Высокочастотный измеритель параметров импеданса Советский патент 1989 года по МПК G01R27/02 

314992

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для изучения свойств электрохимических объектов по резуль- татам измерений параметров импеданса как в равновесных условиях, так и при их поляризации заданным током или потенциалом.

Цель изобретения - повышение быст- родействия и помехозащищенности измерителя.

На чертеже приведена функциональ- ная схема измерителя.

Измеритель содержит низкочастотньй 1 и высокочастотный 2 генераторы,первый соединительный кабель 3, электрохимическую ячейку 4, в состав которой входят поляризующий 5,,вспомога- телышй 6, рабочий 7 и сравнения 8 электроды, потенциостат 9, первые трансфо матор 10 тока,, преобразователь 1 ток-напряжение, смеситель 12 и усилитель 13 промежуточной частоты, повторитель 14 напряжения, образцовьй двухполюсник 15, вторые трансформатор 16 тока, преобразователь 17 ток-напряжение, смеситель 18 и усилитель 19 промежуточной частоты, двухког понент- ный фазочувствительный детектор 20 второй соединительный кабель 21 и третий смеситель 22.

Токовый и потенциальный выходы по- тенциостата 9 соединены с поляризующим 5 и сравнения 8 электродами, ра- бочий электрод 7 соединен через трансформатор 10 с последовательно соеди- ненными преобразователем И, смесителем 12 и усилителем 13, вспомогательный электрод 6 через повторитель 14, образцовый двз полюсник 15, тран- сфЬрматор 16 соединен с последова-, тельно соединенными преобразователем 17, смесителем 18, усилителем 19, выходы усилителей 13 и 9 соединены с входами фазочувствительного детектора 20, гетеродинные входы смесителей 18 и 12 через кабель 21 соединены с выходом смесителя 22, входы которого соединены с выходами генераторов 1 и 2, выход генератора 2 через кабель 3 соединен со вспомогательными электродами 6.

Измеритель работает следующим образом.

Генератор 2 обеспечивает протекание тока 1р((0) по цепи: соединительный кабель 3. участок ячейки вспомогательный 6 (подвод через токовый за;, 4

жим - рабочий 7 электроды, причем токоподвод последнего пропущен через тороидальный сердечник трансформатора 10. Ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора 10 и вход преобразователя 11, преобразуется в напряжение U , (СО) , поступакяцее на сигнальный вход смесителя 12 и равное

и,, (t) Ip(t)k,okM ,,/ /cos( +9,0 +&„) U cosci,, (1)

где I p.- - а1 ш1итудное значение тока

ргч

ip;

и«„

, - амплитудное-значение напряжения на выходе преобразователя 1 1 ;

kj /k,(,)

k,J,

10 11 коэффициенты передачи блоков 10 и 11;

ot, Wit+

tti

-0,o+6|l,

у ( - суммарный паразитный фазовый сдвиг, вносимый блоками 10 и 11 измерителя. Ток 1р, протекая через электрохимическую, ячейку с импедансом Z /Zn/e , создает падение напряжения DO Ip- Z, .которое, пройдя через блоки 14 и 17, преобразуется к виду

и„ .k cosoi2,(2)

где ki I k, k,5 k,6 й„ I ; oii Wit - 4i Уе 6u + 0(5 +9(7 - суммарный паразитный фазовый сдвиг,

вносимый соответственно блоками 14- 17.

На гетеродинные входы смесителей

12 и 18 поступает напряжение

I

UjjCt) kjj, ./Ь|+ + U, ( cos/i, ).(3)

Здесь Ujin,. значение амплитуды слагаемых выходного напряжения третьего смесителя 22 с частотами COj +CD, и 00 -СО, , формируемых из его входных напряжений

U,(t) U,cos(o,t + 0, ); Ut(t) Uj cosCcOjt н- e),

где U и амплитудные значения напряжений;

ir

5Г499269

6,- начальный фазовьй ti

сдвиг напряжения генератора 1; 0J- паразитный фазовый

сдвиг, вносимый кабелем связи 3; k и k. константы,

(Ь, -f 0, +021

е б t, - паразитный фазовый сдвиг, вносимьй кабелем связи 21,

рг (СО, +tOi)t +б, +03 +02« 5 ij (, )t + 0j + 0i, + 0, .

В результате линейного частотного еобразования напряжений U (t) и r(t) (1) и (3) и напряжений ) UiiCt) (2) и (3) в смесителях 12 18 низкочастотные составляющие наяжений на их выходах с частотой, вной СО,, соответственно равны

U,a(t) ,in,cos(oC, - ) + cos(t)t, -(Зэ)3 Uiin,, - (бз + a,)cos(oj,t + 9, ); (4)

U,a(t) k,(cit -/Зг) + cos(oi.4 - pj) U,8 cos y - (0} + ,) cos(Q,t + 0, - tpt ), (5)

Как в const, грешност 10 и сигнал же равны у, и УЛ че сигна 15 ры импед

и

ReZ« Vv,

20

25

-ггг значения ам30

Ul2m 2M«fm UaiwH

l8m

плитуды выходных напряжений на выходах смесителей 12 с частотой СО, .

Низкочастотные составляквдие j(t,G), ) HU,g(t,o3, ) (4) и (5), е СО, const, избираются и усилиются селективными усилителями 13 19 с резонансной частотой {О,, а за- м4.соответственно поступают на опорй и сигнальный входы двухкомпонент- 45 го фазочувствительного детектора . где из них формируются соответстнно напряжения

могут бы детектор

Введе ле низко тьего см входами кой част родинным смесител на выход лей сигн частотой ного ген

Включ селектив повьшени 35 теля от аддитивн

Форми мационны промежут выбрав с обеспечи измерени частоты два поря измерите порядка тельного частоте.

ir

9

6

- коэффициент пропорциональности;k ,, w k - коэффициенты передачи узлов 13, 19 и 20.

Как видно из (6), при k k const, т.е. при равных вносимых погрешностях формирования опорного U,j и сигнального U напряжений, а также равных вносимых фазовых сдвигах у, и УЛ при преобразовании и передаче сигналов I р и и jj ячейки на входы смес телей 12 и 18, искомые парамет- ры импеданса

ReZ« Vv,

/Z lcosCf IzjsinLf

могут быть непосредственно измерены детектором 20.

Введение в предложенном измерителе низкочастотного генератора и третьего смесителя, соединенного своими входами с генераторами высокой и низкой частоты, а своим выходом с гетеродинными входа 1И первого и:второго смесителей, обеспечивает формирование на выходах первого и второго смесителей сигналов с постоянной рабочей частотой, равной частоте низкочастотного генератора.

Включение на выходах смесителей селективных усилителей обеспечивает повьшение помехозащищенности измери- теля от внутренних шумов и ы ешних аддитивных помех.

Формирование в измерителе информационных сигналов с фиксированной промежуточной частотой позволяет, выбрав соответствующее ее значение, обеспечить требуемое быстрюдействие измерения. Так, при изменени ; работой частоты высокочастотного сигнала на два порядка предложенное построение измерителя позволяет повысить на два порядка быстродействие его измерительного процесса на нижней рабочей частоте.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для изучения свойств электрохимических объектов. Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости. Устройство содержит низкочастотный 1 и высокочастотный 2 генераторы, соединительный кабель 3, электрохимическую ячейку 4, включающую в себя поляризующий 5, вспомогательный 6, рабочий 7 и сравнения 8 электроды, потенциостат 9, первые трансформатор 10 тока, преобразователь 11 ток-напряжение, смеситель 12 и усилитель 13 промежуточной частоты, повторитель 14 напряжения, образцовый двухполюсник 15, вторые трансформатор 16 тока, преобразователь 17 ток-напряжение, смеситель 18 и усилитель 19 промежуточной частоты, двухкомпонентный фазочувствительный детектор 20, второй соединительный кабель 21 и третий смеситель 22. Введение в устройство низкочастотного генератора 1, смесителя 22 и двух усилителей 13 и 19 позволяет расширить частотный диапазон и помехоустойчивость устройства за счет переноса информационной части спектра на низкую частоту. 1 ил.

- «« 57 «« lt-5f

J(5

-W tl

k,o|z |coscfjRek;

I b ll f tT

10 «и

15

k т bia-Hia. ,4

k JZH/sinl.,

(6)

где k k,,-k,5-fe,6-k,T xk,j.k,, k,o U, k,i

50

Формула изобре тения

Высокочастотный измеритель параметров импеданса, содержащий высокочастотный генератор, злектрохимичес- кую ячейку, электрод сравнения и поляризующий электрод которой соединены соответственно с входом и выходом лотенциостата, токовый и потенциаль714992698

ный зажимы вспомогательного электро-понентный фазочувствительный детекда соединены соответственно с выходомтор, о тличающийся тем,

высокочастотного генератора и входомчто, с целью повышения быстродействия

повторителя напряжения, выход кото- и помехоустойчивости, в него введены

рого через образцовый двухполюсник,низкочастотный генератор, третий смепервые трансформатор тока и преобра-ситёль и два усилителя промежуточной

зователь ток-напряжение соединен счастоты, входы которьк соединены с

сигнальным входом первого смесителя,выходами первого и второго смеситерабочий электрод пропущен через то- , а выходы - с входами двухкомпороидальный сердечник второго транс-нентного фазового детек :сора, гетероформатора тока и соединен с обще ши-динные входы первого и второго смеси

ной, обмотка второго трансформаторатёлей соединены с выходом третьего

тока соединена с входам Мторого пре-смесителя, который соединен входами

образо.вателя ток - напряжение, соеди- |5с выходами высокочастотного и низконенного своим выходом с сигнальнымчастотного генераторов соответственвходом второго смесителя, и двухком-но.