Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4883272/21 (22) 14 11.90 (46) 07.12.92, Бюл. М 45 (71) Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН СССР (72) С.П.Новицкий (56) 1. Авторское свидетельство СССР hh

158627, кл. G 01 R 27/14, 1963.

2. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. М.: Наука, 1973, с.106 — 111. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ .

ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДНОЙ ГРАНИЦЫ

ПРИ ЗАМЕДЛЕННОЙ СТАДИИ РАЗРЯДА (57) 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 импеданИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть преимущественно использовано для изучения электрофизических свойств электрических объектов, в частности электрохимических.

Известен способ измерения параметров сложных электрических обьектов 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 от... Ж„„1779985 Al (я)5 G 01 N 27/26, G 01 R 27/22 су электродной границы, и компенсирующий сигнал, синфазный действительной составляющей измеряемого сигнала, циклически изменяя значение рабочей частоты а) и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводят измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (первый разностный сигнал 1Р ). производят отсчет и запоминание значений модуля компенсирующего Ек1 и

Ер1 сигналов, затем значение Ек уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю ЕР, производят отсчеты значений модулей уменьшенного компенсирующего сигнала Ек и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов

Ер2, после чего определяют по формулам значения сопротивления электролита R3, сопротивления стадии разряда ВР и емкости двойного электрического слоя Сд, 2 ил. считывают значения параметров исследуемого объекта (1).

Однако этот способ вследствие многократного регулирования элементов плеча сравнения при балансировке моста имеет низкое быстродействие.

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

Однако этот способ вследствие необходимости графоаналитическо 1 обработки

1779985

Ф

\ ! Ер1! — Е р й

55 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 изменяя значение рабочей частоты, например,позаконусо,вг,со!.... 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 Е» и первого разностного Ер сигналов. Затем, регулируя компенсирующий сигнал, его значение уменьшают на величину, равную модулю первого разностного сигнала, производят отсчеты значений модулей, уменьшенного компенсирующего сигнала Е,2 и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов Ер, после этого значения искомых параметров электродной границы — сопротивления электролита Rs, сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд вычисляют по формулам

Rэ = К 1Е»21:

Rp = 2K IEð1I, где К - 1111, 1- 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. B особенности предложенный способ эффективен при изучении. свойств электрохимических систем с разбавленными электролитами, т,е. при преобладающем в

35 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 Ео генератора 1 гармонических колебаний с помощью измерительного преобразователя 2 преобразуется в ток

1, 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

l - lb-Eo, 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 Z> границы рабочий электрод -, электролит и равно

Еи I Zè = - K2 Eo Zn.

Это напряжение в сумматоре 6 складывается с компенсирующим напряжением E» = К7 Ео, формируемым масштабным преобразователем 7 (с коэффициентом передачи К7). 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 1изменяется по закону в, са, м!,....Формируемые при этом на выходе сумматора 6 напряжения Ер = ЕоК7ЕОК2 п и1) Ер) = ЕоК7 ЕоК2Еп (й2) детектируются амплитудным детектором 8 и поступают в модульный указатель 9, где. сопоставляются по уровню. При отсутствии из равенства модульный указатель 9 формирует управляющее воздействие q>, которое изменяет коэффициент передачи Кт масштабного преобразователя 7 до достижениЯ Равенства моДУлей 1Ер 1 и IEp1 I.

Этому состоянию соответствует диаграмма сигналов (см, фиг.2 при IE» I, равном отрезку ос). В момент выполнения равенства !Ер! -

1Ер !модульный указатель 9 формирует уп1779985 равляющее воздействие q2. При этом в измерительной цепи выполняются следующие операции, Тактовый генератор 10 и модульный указатель 9 выключаются.

Запоминаются значения модулей сигналов Ер и Ек! 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 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 цз при отсутствии равенства сигналов нэ его входах, соединенных с выходами вычитающего устройства 13 и амплитудного детектора 14.

По достижении равенства IEi 1=1Ек2 I= !

ЕЙ - 1Ер 1 модульный указатель 16 формирует управляющее воздействие ц !, по приходе которого на управляющий вход запоминающего устройства 17, подключенного выходом к амплитудному детектору 8, в устройстве 17 запоминается значение модуля разностного сигнала Ер2 (см. отрезок аЬ на фиг.1). На этом измерительный цикл заканчивается и значения искомых параметров электродной границы — сопротивления электролита R3 сопротивления стадии разряда Rp и емкости двойного электрического слоя Сд — вычисляют по формулам

Вэ = К1Ек2! = К!Ео! К7 :

R, =2К 1Ер„1;

I E p g l — l E p2l

С = Rp 1Ер21 где К вЂ” 1/1 — const. Кт - значение коэффициента передачи масштабного преобразователя 7 в момент формирования на его

ВЫХОДЕ НаПряжЕНИя Ек2, МсдуЛЬ КОтсрОГО (см, отрезок оа на фиг.2)

lEy2l =1Ек!! — IEp l

В предложенном cnocoGe для определения искомых параметров электродной границы используются лишь измерения модУлей вектоРов Ек2, Ер) и Ер2, однозначно характеризующих искомые параметры.

Как известно такие измерения в сравнении с измерениями векторных величин, выполненных, например, на основе фазочувствительного детектирования, обеспечивают нэ 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, Ер! и Ер2 обеспечивает и быстрое измерение исходных параметров электродной границы. В сравнении с

10!

Е р)1 — I E p21

2 2 Р Р2 где К = 11 i I — постоянная; iii — значение модуля переменной составляющей тока i, протекающего через электродную границу, заранее выбранная константа. мостовым (1) и графоаналитическим (2) методами быстродействие и редложен ного метода возрастает в сотки раэ.

Формула изобретения

Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда, основанный на измерении дисперсии импеданса электродной границы от частоты измерительного

20 сигнала,отличающийсятем,чтосцелью 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 в 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

35 значений модулей компенсирующего Е и первого разностного сигналов, затем значение компенсирующего сигнала уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю первого разностного сигнала, произ40 водят отсчеты значений модулей уменьшенного компенсирующего сигнала

Ек2 и разности измеряемого и уменьшенно- го компенсирующего сигналов Ер2, после чего значения искомых параметров электродной границы сопротивления электролита R3, сопротивления стадии разряда Кр и емкости двойного электрического слоя С„ вычисляют по формулам

Rp = 2 К IEptl;

Puz Z

Составитель С.Новицкий

Редактор В.Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец..

Заказ 4432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101