Устройство для измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимического генератора Советский патент 1977 года по МПК G01R27/16 H01M8/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к измерению импедансных частотных характеристик электродов электрохимических генераторов.

Известно устройство для определения частотных характеристик источников питания и потребителей. Так же известно устройство для измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимических генераторов, содержащее топливную ячейку, генератор синусоидальных сигналов и измеритель импеданса.

Однако, эти устройства не обеспечивают необходимой точности измерения и не позволяют провести измерения непосредственно в условиях, близких к эксплуатационным.

Целью изобретения является диагностика свойств электродов электрохимических генераторов измерением их импедансных частотных характеристик в рабочих условиях.

С этой целью в устройство введены источник постоянного тока, электрод сравнения, внешняя регулируемая нагрузка и измерительный шунт, последовательно соединенные с топливной ячейкой, а параллельно внешней нагрузке подключен задатчик синусоидального тока.

На чертеже представлена блок-схема измерения импедаисных частотных характеристик электродов электрохимического генератора.

Эта схема содержит т лшивную ячейку 1, состоящую из электролитной камеры 2, исследуемого электрода 3, электрода сравнения 4, вспомогательного электрода 5 и газовой полости 6, источник питания 7, основную нагрузку 8, измерительный шунт 9, дополнительную нагрззку 10, подключаемую по синусоидальному закону с помощью полупроводниковой схемы, генератор синусоидальных источников 11, измеритель импедансных частотных характеристик 12.

Электрод в составе топливной ячейки последовательно соединяется с внешним источником постоянного тока 7 и замыкается на внешнюю

нагрузку 8, как если бы он находился в составе электрохимического генератора. Проводимость задатчика синусоидального тока изменяется по синусоидальному закону с помощью генератора синусоидальных сигналов И. С

помощью нагрузки 8 устанавливается величина постоянного тока, а с помощью электрода сравнения 4 регистрируется потенциал электрода. Задатчиком точка устанавливается амплитуда синусоидальных колебаний тока

нагрузки, при этом амплитуда колебаний тока в сотни раз меньше постоянной составляющей тока нагрузки. Это позволяет в замкнутой схеме генерировать периодические колебания тока и потенциала электрода.

Регистрируя с шунта в качестве входного сигнала переменную составляющую тока и в качестве выходного сигнала переменную составляющую потенциала электрода и полагая, что исследуемый электрод аналитически описывается дифференциальным уравнением, доцускающим линеаризацию в исследуемой рабочей точке поляризационной кривой (при малых колебаниях), на основании закона Ома, составленного для приращения координат, преобразованных по Лапласу, записать 7 /п) А,(р) Д/(р) где 2э(р)-импеданс электрода в рабочей точке, или: Z3(yco): |Z3lH.;.H, (2) где |Za| -модуль импеданса электрода; ф(о))-угол фазового сдвига между током и напряжением. Задавая различную частоту колебаний тока, можно получить зависимость 7(ы)и ф(со) в щироком интервале частот. Эти же зависимости можно получить, исследуя их характер, в графической форме: от различных плотностей тока нагрузки через электрод; от давления рабочих газов; от температуры электролита; от конструктивных факторов электродов (пористость, содержание катализатора на единицу поверхности, толщины газозапорного слоя и т. д.). Таким образом, получаемые количественные характеристики Z(u)) и ф(со) могут служить для целей диагностики свойств электродов. Интерпретация опытных данных может быть использована для получения составляющих импеданса, выявления схемы замещения и т. д. Измерение модуля импеданса и угла фазового сдвига может быть произведено с помощью осциллоскопа, либо специального измерителя импедансных характеристик. Использование новых элементов - источника постоянного тока, электрода сравнения, внешней нагрузки, измерительного щунта и задатчика синусоидального тока выгодно от510 15 20 25 30 35 40 45 личает предлагаемую схему измерения импе дансных частотных характеристик электродов, так как создается возможность проведения измерения импеданса электрода неограннченной поверхности в рабочих условиях, т. е. когда в газовую камеру исследуемого электрода, находящегося под своим потенциалом, подается газ рабочего давления, а температура электролита может поддерживаться любой. Кроме того, использование данной схемы измерений приводит к меньшей чувствительности полученных результатов от несущественных нелинейных особенностей электродов, так как при введении иериодического возмущения рассматриваются гармонические составляющие координат на соответствующей частоте, тем самым производится гармоническая линеаризация и устранение нелинейных искажений. Предложение использовать описанную схему для измерения импедансных частотных характеристик электродов в рабочих условиях представляет собой решение важной проблемы развития средств диагностики свойств электродов при их разработке, промышленном производстве для устаиовления допусков на динамические параметры, а также для изучения причин снижения характеристик электродов в процессе эксплуатации. Формула изобретения Устройство для измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимического генератора, содержащее топливную ячейку, генератор синусоидальных сигналов и измеритель импеданса, отличающееся тем, что, с целью диагностики свойств электродов электрохимических генераторов измерением импедансных частотных характеристик электродов в рабочих условиях, в устройство введены источник постоянного тока, электрод сравнения, внещняя регулируемая нагрузка и измерительный шунт, последовательно соединенные с топливной ячейкой, а параллельно внешней нагрузке подключен задатчик синусоидального тока.