Высокочастотный измеритель параметров импеданса

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4214361/24-21 (22) 24.03.87 (46) 07.08.89. Бюл. Р 29 (71) Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО

АН СССР (72) С.П,Новицкий (53) 621.317.33 (088.8) (56) Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах, М.: Радио и связь, 1984, с. 43-49.

Авторское свидетельст>во СССР

- Р 143241 7, кл. С 01 R .27/02, 1987. (54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИМПЕДАНСА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для изучения свойств электрохимических объектов;.Цель изобретения — повышение быстродейст-. вия и помехоустойчивости. Устройство содержит низкочастотный 1 и высоко„„SU„„1499269 А 1

2 частотный 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 тра, 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.

3 14992

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

Цель изобретения - повыщение быстродействия и помехоэащищенности из" мерителя.

На чертеже приведена функциональ- ная схема измерителя.

Измеритель содержит низкочастотный

1 и высокочастотный 2 генераторы,первый соединительный кабель 3, электрохимическую ячейку 4, в состав которой входят 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 фазочувствительныВ детектор 20> второй соединительный кабель 21 и третий смеситель 22.

Токовый и потенциальный выходы потенциостата 9 соединены с поляризующим 5 и сравнения 8 электродами, рабочий электрод 7 соединен через трансформатор 10 с последовательно соединенными преобразователем 11, смесителем 12 и усилителем 13, вспомогательный электрод 6 через повторитель

14, образцовый двухполюсник 15, трансформатор 16 соединен с последова-, тельно соединенными преобразователем

17, смесителем 18, усилителем 19, выходы усилителей 13 и 19 соединены с входами фаэочувствительного 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 следукицим образом.

Генератор 2 обеспечивает протеканйе тока I (Я1 ) по цепи: соединительный кабель 3 участок ячейки вспомогательный 6 подвод через токовый за69 4 жим) — рабочий 7 электроды, причем токоподвод последнего пропущен через тороидальный сердечник трансформатора 10. Ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора 10 и вход преобразователя ll, преобразуется в напряжение U < (Q ), поступающее на сигнальный вход смесителя 12 и рав10 ное

I Р(")1 ю1» I pe/1- О 1» /

1соз44" +В<о + &» ) = 11„„сояе(,, (1) где ХРщ — амплитудное значение тока

15 Т 1н,=

= Х 1. < — амплитудное значение напряжения на выходе преобразователя ll

Ф

20 .1с1=/1, «1« /. — коэффициенты передачи блоков 10 и 11; и„= ХР jZ. C k,созМ,, (2) где 1 1= I 1 иk)skigk

На гетеродинные входы смесителей

12 и 18 поступает напряжение

I

0 3л. () kzz Uzz mcos /3! +

Ug (соя Pg + соз / s ) . (3) Здесь U22Ô kÿãU„„U - значение ам50 плитуды слагаемых выходного напряжения третьего смесителя 22 с частотами Я +Я, и Яа — Q» формируемых из его входных напряжений

U<(t) - U<„„cos(<д,t + В, );

U (t) = u,„cos(u, + 8, ), rpe U<® и Ц „, — амплитудные значения напряжений;

< = а "+

25 +,,у, =

1., суммарный параэитный фазовый сдвиг, вносимый блоками 10 и 11 измерителя.

30 Ток I Р, протекая через электрохимическую ячейку с импедансом Z»

= (Z»/å, создает падение напряжения U< = I> Е», .которое, пройдя через блоки 14 и 17, преобразуется к

1499269

xk ) 1

22

1= где начальный фазовый сдвиг напряжения генератора 1;

8>- параэитный фазовый сдвиг, вносимый кабелем связи 3; и k22 - константы, Ъ. 2! ° — паразитный фазовый сдвиг, вносимый кабелем связи 21, 1 (Z! + 4)2)t + 9! Е 2!

,- (са,-ы,) +О, +8„+О, . — коэффициент про" порциональности;

1 11 1 <4 и 1 20 кОэффициенты передачи узлов 13, 19 и 20.

Как видно иэ (6), при К 1;

= const, т.е. при равных вносимых погрешностях формирования опорного U >

10 и сигнального U, напряжений, а также равных вносимых фазовых сдвигах

1!! и 1 при преобразовании и передаче сигналов I p u U 11 ячейки на входы смесителей 12 и 18, искомые параметр

15 ры импеданса .

В результате линейного частотного преобразования напряжений U (5) и

U«(t) (1) и (3) и напряжений U 7 (t) и U»(t) (2) и (3) в смесителях 12 и 18 низкочастотные составляка1ие напряжений на их выходах с частотой, равной Я,, соответственно равны

5gg(t) = l UI(„VC2nlkcDB(OC — pa) +

+ соз(оС! — P> )) = U«cosfg! — (0 +

+Я2!icos(03, t + 9, ); (4)

U1S(t) = k8Uil„UQ1„leos(ga Р,) +

+ cos(gg — P))) = U)g cos (fy - (e) +

+О„) cos(u, + 6, — q, ), (5) де,U12 m 21с<2Б,(С2.д щ и

41 = 21с,8Ь!! „1- сг, — значения ам18m ппитуды выходных напряжений на выходах смесителей 12 и 22 с частотойЯ, .

Низкочастотные составляющие

11 4g(ty Я! ) и Uqg (гр Я, ) (4) и (5), где .Я, = const, избираются и усиливаются селективными усилителями 13 и 19 с резонансной частотой Q a затемосоответственно поступают на опорный и сигнальный входы двухкомпонентного фаэочувствительного детектора -.

20 где из них формируются соответственно напряжения

I I

U =ŠRe - = k Re-- — - U) k4 U

2o U< 2о (з U«

k

11х

1т к 4 х 20 пЧ! 20 Г4 1 Ц

"2О и! з1пЦ, „,4 " (6)

Д . 14 !s 6 "

xk(b ki9 (Е, k«k«x

ReZs /2„(cos Ц

I Z„= jZ (s1ng могут быть непосредственно измерены детектором 20.

Введение в предложенном измерителе низкочастотного генератора и третьего смесителя, соединенного своими вхОдами с ГенератОрами ВысОкОЙ и низ» кой частоты, а своим выходом с гетеродинными входами 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 повьппение помехозащищенности измериЗ5 теля от внутренних шумов и ь .ешних аддитивных помех.

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

Формула изобретения

Высокочастотный измеритель параметров импеданса, содержащий высокочастотный генератор, электрохимичес55 кую ячейку, электрод сравнения и поляризующий электрод которой соединены соответственно с входом и выходом .потенциостата, тойовый и потенциальl499269

Составитель О.Богданович

Редактор С.Патрушева Техред M.Ходанич Корректор М.Мак симишинец

Заказ 4687/44 Тираж 713 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101 ный зажимы вспомогательного электрода соединены соответственно с выходом высокочастотного генератора и входом повторителя напряжения выход котоЭ

5 рого через образцовый двухполюсник, первые трансформатор тока и преобразователь ток-напряжение соединен с сигнальным входом первого смесителя, рабочий электрод пропущен через то- 1р роидальный сердечник второго трансформатора тока и соединен с общей шиной, обмотка второго трансформатора тока соединена с входбм второго преобразователя ток — напряжение, соеди- 15

1 ненного своим выходом с сигнальным входом второго смесителя, и двухкомпонентный фазочувствнтельный детектор, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введены низкочастотный генератор, третий смеситель и два усилителя промежуточной частоты, входы которых соединены с выходами первого и второго смесителей, а выходы — с входами двухкомпо- нентного фазового детектора, гетеродинные входы первого и второго смесителей соединены с выходом третьего смесителя, который соединен входами с выходами высокочастотного и низкочастотного генераторов соответственно.