Инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей Советский патент 1980 года по МПК G01R27/02 

1

}13обретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электрохимии для изучения к 1 1етики и механизма электродных ре- 5 акций.

Известен инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержащий мостовую измерительную цепь, подключенную через регулятор fQ потенциала к источникам программноизменяющегося и гармонического напряжений, указатель равновесия, электрохимическую ячейку, включенную параллельно входу регулятора в одно j из плеч мостовой цепи 1..

Однако этот измеритель из-за ручного уравновешивания и переходных процессов, возникаюцих при коммутации элементов плеча сравнения, 20 имеет низкое быстродействие и невысокую точность измерений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является измеритель комплексных проводи- 25 мостей, содержаний исследуемый объект, подключенный к выходу /первого дифференциального усилителя, первый вход которого через сумматор соединен с источника-JQ

ми программно-изменяюцегося и .гармонического напряжений, второй вход через усилитель обратной связи с исследуемым объектом; второй дифференциальный усилитель, подключенный своими входами к образцовому резистору, а выходом к сигнальному входу блока фазочувствительных детекторов, выходы которого соединены с индицируюцим устройством, один из опорных входов подключен к синфазному выходу источника гармонических напряжений непосредственно, а второй через квадратурный фазовращатель 2, Недостатком известного технического решения является низкое быстродействие при измерении комплексной проводимости электрохимической ячейки в области инфранизких частот. Наличие; большого уровня постоянной составляюцей в измеряемом напряжении, снимаемом с электрохимической ячейки, при отношении постоянной составляющей к амплитуде гармонической составляюцей, равном 10-100, приводит к возрастанию погрешности измерения соответственно до 5-30%, а при отношении, близком 10, к нарушению работоспособности измерительной цепи, в частности блока фазочувствительных детекторов. Низкое быстродействие известных устройствобусловлено тем, что для получения высокой точности производится разделение постоянной и переменной составляющих с помощью разделительных RC цепей, постоянная времени которых составляет ; обычно не менее 100 периодов измеряемого гармонического сигнала.

Цель изобретения - повышение измерения и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в инфранизкочастотный измеритель комплексныхпроводимостей, содержаний электрохимическую измерительную ячейку, злектрод сравнения, рабочий электрод, соединенный с обще шиной измерителя, и вспомогательный электрод, подключенный через образцовый резистор к выходу первого дифференциального усилителя, первый вход которого через сумматор соединен с источниками программно-изменяющегося и гармонического напряжений, второй вход через повторитель напряжения с электродом сравнения; второй дифференциальный усилитель, подключенный своими входами к образцовому резистору; блок фазочувствительных детекторов, выходы которого подсоединены к индикатору, а опорные входы к синфазному и квадратурному выходам источника гармонического напряжения; введены дополнительно формирователь импульсов, фиксатор уровня и второй сумматор, подключенный своим выходом к сигнальному входу блока фазочувствительных детекторов, первым входом к выходу второго дифференциального усилителя и сигнальному входу фиксатора уровня, вторым входом к выходу фиксатора уровня, управляющий В5сод которого подсоединен к выходу формирователя импульсов, подключенного своим входом к синфазному выходу источника гармонического напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема измерителя, на фиг. 2 - эпюры напряжений в измерительной цепи.

Устройство содержит электрохимическую ячейку 1, выполненную в виде кюветы с электролитом, в который погружены рабочий 2 и вспомогательны 3 электроды, а также электрод сравнения 4.вспомогательный электрод 3 через образцовый резистор 5 подключен к выходу первого дифференциального усилителя 6, один вход которого через повторитель напряжения 7 подключен к электроду сравнения 4, а второй через сумматор 8 к синфазному выходу источника гармнического напряжения 9 и к источник программно-изменяющегося, напряжения 10. Дифференциальный усилитель 11 подключен своими входами к образцовому резистору 5, а выходом к сигнальному входу фиксатора уровня 12 и к одному из входов второго сумматора 13. Сумматор 13 подключен своими вторым входом к выходу фиксатора уровня 12, а выходом к сигнальному входу блока фазочувствительнь : детекторов 14, соединенного своими выходами с индикатором 15. Синфазный выход источника гармонического напряжения 9 подключен также и ко входу формирователя импу;;ьсов 16 и одному из опорных входов блока фазочувствительных детекторов, второй опорный вход которого соединен с квадратурным выходом источника гармонического напряжения 9. Выход формирователя импульсов 16 подключен к управляющему входу фиксатора уровня 12. Последний выполнен из последовательно соединенных запоминающего элемента 17, аналого-цифрового преобразователя 18, счетчика импульсов 19, буферного регистра 20 и цифроаналогового преобразователя 21.

Измеритель работает следую1-;им образом.

Гармоническое напряжение 0 источника 9 и программно-изменяющееся UJQ источника 10 складываются в сумматоре В и поступают на один из входов дифференциального усипителя 6. Па второй вход этого усилителя через повторитель напряжения 7 поступает разность потенциалов между рабочим электродом 2 и электродом сравнения 4 большом значении коэффициента передачи дифференц.1ального усилителя 6, пренебрегая погрешностью статизма, напряжение на входе усилителя будет равно

+ Ча )

Ug +

0 где К. коэффициент передачи повторителя напряжения 7,

W переменная и постоянная

составляющие напряжения

и

i4

Напряжение L вызывает протекание тока в цепи: выход дифференциального усилителя 6, образцовый резистор 5 и электрохимическая ячейка 1, равного

4 iAW 2)где YOл R5,комплексная проводимость и сопротивление участка рабочий электрод 2 - электрод сравнения 4.

Этот ток, протекая через резистор 5, создает напряжение, которое воспринимается дифференциальным усилителем 11 и усиливается (см.фиг.2в), а затем поступает в фиксатор уровня 12 и сумматор 13. При поступлении на управляющий вход фиксатора уровня 12 импульса с формирователя импульсов 16, последний вырабатывает импульс (см. фиг. 26) в момент переход гармонического напряжения через ноль при положительном значении его производной по времени {см.фиг.2а), запоминаюний элемент 13 фиксирует мгновенное значение напряжения на выходе дифференциального усилителя 11, которое аналого-цифровым преобразователем 18 преобразуется в посл довательный время-импульсный код. Этот код считывается счетчиком импульсов 19 и затем задним фронтом импульса формирователя 16 засылается в параллельном коде в буферный регистр 20 для хранения в паузе между импульсами. Код буферного регистра 20 преобразуется цифроаналог вым преобразователем 21 в напряжение и , равное мгновенному значению напряжения U в момент взяти его выборки, ко противоположное по знаку. Напряжение U, складывается в сумматоре 13 с напряжением дифференциального усилителя 11, в резуль тате чего выходное напряжение сумма тора 13 равно K.j (и,, - 11,.) ( V 4f2.) ia +ли , гдеи 3, . .гнапряжение на выходе ди ференциального усилител значение сопротивления резистора 5; , значения коэффициентов передачи дифференциального усилителя 11 и сум матора 13; и ,и - переменная и постоянная 11 составляюкие напряжения Uf-f и - остаточное значение поДЧз стоянной составляющей на выходе сумматора 13 Учитывая (1) и (2), находим Nl, где К - коэффициент про порциональности. Напряжение поступает в блок фаэочувствительных детекторов 14, где раскладывается на составляющие прямо пропорциональные измеряемой комплексной проводимости Ч кото рые и индицируются индикатором 15. Изобретение обеспечивает снижен уровня постоянной составляющей-до уровня амплитуды гармонической составляющей. Формула изобретения Инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимоетей, содержаций электрохимическую измерительную ячейку, электрод сравнения, рабочий электрод, соединенный с общей шиной измерителя, и вспомогательный электрод, подключенный через образцовый резистор к выходу первого дифференциального усилителя, первый вход которого через сумматор соединен с источниками программно-изменякяцегося и гармонического напряжений, второй вход через повторитель напряжения с электродом сравнения; второй дифференциальный усилитель, подключенный своими входами к образцовому резиcfopyj блок фазочувствительных детекторов, выходы которого подсоединены к индикатору, а опорные входы к синфазному и квадратурному выходам источника гармонического напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, в него дополнительно введены формирователь импульсов, фиксатор уровня и второй сумматор, подключенный своим выходом к сигнальному входу блока фазочувствительных детекторов, первым входом к выходу второго дифференциального усилителя и сигнальному входу фиксатора уровня, вторым входом к выходу фиксатора уровня, управляющий вход которого подсоединен к выходу формирователя импульсов, подключенного своим входом к синфазному выходу источника гармонического напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соколов Ю.М., Тедорадзе Г.А. и Аракелян Р.А. Электрохимия, . 1973, т. 9, 4, с. 5Ь4. 2.Авторское свидетельство СССР W 294109, кл. G 01 R 19/06, 1969 (прототип).

U,,