Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда Советский патент 1992 года по МПК G01N27/26 G01R27/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может Сыть преимуще- ственно использовано для изучения электрофизических свойств электрических объектов, в частности электрохимических.

Известен способ измерения параметров сложных электрических объектов с помощью моста переменного тока, питаемого от генератора качающейся частоты, в котором последовательной регулировкой элементов плеча сравнения добиваются частотно независимого баланса моста и по значениям элементов плеча сравнения отсчитывают значения параметров исследуемого объекта 1.

Однако этот способ вследствие многократного регулирования элементов плеча сравнения при балансировке моста имеет низкое б-ыстродействие.

Известен также способ измерения параметров электродной границы, основанный на измерении частотной зависимости импеданса и последующей графоаналитической обработке полученных дамних 2.

Однако этот способ вследсюие необходимости графоаналитическоч обработки

N xi

о «о

00

ел

5

данных имеет низкое быстродействие и невысокую точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения искомых параметров электродной границы.

Цель достигается тем, что в измерительной цепи формируют электрический сигнал, прямо пропорциональный импедансу электродной границы, а также компенсирующий сигнал, синфазный действительной компоненте измеряемого сигнала. Циклически из- меняя значение рабочей частоты, например, по закону «i, (Oi, й).... и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводят измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте значения модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (эта разность сигналов - первый разностный сигнал). По достижении указанного квазиравновесия производят отсчет и запоминание значений модулей компенсирующего EKI и первого разностного ЕР1 сигналов. Затем, регулируя компенсирующий сигнал, его значение уменьшают на величину, равную модулю первого разностного сигнала, производят отсчеты значений модулей, уменьшенного компенсирующего сигнала ЕК2 и разности измеряемого уменьшенного компенсирующего сигналов ЕР2, после этого значения искомых параметров электродной границы - сопротивления электролита Яз. сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд вычисляют по формулам R3 - КЧЕК21: RP 2K-IEP1I;

Сд

J|EP1I2- EP2I2

u)Rp lЈP2l гдеК , I - значение переменной составляющей тока, протекающего через электродную границу.

Сравнение признаков заявляемого способа с признаками известных способов показывает, что хотя операции регулирования уровня сигнала, сравнения модулей сигналов, измерения и запоминания уровня сигнала известны, однако их сочетание в указанной в формуле изобретения последовательности ново, проявляет новое свойство, что приводит к повышению точности и быстродействия процесса измерения. В особенности предложенный способ эффективен при изучении свойств электрохимиче- ских систем с разбавленными электролитами, т.е. при преобладающем в

измеряемом импедансе значении сопротивления электролита.

На фиг. 1 показан пример реализации способа; на фиг.2 - диаграммы сигналов устройства в моменты достижения определенных измерительных состояний.

Устройство (фиг.1), реализованное на основе предложенного способа, работает следующим образом.

Напряжение Е0 генератора 1 гармонических колебаний с помощью измерительного преобразователя 2 преобразуется в ток I, протекающий через исследуемую электрохимическую ячейку 3, представляющую собой сосуд с электролитом, в который погружены вспомогательный 4 и рабочий 5 электроды. Ток измерительного преобразователя не зависит от значения импеданса электрохимической ячейки и равен

i К2-Ёо.

где К2 - коэффициент передачи измерительного преобразователя 2. Напряжение Еи, формируемое на выходе измерительного преобразователя 2, при площади вспомогательного электрода, значительно превосходящей площадь рабочего электрода, прямо пропорционально импедансу 2И границы рабочий электрод - электролит и равно Ёи 1-ги -К2Ео-ги.

Это напряжение в сумматоре 6 складывается с компенсирующим напряжением Ёк - К ЕО, формируемым масштабным преобразователем 7 (с коэффициентом передачи Ку). Выход сумматора 6 через амплитудный детектор 8, инвариантный к постоянной составляющей его входного сигнала, подсоединен к сигнальному входу модульного указателя 9 измерительного состояния, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 10 и управляющим входом генератора 1 гармонических колебаний. Под действием импульсов тактового генератора 10 рабочая частота генератора 1 изменяется по закону

ал, й.ол,....Формируемые при этом на выходе сумматора б напряжения ЕР1 Ё0К - EoKz-Zn ОЛ) ЕР1 ЕоК - E0K2Zn (ад) детектируются амплитудным детектором 8 и поступают в модульный указатель 9, где

сопоставляются по уровню. При отсутствии из равенства модульный указатель 9 формирует управляющее воздействие qi, которое изменяет коэффициент передачи К масштабного преобразователя 7 до дрсти5 жения равенства модулей 1ЁР1 I и IEPi I. Этому состоянию соответствует диаграмма сигналов (см. фиг.2 при IEKil, равном отрезку ос). В момент выполнения равенства ЕР1 I 1ЕР1 I модульный указатель 9 формирует управляющее воздействие Q2. При этом е измерительной цепи выполняются следующие операции.

Тактовый генератор 10 и модульный указатель 9 выключаются.

Запоминаются значения модулей сигналов ЁР1 и Ёк1 соответственно в запоминающих устройствах 11 и 12, соединенных выходами с сигнальными входами вычитающего устройства 13. Входы запоминающих устройств 11 и 12 отключаются от выходов амплитудных детекторов 8 ц 14 (на фиг.1 ключи в запоминающих устройствах не показаны), причем вход амплитудного детектора 14 соединен с выходом масштабного преобразователя 7.

Переключается ключ 15 управляющих воздействий, который теперь подключает управляющий вход масштабного преобразователя 7 к выходу модульного указателя 16, формирующего управляющее воздействие qs при отсутствии равенства сигналов на его входах, соединенных с выходами вычитающего устройства 13 и амплитудного детектора 14.

По достижении равенства IEk l Ек2 lEiql - 1ЁР1 I модульный указатель 16 формирует управляющее воздействие q4, по приходе которого на управляющий вход

запоминающего устройства 17, подключен

ного выходом к амплитудному детектору 8, в устройстве 17 запоминается значение модуля разностного сигнала ЁР2 (см. отрезок ab на фиг.1). На этом измерительный цикл заканчивается и значения искомых пара- метров электродной границы - сопротивления электролита Нэ, сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд - вычисляют по формулам

Нэ К1Ек21 К Ё01 К7/:

RP 2KIEP1I;

г Ept 2 IEP2 2 . EP2I

где К - 1 / I - const, К - значение коэффициента передачи масштабного преобразоьа- теля 7 в момент формирования на его выходе напряжения ЕК2, модуль которого (см. отрезок оа на фиг.2)

IEK2I 1EK1I-IEP1I,

В предложенном способе для определения искомых параметров электродной гра- ницы используются лишь измерения модулей векторов Ек2. ЕР1 и ЁР2. однозначно характеризующих искомые параметры. Как известно такие измерения в сравнении с измерениями векторных величин, выпол5

0 5

0

5

0

с

0

5

0

5

ненных, например, на основе фазочувстви- тельного детектирования, обеспечивают на порядок и выше более высокую точность измерения. Этим определяется повышение на порядок в сравнении с известным (прототипом) способом 2 точности измерения искомых параметров. Наряду с этим быстрое раздельное измерение векторов ЕК2. ЁР1 и ЁР2 обеспечивает и быстрое измерение исходных параметров электродной границы. В сравнении с мостовым графоаналитическим методами быстродействие предложенного метода возрастает в сотни раз.

Формула изобретения Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда, основанный на измерении дисперсии импеданса электродной границы от частоты измерительного сигнала,отл ича ющи йсятем, что с целью повышения точности и быстродействия, в измерительной цепи формируют измеряемый сигнал, прямо пропорциональный импедансу электродной границы, и компенсирующий сигнал, синфазный действительной компоненте измеряемого сигнала, циклически изменяя значение рабочей частоты О) и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводит измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (первый разностный сигнал), производят отсчет и запоминание значений модулей компенсирующего Ек-j и первого разностного сигналов, затем значение компенсирующего сигнала уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю первого разностного сигнала, производят отсчеты значений модулей уменьшенного компенсирующего сигнала Ёк2 и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов ЕР2, после чего значения искомых параметров электродной границы сопротивления электролита Нэ, сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд вычисляют по формулам

, R3 MEK2t J Rp 2 К-1ЁР11;

IEPil - IEp2l дШ-Rp 1ЁР21

где К 11 i I - постоянная; HI - значение модуля переменной составляющей тока i, протекающего через электродную границу, заранее выбранная константа.

А

ti

Использование: для изучения электрофизических свойств электрических объектов, в частности электрохимических. Сущность изобретения: способ основан на измерении дисперсии импеданса электрод ной границы от частоты измеряемого сигнала, причем с целью повышения точности и быстродействия формируют измеряемый сигнал, прямо пропорциональный импедансу электродной границы, и компенсирующий сигнал, синфазный действительной составляющей измеряемого сигнала, циклически изменяя значение рабочей частоты о)и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводят измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (первый разностный сигнал Ер-)), производят отсчет и запоминание значений модуля компенсирующего ЕК1 и Epi сигналов, затем значение EKI уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю Ер-|, производят отсчеты значений модулей уменьшенного компенсирующего сигнала Ек2 и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов Ёр2, после чего определяют по формулам значения сопротивления электролита R3, сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд, 2 ил. С

+

№/.2