Измеритель импеданса Советский патент 1983 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для изучения свойств электрических объектов при одновременной поляризации их постоянным током.

Известен измеритель импеданса, в котором производится одновременно задание измерительного режима по постоянному и Переменному току, представляющий собой сочетание моста переменного тока с ручнъзм уравновешиванием и устройства задания и регулирования программно-изменяющегося постоянного напряжения (

Недостатком этого устройства лвляетсянизкая точность измерения.

Известен измеритель импеданса, содержащий последовательно соединенные первые повторитель напряжения и вычитающий блок, фильтр нижних частот и измерительный преобразователь напряжение-ток и повторитель напряжения, задатчик программно-изменяющегося постоянного напряжения, соединенньй с вторым вкодом первого вычитающего блока, генератор гармонических колебаний, подключенный к опорному входу блока фазочувствительнызс детекторов, и отсчет ные блоки 2 .

Недостатками известного устройства являются низкие точность и быстродействие в области низких частот из-за необходимости использования цепей разделения постоянной и переменной со ставляющик напряжения, снимаемого с объекта измерения..

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измер(итель импеданса, содержащий последовательно соединенные первые повторитель напряжения и вычитающий блок, фильтр нижних ча стот и первые измерительный преобразователь нагфяжение-ток и повторитель , вторые измерительный преобразователяь напряжение-ток и повторитель напряжения, задатчик программно-изменяквдегося постоянного напряжения, соединенный о вторьм входом первого вычйтакадего блока, генератор гармовическ-их колебаний, подключенный к опорному входу блока фаэочувствительиых летекторов, и отсчетные .блоки, введены три фиксатора уровня, четЕфе ключа и тактовый гевератс, причем вход второго измвритель(К5Го преобразователя нарряже11Ив-ток ключ подеоеяйнен к вшсояу генератора гармонкческйх колебаний или к общей шине, выход второго повторителя налряже«111Я соединеи с п&рвам входом второго вычитавшего блока непосредственно, а с вторым - через второй ключ и первый фиксатор уровня, выход втррого вычитающего блока соединен с сигнальным входом блока фазочувствительных детекторов, выходы которого через третий и четвертый ключи и соответственно через второй и третий фиксаторы уровня соединены с отсчетными блоками, управляющие входы ключей соединены с выходом так0тового генератора.

На чертеже представлена блок-схема измерителя импеданса.

Измеритель импеданса содержит исследуемый объект, в частности электрохимическую измерительную ячейку 1 с исследуейым раствором, в который погружены электрод сравнения 2, вспомогательный 3 рабочий 4 и поляризующий 5 электроды. Последний из них Ьпя искл1рчения попадания образумцихся на нем продуктов реакции в объеме раствора отделен от основного объема ячейки пористой диафрагмой 6.

Блок автоматического регулирования потенциала содержит последовательно соединенные первые повторитель напряжения 7 и вычитающий блок 8, фильтр нижних частот 9 и первый измерительный преобразователь напряжение-ток 10, причем рабочий

0 электрод 4 подключен к общей шине измерителя, вход первого повторителя напряжения 7 - к электроду сравнения 2, а выход первого измерительного преобразователя напряжение-ток - к поляризующему электроду 5, а второй, вход вычитакяцего блока 8 - к задатчику программноиэменяющегося постоянного напряжения .11. Вспомогательный электрод 3 через второй измерительнбзй преобразователь напряжениеtoK 12 и первый ключ 13 подключен к генератору гармоничес ких колебаний 14 или к общей шине, а через второй повторитель напряжения 15 и вычитакхций блок 16 - к сигнальному входу блока фазочувствительных детекторов 17. Второй вход вычитаннцего блока 16 соединен с выходом Повторителя напряжений 15 через первый фиксатор уровня 18 и второй ключ 19. Выходы фазочувствительных детекторов 17 соединены соответственно через третий 20 и четвертый 21 ключи, второй 22 и третий 23 фиксаторы уровня с отсчет ными блоками 24 и 25. Опорный вход блока фазочувствительных детекторов 1 подключен к генератору гармонических колебаний 14, а управляющие входы ключей 13, 19, 20 и 21 к тактовому генератору ,

Измерительный сигнал К снимается с участка ячейки между вспомога;тельньм 3 и рабочим 4 электродами и всегда содержит некоторую постоянную составляющую (i , а при поляризации рабочего электрода переменным током - и переменную составляющую

и.

где Ug - напряжение генератора гармонических колебаний 14; К - коэффициент передачи измерительного преобразователя напряжение-ток 12; импеданс электрохимической ячейки, .практически равный импедансу границы рабочий электрод т раствор. Измеритель импеданса работает в двухтактном режгше. В одном из тактов - такте запоминания постоянной составляющей измерительного сигнала U - ключ 13 подсоединяет вход изм ительного преобразоваетля напряжение-ток 12 к общей шине, ключ 19 открыт и соединяет выход повтори. теля напряжения 15 .с входом фиксатора уровня 18, а ключи 20 и 21 закрыты. При этом переменная составляющая в измерительном сигнале U отсутствует и в фиксатор уровня 18 поступает лишь постоянная составляющая напряжения Од t U : , Напряжение на выходе вычитающего блока 16 равно нулю-, так как

,-(/,g-U,-U.aU,,U.

В следующем такте - такте измерения импеданса - ключ 13 соединяет выход, источника гармонических колебаний 14 с входом измерительного пробразователя 12, ключ 19 закрыт, а ключи 20 и 21 открыты/ напряжение генератора гармони 1еских колебаний 1400 поступает через ключ 13 в измерительный преобразователь 12, где и него формируется ток, протекающий через участок ячейки, находящийся между вспомогательным 3 и рабочим 4 электродами, причем величина зтого тока не зависит от значения импен-данса Zjj упомянутого участка ячейки напряжение , поступающее на вход .повторителя напряжения 15, и напряжение на выходе вычитающего устройства в этом такте коммутации равны

,-; ,-0,fl U,,

гдеди и;-иг-1 Цв значение постоянной составляющей напряжения Ufl , запомненное в фиксаторе тровня 18 в конце предыдущего

0 такта.

-, При неизменном напряжении задатчика 11 в течение рассмотренных двух тактов напряжения(Jg vtU равны и следовательно ill 0 ; и -tflji , т.е.

5 на вход блока фазочувствительных детекторов 17 поступает чрстый гармонический сигнал б( О (, который здес4) раскладывается на действительную и мнимую составляющие относительно напряжения UQ , поступа0ющего на опорный вход этого блока. Действительная и мнимая составляющие напряжения 0 с выхода блоке фазочувствительных детекторов по5ступают соответственно через ключи 20 и 21 и фиксаторы уровня 22 и 23 в отсчетные блоки 24 и 25, пронормированные в размерности сопротив- ления. Затем операции повторяются, в частности, наступает следующий

0 такт - такт запоминания постоянной составляющей Ug .В течение этого такта может быть задано новое значение потенциала рабочего электрода путем установления соответству5ющего значения напряжения на выходе задатчика 11, чему соответствует и новое значение постоянной составляющей напряжения (Jfl , запоминаемое фиксатором уровня 18.-Заме0тим, что в этом такте благодаря вве:; дению ключей 20 и 21 и фиксаторов уровня 22 и 23 на выходах последни:; сохраняются значения действительной и мнимой срставляющи с напря5 жения и .запомненные в конце такта измерения импеданса. Этим исключается сброс показаний отсчетных блоков 24 и 25 в такте запоминания постоянной составляющей напряженияU .

ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДАНСА, содержащий последовательно соединенные, первые повторитель напряжения и вычитающий блок, фильтр нижних .частот и первью измерительный прео ; раэователь напряжение-ток и пов(тЪритель,..вторые измерительный преобразователь напряжение-ток и повторитель напряжения, задатчик рограммно-измейяющегося постоянного напряжения, соединенный с вторым входом первого в питаищего .блока, генератор гармонических колебаний. подключенный к опорному входу блока фазочувствительных детекторов, и отсчетные блоки, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены три фиксатора уровня, четыре ключа и тактовый генератор, причем вход второго измерительного преобразователя напряже 1ие-ток через первый ключ подсоединен к выходу генератора гармонических колебаний или к общей шине, выход второго повторителя напряжения соединен с первьм входом второго вычитающего блока непосредственно, а с вторым - через вторсЛ ключ и первый фиксатор уровня, выход второго вычитающего блока соединен с сигнальным входом блока фазочувствительных детектсфов, выходы которого через третий ч четвертый ключи и соответственно через второй и третий фиксаторы уровня ;соединены с отсчетными блоками, управляющие входы ключей соединены ,с выходом тактового генератора. СП а: ф