电极修复系统机械结构设计

摘 要：随着电极使用的频率越来越大，其误差也逐渐加大。为使电极恢复其精度，设计了电极修复系统。系统机械结构由两部分组成，一部分实现电极的上下移动，另一部分实现转盘的转动以使转盘上的容器变换至电极位置，进行电极的清洗或修复，移动和转动这两种运动形式互不干涉，从而实现任意时间设置下电极清洗与修复。

关键词：电极修复；结构设计；移动；转动

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.251

1 前言

敏感梯度、响应速度、读数重复性等是电极重要的性能指标，电极的重复使用会导致电极表面发生氧化还原反应或表面退化，从而给测量数据带来很大误差，影响测试结果。目前，电极修复即使用某种方法使其能恢复到原样是解决这一问题的主要方法。

通过对国内外电极修复的研究发现，人们一般采用化学法、物理法或交变电场方法进行修复。比如在电极表面涂上一层物质，以自发愈合电池工作过程中产生的细微裂纹，但这一方案成本较高；有的是简单地用修复液修复，但却没有完成电极清洗这一过程。基于以上分析，提出了电极自动修复系统，其机械结构的设计能够满足电极的清洗、修复和测试等过程，以恢复电极的精度，使在实验时能够保持统一的基准[1]。

2 电极修复系统结构方案设计

2.1 系统的功能分析

系统应该能在单片机控制下完成三个功能即清洗、修复和复位测试。用于清洗、修复和复位测试的溶液分别装在三个容器中。这样，电极需要完成的动作就包括这样几部分：（1）进入清洗液容器进行清洗然后移出并转换至修复液容器位置；（2）进入修复液容器进行修复然后移出并转换至测试液容器位置；（3）进入测试液容器进行测试然后移出并转换至清洗液容器位置；如此反复。总结电极的运动可归纳为：水平面内的自由位置变换和竖直平面内的自由位置变换，而且这两种位置变换互不干涉。这样，即可达到在单片机控制下的自动电极清洗和修复过程。

2.2 系统的方案分析与设计

运动的形式有两种，一是移动，一是转动。位置的变换可通过移动、转动或者移动与转动的复合运动来实现。本设计中，水平面内的位置变换通过绕一中心的转动来实现，即将三个容器分布在同一圆周上；竖直平面内的自由位置变换通过直线移动来实现。由于这两种运动各自独立，因此，可将这两种运动安置于不同的物体上。

在常用机构中，螺杆传动不仅能实现电极的移动，而且节省空间，故本设计采用螺杆传动。转盘的转动则有齿轮实现。最终确定的方案如图1所示[2]。

电机带动齿轮1转动，齿轮1与螺杆2固联，螺杆2转动，实现螺母3的移动，螺母3上安装有实验用的电极4，从而实现电极4的上下移动。螺母下面有转盘6，上面安装有三个可拆卸盛装溶液的容器5，通过另一电机的带动，可使齿轮8转动，从而实现与齿轮8同轴的转盘6转动。工作时，在单片机控制的电机作用下，电极向下移动进入清洗液容器进行清洗，然后向上移动，退出容器；接着，另一个电机带动转盘转过120°，使修复液容器处于电极下，电极重复向下以及向上的过程，完成修复；转盘再转过120°，测试液容器转至电极下，电极完成测试过程；接着，转盘再转过120°，一个循环结束，另一个循环开始。如此反复。

3 机械结构参数设计

按照电极清洗装置工作要求，电极完成一次向下、向上时间分别为3s，根据电极高度确定的螺母行程为60mm，选择电机转速为1500r/m，传动比为5，传动螺旋螺距为4mm。如果选择直流减速电机比如日本TAKANAWA 7字型金属齿轮直流减速电机，其转速可控制在160r/m，转速比较低，可直接使其与螺杆联接。根据工作要求，转盘每转动120°需要2s，齿轮8的取舍也可以根据所选择电机来定[3]。

4 总结

根据需求对电极修复系统的机械结构进行了设计，该结构由两部分组成，分别完成电极的上下移动和容器的绕圆周转动，两种运动互不干涉，因而可以实现清洗、修复及间隔时间的任意设置，而且设计结构简单，易于操作，不足的是，结构的相关参数有待在实验中给予优化。

参考文献：

[1]周友泉.甘汞参比电极的修复方法[J].临床检验杂志，1994（02）：1-2.

[2]李秀珍.机械设计基础[M].第四版.北京：机械工业出版社，2004：59-256.

[3]邱怀宣.机械设计[M].第四版.北京：高等教育出版社，2002.

作者简介：夏鹏（1996-），男，安徽芜湖人，本科在读，主要从事农业机械方面的学习与研究。

*为通讯作者。