Инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (щ788037

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 180179 (21) 2715324/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15,12.80. Бюллетень (4о 46

Дата опубликования описания 151280

К„з

G 01 R 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 317. 33 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Кензин и С.П. Новицкий

Институт физико-химических основ переработки минерального сырья Сибирского отделения Ah СССР (71) Заявитель (54) ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ

ПРОВОДИМОСТЕЙ изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электрохимии для изучения к(кнетики и механизма электродных реакциЯ.

Известен инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержаший мостовую измерительную цепь, подключенную через регулятор потенциала к источникам программноизменяюцегося и гармонического напряжений, указатель равновесия, электрохимическую ячейку, включенную параллельно входу регулятора в одно из плеч мостовой цепи {1),, Однако этот измеритель из-за ручного уравновешивания и переходных процессов, возникаю .их при коммутации элементов плеча сравнения, имеет низкое быстродействие и невысокую точность измерений °

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является измеритель комплексных проводимостей, содержавший исследуемый объект, подключенный к выходу (первого дифференциального усилителя, первый вход которого через сумматор соединен с источниками программно-изменяюшегося и гармонического напряжении, 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 индицируюшим устройством, один из опорных входов подключен к синфазному выходу источника гармонических напряжений непосредственно, а второй через квадратурный фазоврашатель (2), Недостатком известного технического решения является низкое быстродействие при измерении комплексной проводимости электрохимической ячейки в области инфранизких частот. .Наличие. большого уровня постоянной составляидей в измеряемом напряжении, снимаемом с электрохимической ячейки, при отношении постоянной составляющей к амплитуде гармонической составляющей, равном 10-100, приводит к возрастанию погрешности измерения соответственно до 5-30%, а при отношении, близком 10в, к нарушению работоспособности измеритель788037 ной цепи, в частности блока фазочувствительных детекторов. Низкое быстродействие известных устройств обусловлено тем, что для получения высокой точности производится разделение постоянной и переменной составляющих с помоцью разделительных

RC цепей, постоянная времени которых составляет обычно не менее 100 периодов измеряемого гармонического сигнала. !

О

Цель изобретения — повышение измерения и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержащий электрохимическую измерительную ячейку, электрод сравнения, рабочий электрод, соединенный с общей шиной измерителя, и вспомогательный электрод, подключенный через образцовый резистор к выходу первого диффе- 20 ренциального усилителя, первый вход которого через сумматор соединен с источниками программно-изменяющегося и гармонического напряжений, второй вход через повторитель напряжения с д электродом сравнения; второй дифференциальный усилитель, подключенный своими входами к образцовому резистору; блок фазочувствительных детекторов, выходы которого подсоединены к индикатору, а опорные входы к синфаэному 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 40 фиксатора уровня, управляюций вход 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 вспомогательный

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 gp к синфазному выходу источника гармонического напряжения 9 и к источнику программно-изменяющегося. напряжения

10. Дифференциальный усилитель 11 подключен своими входами к образцо- у вому 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 фазочувствительных детекторов 14, соединенного своими выходами с индикатором 15. Синфазный выход источника гармонического напряжения 9 подключен также и ко входу формирователя импульсов 16 и одному иэ опорных входов блока фазочувствительных детекторов, второй опорный вход которого соединен с квадратурным выходом источника гармонического напряжения ". . 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.

Нзмеритель работает следующим образом.

Ф

Гармоническое напряжение U источQ ника 9 и программно-изменяюцееся

Ц источника 10 складываются в сумматоре О и поступают на один из входов дифференциального усилителя

6. На второй вход этого усилителя через повторитель напряжения 7 поступает разность потенциалов между рабочим электродом 2 и электродом сравнения 4 U . При большом значении коэффициента передачи дифференциального усилителя 6, пренебрегая погрешностью статизма, напряжение на входе усилителя будет равно

U>+ UÄ = К U Ä= (U + П2,) (1) где К вЂ” коэффициент передачи повторителя напряжения 7, U,U — переменная и постоянная составляюцие напряжения

U24

Напряжение U вызывает протекание тока в цепи: выход дифференциального усилителя 6, образцовый резистор 5 и электрохимическая ячейка 1, равного г = Ua.à + Ug и 4 где f, к „;комплексная проводимость и сойротивление участка ра.бочий 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. 2б) в момент перехода гармонического напряжения через ноль при положительном значении его

78В037

Формула изобретения производной по времени (см.фиг,2а), запоминаюций элемент 13 фиксирует мгновенное значение напряжения на выходе дифференциального усилителя

11, которое аналого-цифровым преобразователем 18 преобразуется в последовательный 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 цифроаналоговым преобразователем 21 в напряжение () 1, равное мгновенному значению напряжения U < в момент взятия его выборки, но противоположное по знаку. Напряжение Ц складывается в сумматоре 13 с напряжением дифференциального усилителя 11, в результате чего выходное напряжение сумматора 13 равно

U 6 . K13 (U«0 2) К1 (0 г Ъ< ()„. ) = и„ +дц, гдеЦ =g ° о -к -напряжение на выходе диф1 4 Ф1 ференциального усилителя

11;

R — значение сопротивления резистора 5;

К К вЂ” значения коэффициентов

М Ч передачи дифференциального усилителя 11 и сумматора 13;

U U — переменная и постоянная

Н составляющие напряжения -) д0 =U — U — остаточное значение поЯ М 12 стоянной составляюцей на выходе сумматора 13, Учитывая (1) и (2), находим — — к . =кч

U к. 5 где К =-- R К К вЂ” коэффициент про5 1 13 порциональности.

Напряжение () 3 поступает в блок фазочувствительных детекторов 14, где раскладывается на составляющие, прямо пропорциональные измеряемой комплексной проводимости Ч,, которые и индицируются индикатором 15.

Изобретение обеспечивает снижение уровня постоянной составляющей до уровня амплитуды гармонической сост авляющей .

Инфранизкочастотный измеритель комплексных проводимостей, 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

15 источниками программно-изменяющегося и гармонического напряжений, второй вход через повторитель напряжения с электродом сравнения; второй дифференциальный усилитель, подключенный щ своими входами к образцовому резистору; 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

40 гармонического напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

45 1 ° Соколов k).Ì., Тедорадэе Г.A. и Аракелян Р.A. Электрохимия, 1973, т. 9, 9 4, с. 554.

2. Авторское свидетельство СССР

М 294109, кл. G 01 R 19/06, 1969 р (прототип) °

788037

<Рие. 1

016

Ъ

Составитель В. Стукан

РеДактоР М. Ткач ТехРеД H.Вабурка Корректор В. Синицкая

Заказ 8345/53 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г, ужгород, ул. Проектная, 4