, der eine Rückübertragung einer Menge
aktiven Materials 56 zur Elektrode 52 bewirkt. Durch Umschalten des Schalters 62,
wobei der Widerstand 64 zum Kondensator 60 und zur elektrochemischen Zelle 50 parallelgeschaltet
wird, kann der Kondensator entladen werden. Der Schalter 62 kann zum wiederholten
Auf- und Entladen des Kondensators mehrmals betätigt werden, um das aktive Material
von der Elektrode 54 auf die Elektrode 52 zu übertragen. Die Anzahl der erforderli
chen Betätigungen des Schalters 62, bevor das gesamte aktive Material auf die Elektrode
52 zurückübertragen worden ist, stellt die Menge des aktiven Materials dar, die
anfangs auf der Elektrode 54 vorhanden war.
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Hieraus ist zu ersehen, dass mit der den Kondensator und die elektrochemische
Zelle enthaltenden Schaltung nach einem zeitunabhängigen Verfahren ein aktives Material
zwischen den Elektroden in der elektrochemischen Zelle entsprechend der Ladung auf
dem Kondensator übertragen werden kann.
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Die Fig.3 zeigt die Schaltung für eine erste besondere Ausführungsform
der Erfindung mit einem Kondensator und einer elektrochemischen
Zelle.
Die Ausführungsform nach der Fig.3 stellt im besonderen eine Zeitgebungsschaltung
dar, die eine elektrochemische Zelle 100 und einen Kondensator 102 enthält. Die
elektrochemische Zelle 100 weist zwei Elektroden 104 und 106 sowie eine Menge aktiven
Materials 108 auf. Die elektrochemische Zelle 100 kann aus der im Zusammenhang mit
den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführung bestehen. Die Schaltung nach der Fig.3
enthält ferner drei Transistoren 110, 112 und 114 sowie mehrere Widerstände 116,
118, 120, 122 und 124, die die entsprechenden Vorspannungs- und Belastungswiderstände
für die Transistoren darstellen.
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Ferner bestimmen die Widerstände 126 und 128 die Stärke des durch
die elektrochemische Zelle 100 fließenden Stromes. Ein aus einem Widerstand 130
und einem Kondensator 132 bestehender Zeitverzögerungskreis bewirkt eine Zeitverzögerung
zwischen dem Ausgang des Transistors 114 und dem Eingang für den Transistor 110.
Schließlich ist eine Stromquelle 134 für die Schaltung vorgesehen0 Es sei zuerst
angenommen, dass in der elektrochemischen Zelle 100 eine Menge aktiven Materials
108 von der Elektrode 106 auf die Elektrode 104 übertragen worden ist. Besteht die
elektrochemische Zelle aus der in der noch schwebenden Patentanmeldung Nr. 519 634
beschriebenen Ausführung, so würde die Elektrode 104 die innere Elektrode und die
Elektrode 106 die äußere aus dem aktiven Material bestehende Elektrode bilden, Aus
der Stromquelle 134 fließt ein Entladestrom durch den den Widerstand 126, die elektrochemische
Zelle 100 und den Widerstand 128 umfassenden Stromkreis zu einem Bezugspotential,
wie Erde.
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Bei dem Fluß des Entladestromes wird aktives Material 108 auf die
Elektrode 106 übertragen. Nachdem das gesamte aktive Material 108 auf die Elektrode
106 übertragen worden ist, steigt die Spannung an der elektrochemischen Zelle 100
an und macht den Transistor leitend (112). Hierbei wird der Transistor 114 leitend
gemacht. Der Ausgang aus dem Transistor 114 wird über
die Zeitverzöungsschaltung
mit dem Widerstand 130 und dem Kondensator 132 zum Transistor 110 geleitet und macht
diesen leitend. Der Kondensator 102 war bereits aufgeladen worden, und dieser Zustand
wurde von der Stromquelle 134 über den Widerstand 116 aufrechterhalten. Wird der
Transistor 110 leitend, so wird der Transistor 102 über einen Stromkreis entladen,
der den Transistor 110, die elektrochemische Zelle 100, die Basis-Emitter-Übergangsstelle
des Transistors 112 und ein Besugspotential, wie Erde, umfasst. Bei dieser Entladung
des Kondensators 102 erfolgt eine Übertragung einer bestimmten Menge aktiven Materials
108 von der Elektrode 106 auf die Elektrode 104.
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Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 würde der Entladezustand aufrechterhalten
werden,wenn nicht die Zeitverzögerungsschaltung mitdem Widerstand 130 und dem Kondensator
132 wirksamiväre.
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Bei der Aufladung des Kondensators 132 bis auf einen bestimmten Wert
wird der zur Basiselektrode des Transistors 110 geleitete Strom geschwächt, wobei
der Transistor 110 abgeschaltet oder nichtleitend wird. Zu dieser Zeit wird der
Entladestromkreis für den Kondensator 102 geöffnet. Die an der elektrochemischen
Zelle 100 liegende Spannung ist gleichfalls niedrig, da nunmehr beide Elektroden
104 und 106 aktives Material tragen. Aufgrund der an der elektrochemischen Zelle
liegenden niedrigen Spannung werden auch die Transistoren 112 und 114 nichtleitend.
Das aktive Material 108 wird daher wieder zurück auf die Elektrode 106 über einen
Stromkreis Uber einen Stromkreis übertragen, der die Stromquelle 124, den Widerstand
126, die elektrochemische Zelle 100 und den Widerstand 128 umfasst.
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Der bei der Rilokübertragung des aktiven Materials 108 auf die Elektrode
106 fließende Strom kann verhältnismäßig schwach bemessen werden, Bo dass die Übertragung
des gesamten aktiven Materials 108 zurück zur Elektrode 106 wesentlich länger dauert
als die Vbertragung des aktiven Materials 108 zur Elektrode 104 während des Entladens
des Kondensators 102. Der Ausgang aus der Schaltung nach der Fig.3 kann daher am
Widerstand 124 abgeleitet werden und besteht aus einer Reihe von Impulsen, die durch
eine
vorherbestimmte Zeitspanne von einander getrennt sind, die
in Minuten gemessen werden kann im Gegensatz zu Sekunden bei den älteren Zeitgebungsschaltungen.
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Die Figv4 zeigt die Schaltung für eine zweite besondere AusSUhrungsform
der Erfindung mit einer elektrochemischen Zelle und einem Kondensator. Die Schaltung
nach der Oligo4 stellt eine Zeitverzögerungsschaltung dar. Die Schaltung nach der
Fig.4 enthält eine elektrochemische Zelle 200 mit den Elektroden 202 und 204 und
mit dem aktiven Material 206, einen Kondensator 208, einen silikongesteuerten Gleichrichter
210, die Widerstände 212, 214, 216, 218 und 220, eine Diode 222, einen Schalter
224, eine Stromquelle 226 und eine eine Ausgangsbelastung darstellende Spule 228,
die die Spule eines Elektromagneten darstellen kann.
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Bei der Schaltung nach der Fig.4 ist der Kondensator 208 anfangs entladen
und würde über die Widerstände 214, 216 und 220 entladen gehalten werden. Der Schalter
224 wird so eingestellt, dass die Stromquelle 226 mit dem Kondensator 208 verbunden
wird. Der Kondensator 208 wird nunmehr aus der Stromquelle 226 über einen Stromkreis
aufgeladen, der den Widerstand 216, die elektrochemische Zelle 200, die Eiode 222
und ein Bezugspotential, wie Erde, umfaßt0 Ein Teil des Ladestromes fließt auch
durch den Widerstand 220 zum Bezugspotentialpunkt, wie Erde; jedoch kann der Wert
des Widerstandes 220 so groß bemessen werden, dass dieser Teil des Ladestromes verhältnismäßig
schwach ist.
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Während des Aufladens des Kondensators 208 fließt der. Strom durch
die elektrochemische Zelle in einer Richtung, bei der aktives Material 206 von der
Elektrode 202 auf die Elektrode 204 übertragen wird. Hierbei kann eine verhältnismäßig
große vorherbestimmte Menge aktiven Materials übertragen werden. Nachdem der Kondensator
208 aufgeladen worden ist, fließt durch die elektrochemische Zelle 200 in der Richtung
kein Lade strom mehr, bei der aktives Material von der Elektrode 202 auf die Elektrode
204 übertragen wird.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei geschlossenem Schalter
224 aus der Stromquelle gleichfalls ein Entladestrom durch den Widerstand 218, die
elektrochemische Zelle 200 und den Widerstand 220 fließt. Der Fluß dieses Entladestromes
erfolgt in einer Richtung, bei der aktives Material von der Elektrode 204 auf die
Elektrode 202 übertragen wird. Dieser Entladestrom ist verhältnismäßig schwach;
jedoch wird nach einiger Zeit das gesamte aktive Material von der Elektrode 204
auf die Elektrode 202 übertragen.
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Nach dem Entfernen des gesamten aktiven Materials von der~Eléktrode
204 steigt die an der elektrochemischen Zelle~200 liegende Spannung an, wobei der
silikongesteuerte Gleichrichter 210 leitend wird mit der Folge, dass ein Belastungsstrom-durch
einen Verbraucher, z*Be durch die Spule 228 eines Elektromagneten fließt. In der
elektrochemischen Zelle wurde daher eine Menge aktiven Materials von einer Elektrode
auf die andere übertragen, welche Menge der Aufladung des Kondensators entspricht
und von der Zeit unabhängig ist. Die-Zeitspanne, bis der silikongesteuerte Gleichrichter
aktiviert wird, kann ziemlich lang sein und Minuten betragen anstelle von Sekunden
bei älteren derartigen SchaltungenO Wird bei der Ausführungsform nach der Fig.4
der Schalter 224 betätigt, so kann es Minuten dauern, bis durch die Spule 228 des
Elektromagneten ein Strom fließt.
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Die Fig.5 zeigt eine dritte besondere Ausführungsform der Erfindung
mit einem Kondensator und einer elektrochemischen Zelle.
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Die Schaltung nach der Fig.5 stelle eine Digitalableseeinheit dar.
In die Schaltung kann eine äußere elektrochemische Zelle 300 eingeschaltet werden0
Die Zelle weist zwei Elektroden 302 und 304 auf, von denen die Elektrode 304 eine
Menge aktiven Materials 306 trägt, die eine gespeicherte Information darstellt.
Mit Hilfe eines Schalters 310 kann ein Kondensator 308 abwechselnd mit einer Stromquelle
und mit der elektrochemischen Zelle 300 verbunden werden. In den Entladestromkreis
des
Kondensators sind ferner zwei Widerstände 312, 314 und eine
Diode 316 eingeschaltet. Es ist eine Stromquelle mit regulierbarer Spannung vorgesehen,
die ein Potentiometer 318, einen Widerstand 320, eine Zenerdiode 322, zwei Dioden
324, 326 und einen Widerstand 328 aufweist.
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Der Schalter 310 wird von einem Elektromagneten 330 betätigt.
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Die Schaltung nach der Fig.5 enthält ferner ein Flip-flop, das als
Zähler mit einer Frequenz von ungefähr 10 Hz wirkt. Das Flip-flop besteht aus den
Transistoren 332, 334, den Dioden 336, 338, den Kondensatoren 340, 342 und aus den
Wideratänden 344, 346, 348 und 350.
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Die Schaltung nach der Fig.5 enthält ferner einen Verstärker, der
aus zwei Transistoren 354, 356, den Vorspannungsqiderstän den 352, 358 und aus einem
Kondensator 353 besteht. Ein Widerstand 355 verbindet das Plip-flop mit dem Verstärker.
Perner ist noch eine Schmitt-Triggerschaltung vorgesehen, die aus den Transistoren
360, 362 und den Widerständen 364, 366, 368, 370, 372 und 274 besteht. Es ist ein
8pannungsfühlkreis mit den Transistoren 376, 378, den Widerständen 380, 382, 384
und 386 sowie mit einem Kondensator 388 vorgesehen.
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Perner.enthält die Schaltung nach der Pig.5 einen Verzögerungskreis
mit dem Widerstand 390 und dem Kondensator 392, der eine Zeitverzögerung von ungefähr
10 ßekunden bewirkt. Ein Transistor 394 dient zum Kurzschlieen des rlip-flops und
des Transistors 396. Perner bilden die Widerstände 398, 400, 402, 404, 406, 408
und 424 sowie die Dioden 410 und Xt2 einen Teil der Digitalableseeinriohtung. Ferner
sind vorgesehen ein Einsohalter 414, ein Aus schalter 416, ein Außgangsmesser 418
und die Lampen 420 und 422.
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Es sei angenommen, dass in der elektroohemisohen Zelle 300 das gesamte
aktive Material von der Elektrode 304 auf die Elektrode 302 übertragen worden ist,
so dass die Spannung an der elektrochemischen Zelle ansteigt mit der Folge, dass
auch die an der
BaKiselektrode des Transistors 376 liegende Spanung
ansteigt.
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Der Transistors 376 macht daher die Transistoren 378 und 394 leitend.
Wenn der Transistor 394 leitet, so wird der Flip-flop-Zähler im wesentlichen kurzgeschlossen.
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Bevor der Transistor 394 kurzgeschlossen wurde, war der Plipflop-Zähler
mit den Transistoren 332 und 334 mit einer niedrigen Frequenz von undgefähr 10 Hz
wirksame Hierbei surden die einen Verstärker bildenden Transistoren 354, 356 betrieben,
wobei der Ausgang zum Betätigen des Messinstrumentes 318 und des Elektromagneten
330 benutzt wurde. Hieraus geht hervor, dass der Zähler 318 erst dann mit einer
Frequenz von ungefähr 10 Hz arbeitet, wenn das gesamte aktive Material von der Elektrode
304 auf die Elektrode 302 übertragen worden ist. Zu derselben Zeit, in der der Zähler
mit einer bestimsten-Geschwindigkeit betätigt wird, betätigt auch der Elektromagnet
330 den Schalter 310 mit derselben Geschwindigkeit. Der Kondensator 308 wird daher
über die elektrochemische Zelle mit derselben Frequenz aufgeladen und dann entladen,
mit der der Zähler 318 betätigt wird. Wenn das aktive Material entsprechend dem
wiederholten Auf- und Entladen des Kondensators 308 von der Elektrode 304 auf die
Elektrode 302 übertragen wird, so werden die sich wiederholenden Vorgänge vom Zähler
418 gezählt Ist das gesamte aktive Material auf die Elektrode 302 übertragen worden,
so schaltet der Spannungsfühlkreis mit den Transistoren 376, 378 den Zähler mit
den Transistoren 332, 334 ab, indem der Transistor 394 leitend gemacht wird.
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Angenommen, es befindet sich auf der Elektrode 304 eine bestimmte
Menge aktiven Materials, und die elektrochemische Zelle 300 ist in die Ableseeinrichtungeingeschaltet,
so wird die Ableseeinrichtung anfangs dadurch in Betrieb gesetzt, dass der Sinadhalter
414 betätigt wird. Zu dieser Zeit wird der Kondensator 392 aufgeladen. Die Schmitt-Triggerschaltung
mit den Transistoren 360, 362 hält den Transistor 396 leitend, und ferner wird die
Lampe 422 mit Strom versorgt. Der Kondensator 392 wird von dem Stromfluss aus dem
Transistor 356 und durch die Diode 412 aufgeladen gehalten.
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Ist der Flip-floZähler mit den Transistoren 332 und 334 abgeschaltet,
so führt der Transistor 356 dem Kondensator 392 keinen Strom mehr zue Zu dieser
wird der Kondensator 392 entladen und die SchmittTriggerschaltung mit den Transistoren
360 und 362 abgeschaltet. Hierbei wird zugleich der Transistor 396 nichtleitend,
und die Lampe 422 wird ausgeschaltet. Bei dem Abschalten der Schmitt-Triggerschaltung
steigt die Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors 396 an mit der Balge,
dass der Transistor 394 leitend gehalten wird.
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Nachdem einmal der Kondensator 592 -eine bestimmte Zeit lang entladen
worden ist, so dass die Schmitt-riggerschaltung abgeschaltet ist, so hat ein Absinken
der Spannung an der elektrochemischen Zelle keine Wirkung mehr. Bleibt ein Spannungsanstieg
an der elektrochemischen Zelle länger erhalten als die Zeitverzögerung, die von
dem Kondensator 394 und dem Widerstand 390 bewirkt wird, so wird die Ableseeinrichtung
abgeschaltet gehalten, und der Zähler zählt nicht mehr. Sinkt die Spannung an der
elektrochemischen Zelle nach einem Anstieg wieder ab, bevor die Zeitverzögerung
abgelaufen ist, so setzt die Ableseeinrichtung die Zählung fort. Diese Zeitverzögerung
ermöglicht die Ablesung von elektrochemischen Zellen, an denen ein falscher Spannungsanstieg
erfolgt ist, bevor das gesamte aktive Material auf die Elektrode 302 übertragen
worden ist.
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Mit der Einrichtung nach der Erfindung kann eine vorherbestimmte Menge
eines aktiven Materials zwischen Elektroden in einer elektrochemischen Zelle entsprechend
der Ladung auf einem Kondensator übertragen werden. Diese Ubertragung ist von der
Zeit unabhängig, einfach, genau und zuverlässig. Bs wird darauf hingewiesen, dass
die Erfindung in bezug auf besondere Ausführungsformen beachrieben wurde, und dasfl
Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, Die Erfindung selbst wird
daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.
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Patentansprüche