Высокочастотный измеритель импеданса электрохимических систем Советский патент 1988 года по МПК G01R27/02 

4

СдЭ

to

4

Изобретение относится к электронэ мерительчой технике и может использовано для изучения свойств электрохими-ческих систем.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расшчрение области рабочих частот.

На чертеже приведена функциональная электрическая схема измерителя.

Измеритель содержит последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний и электронно-управляемый аттенюатор 2, к выходу которого через соединительньй кабель 3 подключается электрохимическая ячейка 4 вспомогательным 5 и рабочим 6 электродами, причем рабочий электрод пропуп;ен через тороидальный сердечник трансформатора 7 тока.

К участку ячейки между поляризующим электродом 8 и общим проводом подключен выход потенциостата 9, по- тенциальньй вход которого соединен с электродом 10 сравнения. Пористая диафрагма 11 препятствует прохожде- , нию продуктов реакции, образующихся на поляризукидем электроде 8 при протекании постоянной составлякщей тока в основной объем ячейки. Вторичная обмотка трансформатора 7 тока через измерительный преобразователь 12 тока в напряжение, первый формирователь 13 сигнала промежуточной частоты, состоящий из последовательно соединенных смесителя 14, фильтра 15 нижних частот и усилителя 16 промежуточной частоты, подключена к опорному входу блока 17 фазочувстви тельных детекторов и входу цепи 18 автоматического регулирования, соединенной выходом с управля ощим входом аттенюатора 2. Сигнальньш вход блока 17 через вторые формирователь 19 сигнала промежуточной частоты,, измерительный преобразователь 20 то в напряжение и трансформатор 21 тока, а также образцовый пассивный двухполюсник 22 и повторитель 23 наряжения подключен к вспомогательном электроду.

Формирователь 19 содержит смеситель 24, фильтр 25 нижних частот и усилитель 26 промежуточной частоты.

Гетеродинные входы смесителей 14 и 24 формирователей 13 и 19 соединены с выходом второго генератора 27 гармонических колебаний.

Изиерител1 работает следующим образом.

генератора 1 через аттенюатор 2 и кабель 3 прикладывается к участку ячейки 4 мело .у электродами 5 и 6„ Ток Тр, протекающий через электрод 6j воспринимается вторичной обмоткой трансформатора 7 и преобразуется преобразователем 12 в напряжение, которое поступает на сигналь- ньй вход смесителя 14. На гетеродинный вход смесителя 14 поступает напряжение генератора 27. Рабочая частота генератора 27 f сдвинута по отношению к частоте генератора 1 f на величину f р const, при этом f|,p ; , Напряжение промежуточной частоты выделяется фильтром 15, усиливается усилителем 16 и поступает на опорный вход блока 17 и вход це-- пи 18. Эта цепь производит сравнение модуля выходного напряжения формирователя 13, равного с ее опорным напряжением Е g и при наличии их неравенства формирует усиленный разностный сигнал, который, воздействуя на аттенюатор 2, устанавливает на его выходе такое напряжение, что, пренебрегая погрешностью статизма петли автоматического регулирования для измерительной цепи, справедливо соотношение

и

(3

РМЙ

(1)

где и,, ipK,K,,K,K,jK, ipK,

40

.

(2)

где K,j. , KT,

К , , К , К ц - коэффициенты передачи соответствующих узлов измерителя -t - вносимьй паразитный фазовый сдвиг канала формирования напряжения и 13 .

Из (2) следует, что при |К,| const, llpi Е ||j IK, I - постоянная величина.

Ток IP, протекая через участок ячейки мелуту вспомогательным 5 и рабочим 6 электродами с импедансом L создает на нем падение напряжения

и

I

р и

(3)

Напряжекле U, через повторитель 23, двухполюсник 22, трансформатор 21, преобразователь 20 и формирователь 19 поступает на сигнальны вход блока 17. При этом напряжение

и 13 й„ |K„le J ,(4)

де K|j-k, - коэффициенты передачи соответствующих узлов измерителя}

If - вносимый паразитный фазовый сдвиг канала фор- мирования напряжения

и 9Преобразовав вьфажение (4) с учеом (2) и (3), имеют

-j.

20

Uig Ul3 1 - LHle

(5)

Q 25 30

где cr arctg(X/R),

X и R - мнимая и действительная

составляющие импеданса L ц. Так как напряжение U -|з пос;гупает на опорные входы блока 17, т.е. направление вектора Utj ПРИНЯТО за начало отсчета фазовых углов сигналов измерителя, то выходные сигналы этого блока соответственно равны

UR |K||LJcos( IfJ, и у |kl|LHlsin(i -I- 1/),

40

де К }(, iKle - коэффициент преобразования, К коэффициент пе редачи блока 17 при подаче на его входы синфазных сигналов .

При выполнении равенства Lf + (f. - ( О вьфажения (6) преобразуются . виду

Q 25 30

(6)

35

Ug |К(|Ьн(со8 4- 1KIR , и |К||Ък(81п ц|„ - IKIX

Из выражений (7) следует, что при Ц) О, т.е. при выполнении соотно- щения К |К1 const, выходные сигналы блока 17 прямо пропорциональны

-

20

40

.

искомым составляю цим R и X импеданса L , между вспомогательным 5 и рабочим 6 электродами электрохнмичес- с кой ячейки.

Формула изобретения

Высокочастотный измеритель импе- Q данса электрохимических систем, содержащий первый генератор гармонических колебаний и блок автоматического регулирования, соединенные соответственно с сигнальным и управляющим входами электронно-управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первой клеммой для подключения электрохимической системы, первый измерительный преобразователь тока в напряжение, соединенный через первый трансформатор тока с второй клеммой для подключения электрохимической системы, потенциостат, выход которого соединен с третьей 25 клеммой для подключения электрохимической системы, вход - с четвертой клеммой, и блок фазочувствительных детекторов, опорный вход которого соединен с входом блока автоматичес- 30 кого регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и.расширения области рабочих частот, в него введены вторые генератор гармонических колебаний, трансформатор тока и измерительный преобразователь тока в напряжение, образцовый пассивный двухполйсник и два преобразователя частоты, при этом выходы преобразователей частоты соединены с вхо- дами блока фазочувствительных детекторов, сигнальные входы - с выходами

измерительных преобразователей тока в напряжение, а гетеродинные входы соединены с выходом второго генерато- ; ра гармонических колебаний, вход

второго измерительного преобразовате- ля тока в напряжение через второй

трансформатор тока, образцовый пас- 50 сивный двухполюсник и повторитель напряжения, которые соединены последовательно, подключены к пятой клемме для подключения электрохимической системы.

35

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для изучения свойств электрохимических систем. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение области рабочих частот обеспечивается путем введения первого формирователя сигнала промежуточной частоты и электронно-управляемого аттенюатора, повторителя напряжения, образцового пассивного двухполюсника, второго трансформатора тока, измерительного преобразователя тока в напряжение. Измеритель состоит из генераторов 1 и 27, электронно-управляемого аттенюатора 2, кабеля 3, электрохимической ячейки 4 с электродами 5, 6, трансформатора 7, потенциостата 9, измерительного преобразователя 12 то- ка в напряжение, формирователей сигнала промежуточной частоты 13, 19, блока 17 фазочувствительных детекто-, ров, измерительного преобразователя 20 в напряжение, трансформатора 21, образцового пассивного двухполюсника 22, повторителя 23 напряжения. 1 ил. ( (Л