Измеритель перенапряжений электрохимических процессов Советский патент 1988 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для исследования кинетики электрохимических процессов.

Цель изобретения - повышение точности и автоматизации измерений. На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит управляемый генератор 1 импульсов, цифроаналого- вый преобразователь 2, выход которого соединен с вторым входом аналогового ключа 3, первый вход которого подключен к выходу генератора 1, блок 4 ввода-вьшода информации, преобразователь 5 напряжение - ток, вход которого соединен с вькодом ключа 3, а вькод подключен к рабо- чему электроду электрохимической ячейки 6. Первый вход фиксатора 7 соединен с выходом ключа 3, второй вход - с выходом блока 8 выборки-хра нения. Вход блока 8 подключен к вы- ходу преобразователя 5. Вход буферного усилителя 9 подключен к электроду сравнения ячейки 6. Первый вход дифференциального усилителя 10 соединен с выходом блока 8, второй вход - с выходом источника 11 опорного напряжения. Первый вход синхронизатора 12 подключен к выходу генератора 1, второй вход - к выходу фиксатора 7, первьй выход - к входу . управления фиксатора 7, второй вы- ,од - к входу управления блока 8. Первый вход аналогового коммутатора 13 соединен с выходом усилителя 10, второй вход - с выходом источника 11, третий вход - с выходом усилителя 9 , а йыход - с входом аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 14, вход запуска которого соединен с третьим выходом синхронизатора 12, информационные выходы и выход готовности данных подключены к входам блока 15 управления, выполненного н ЭВМ. Другие входы блока 15 подключены к выходам блока 4 ввода-вьшода информации. Входы блока 4, входы запуска и сброса синхронизатора 12, вход управления коммутатора 13, а также входы преобразователя 2 и генератора 1 подключены к соответст- вующим входам блока 15.

Фиксатор 7 выполнен на усилителе 16 с параллельно включенными резистром 17 и ключом 18 в цепи обратной

связи, вход усдпителя 16 соединен с первым и вторым входами фиксатора 7 через конденсаторы 19 и 20 соответственно, а выход - с одним из входов компаратора 21, другой вход которого подключен к источнику порогового напряжения. Выход компаратора 21 подключен к выходу фиксатора 7 , а управляющий вход ключа 18 - к входу управления фиксатора 7

Синхронизатор 12 выполнен на D-триггерах 22 и 23, С-входы которых соединены с первым и вторым входами синхронизатора соответственно, D-входы - с шиной логической единицы R-входы - с входом сброса синхронизатора, а выходы - с первЕ м и вторым выходами синхронизатора соответственно, выход D-триггера 23 соединен также с первым входом элемента ИЛИ 24, другой вход которого подключен к входу запуска синхронизатора, а выход - к третьему выходу синхронизатора.

Блок 15 управления выполнен на ЭВМ, к каналу 25 которой подключе- ы интерфейсный блок 26, центральный процессор 27, оперативное запоминающее устройстов (ОЗУ) 28 и перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ) 29. Входы и выходы интерфейсного блока 26 подключены к соответствующим входам и выходам блока 15.

Устройство работает следующим образом.

С блока 4 ввода-вьшода в диалоговом режиме исходные данные эксперимента вводятся в ОЗУ 28 ЭВМ 15. Функционирование устройства в диалоговом и автоматическом режимах осуществляется по программам, записанным в ППЗУ 29. Центральный процессор 27 по каналу 25 осуществляет управление работой указанных блоков ЭВМ 15. Затем осуществляется запуск автоматического режима работы устройства. ЭВМ 15 формирует сигнал Сброс который, поступая в синхронизатор 12, сбрасьшает триггеры 22 и 23 в нуль, цифровой код управления коммутатором 13, который подключает источник 11 опорного напряжения к входу АЦП 14. По команде Пуск,формируемой ЭВМ 15, осуществляется запуск АЦП 14. По окончании процесса преобразования АЦП 14 выдает сигнал

Готов готовности данных, ЭВМ счи- тьшает информацию с выхода АЦП 14 и эаписьюает ее в ОЗУ 28. Аналогично происходят измерение и запись полученного кода в ОЗУ 28 потенциала электрода сравнения Uj электрохимической ячейки 6, который через буферный усилитель 9 с высоким входным сопротивлением и аналоговый коммутатор 13 подключается на вход АЦП 14 на след тощем этапе измерения Далее ЭВМ 15 с помощью коммутатора 13 подключает на вход АЦП I4 выход дифференциального усилителя 10. Происходит измерение начального потенциала рабочего электрода UH электрохимической ячейки 6, при этом блок В работает в режиме слежения, т.е. потенциал на его выходе Uj повторяет потенциал на его входе Uj (фиг.2в,д). На вход АЦП 14 поступает потенциал и, (фиг.2д): UCA. -UH ), где и on опорное напряжение источника 11. Этот потенциал преобразуется в цифровой код и записьюа- ется в ОЗУ 28. Далее управляемый генератор 1 импульсов, цифроаналого- вый преобразователь 2 и аналоговый ключ 3 формируют на входе преобразователя 5 напряжение - ток (фиг.2а,6) импульс напряжения , амплитуда U, и длительность Г которого задается цифровым кодом, формируемым интерфейсным блоком 26.

Преобразователь 5 формирует импульс тока, протекающий через находящийся в состоянии равновесия рабочий электрод СРЭ) электрохимической ячейки 6. Возникающее при этом изменение потенциала Uj (фиг.2в) характеризует электродную поляризацию, протекающую с момента включения поляризующего тока. При прерьшании тока (интервал t,- tJ,фиг.2в) омическая составляющая электродной поляризации спадает со скоростью выключения тока (участок t - t4), в то . время как спад истинной электродной поляризации происходит в течение более длительного времени (участок спада t - t). Измерение потенциала и в момент t, (и ) позволяет опD С

ределить зависимости потенциала от величины пропускаемого тока через рабочий электрод тока. На бсновании этого можно построить поляризационные кривые. Рассмотрим, каким образом происходит измерение потенциала Uj (фиг.2в). В момент tj (фиг.2а по фронту импульса U, формируемого генератором 1, срабатьгоает триггер 22 синхронизатора 12, который сигналом и j., (фиг . 2е) размыкает ключ 18 в фиксаторе 7, фиксатор 7 начинает сравнивать скорости изменения сигналов и .J (и 5 - выходное напряжение ключа 3) и Uj (фиг.2б,в),причем блок 8 выборки-хранения находится в режиме слежения (Ug Uj). Так как элементы I6-20 фиксатора 7 представляют собой суммирующий дифференциатор, то выходной сигнал усилителя 16

и

U

- .

где К,,К - постоянные времени по

первому и второму входам фиксатора 7.

Так как производная ----7 О,

at

dU3

а --- ; О параметры конденсато- dt

ров 19 и 20 выбраны такими, чтобы выполнялось следующее условие:

dUe,

dU, dt

V i V - n K, , K, - 0.

Выходной сигнал U, поступает на вход компаратора 21, где происходит его сравнение с пороговым напряжением U. В момент t компаратор 21 срабатьшает и переключает триггер 23, который формирует сигнал U,-,.} (фиг.2ж), переводящий блок 8 из режима слежения в режим хранения. На

выходе блока 8 фиксируется потенциал U;. . Одновременно происходит запуск АЦП 14 сигналом U,j., с третьего выхода синхронизатора 12. На вход АЦП 14 поступает потенциал U,,45

Ut,, - lUcl.

После преобразования в цифровой код Аид 14 формирует сигнал готов- ности данных, ЭВМ 15 считьшает и

записьшает этот код в ОЗУ 28, формирует уадпульс Сброс (фиг.2з), после чего цикл работы устройства повторяется. ЭВМ 15 вычисляет истинные величины перенапряжений ч электрохимического процесса по формуле

1- Ujc и - U(.. Вычисленное значение 1 вьшодится через блок 4.

Формула изобретения

Измеритель перенапряжений электрохимических процессов, содержащий электрохимическую ячейку, электрод сравнения, который подключен к входу буферного усилителя, преобразователь напряжение - ток и генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и автоматизации измерения, в него введены аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, блок ввода- вьшода информации, аналоговый ключ, фиксатор, блок выборки-хранения, дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, синхронизатор и аналоговый коммутатор, причем генератор импульсов выполнен управляемым, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового ключа, второй вход этого ключа соединен с выходом управляемого генератора импульсов и первым входом синхронизатора, а выход - с входом преобразователя напряжение - ток и первым входом фиксатора, выход преобразователя напряжение - ток соединен .с рабочим электродом электрохимической ячейки и входом блока выборки- хранения, вьпсод которого подключен

к первому входу дифференциального усилителя и второму входу фиксатора, выход фиксатора соединен с вторым

входом синхронизатора, первый выход синхронизатора подключен к входу управления фиксатора, второй выход - к входу управления блока выборки-хранения, третий выход - к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам блока управления, соответствующие выходы которого подключены к

входам блока ввода-вывода информации, входам запуска и сброса синхронизатора, входу управления аналогового коммутатора, входам цифроаналогового преобразователя и управляемого

генератора импульсов, вторые входы блока управления соединены с выходами блока ввода-вывода информации, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу аналогового

коммутатора, первый вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя,второй вход - к выходу источника опорного напряжения и второму входу дифференциального усилителя,

а третий вход - к выходу буферного усилителя, вспомогательный электрод электрохимической ячейки подключен к общей шине устройства.

фие. 2

Изобретение относится к электро- измерительной технике. Измеритель содержит управляемый генератор 1 им- . пульсов, преобразователь 5 напряжение - ток и буферный усилитель 9. ., iB устройство введены цифроаналЬго- вый преобразователь 2, аналоговый ключ 3, блок 4 ввода-вьшода инфор- (мации, фиксатор 7, блок 8 выборки- хранения, дифференциальный усилитель 10, источник 1. опорного напряжения, синхронизатор 12,, аналоговый коммутатор 13 и аналого-цифровой преобразователь 14. При этом фиксатор 7 выполнен на усилителе I6, резисторе 17, ключе 18, конденсаторах 19 и 20 и компараторе 21. Синхронизатор 12 включает D-триггеры 22 и 23 и элемент ИЛИ 24. Блок 15 управления выполнен на ЭВМ, к каналу 25 которой подключены интерфейсный блок 26, центральный процессор 27, оперативное запоминающее устройство 28 и перепрограммируемое запоминающее устройство 29. Измеритель позволяет повысить точность и автоматизировать процесс измерений. 2 ил. с (Л со о Од to 1 Фиг.1