(54) Zapojení proudového převodníku(54) Current converter connection

Vynález se týká zapojení proudového převodníku, užitého zejména u tří - elektrodových zapojení v chemické inatrumentaci, například při snímání potenciodynamických křivek pomocí potenciostatu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a current transducer circuit, particularly used in three-electrode circuitry in chemical instrumentation, e.g.

Průtokem proudu i_v vzniká na odporu R_g úbytek napětí Zlu, tzv. plovoucí potenciál daný rozdílem nesymetrických potenciálů těchto bodů vůči zemi, t.j. u = u_a - u^, přičemž nelze tento úbytek běžným měřícím přístrojem, kupř. elektronkovým voltmetrem, nebo souřadnicovým zapisovačem měřit, nebol by byl alespoň jeden z měrných bodů uzemněn přes vstupní svorky použitého přístroje. Tato situace často vzniká při chemické instrumentaci tzv. tří elektrodových zapojení u polarografických a potenciostatických analytických metod. Typický případ nastává při měření potenciodywamických voltampérových křivek pomocí potenciostatu a při jejich zápisu souřadnicovým zapisovačem. Při stávajícím zapojení potenciostatu vstupní chybové napětí e na vstupu potenciostatu vybudí úměrný výstupní proud i_v, tekoucí přes odpor R_g a pomocnou platinovou elektrodu ke vzorku v leptací buňce. Příslušné změny procházejícího proudu i_v elektrolytem udržují konstantní potenciál mezi vzorkem a referenční kalomelovou elektrodou. Potenciál referenční elektrody, přiváděný současně na vstup s lineárně proměnným napětím Ur (t) z generátoru, vytvoří jejich rozdíl, čili budící chybové napětí kterému je pak úměrný výstupní proud i_v. Při grafickém záznamu voltampérových křivek zkoumaného vzorku je nutno použít koordinétový zapisovač, přičemž do vstupu X se zavádí napětí Ur (t) referenčního zdroje a současně do vstupu Y úbytek napětí^u na odporu R_g daný průtokem proudu i_y. Požadavky na použité měřicí přístroje v této instrumentaci jsou zřejmé. Použitý souřadnicový zapisovač nebo jiné měřicí přístroje jako elektronkový milivoltmetr nebo liniový zapisovač a podobně, musí mít nejen vysoký vstupní odpor, ale i vysoké svodové odpory vstupů proti zemi, aby nevznikly chyby v důsledku ztrátových svodových proudů. Vstupní svorky souřadnicového zapisovače i jiných měřicích přístrojů nesmí být uzemněny, nebol v opačném případě je správná funkce potenoiostatu znemožněna.Current flow i _v creates a voltage drop Zlu, so-called floating potential, given by the difference of unbalanced potentials of these points to ground, ie u = u _and - u ^, at the resistance R _g . using a voltmeter or a coordinate recorder to measure at least one of the measuring points would be grounded through the input terminals of the instrument used. This situation often arises in the chemical instrumentation of the so-called three electrode connections in polarographic and potentiostatic analytical methods. A typical case occurs when potentiostatic waveforms are measured using a potentiostat and recorded with a coordinate recorder. With the current potentiostat wiring, the input error voltage e at the potentiostat input excites a proportional output current i _v , flowing through the resistance R _g and the auxiliary platinum electrode to the sample in the etching cell. The appropriate changes _in the current passing through the electrolyte and maintain a constant potential between the sample and a reference calomel electrode. The potential of the reference electrode, applied simultaneously to the input with a linear variable voltage Ur (t) from the generator, creates their difference, or excitation error voltage, which is then proportional to the output current i _v . For graphical recording of the volt-ampere curves of the sample to be examined, a coordinate recorder must be used, with the reference source voltage Ur (t) being applied to input X and the voltage drop u at the resistance R _g given by current flow i _y . The requirements of the measuring instruments used in this instrumentation are obvious. The coordinate recorder or other measuring instruments used, such as a millimeter meter or line recorder and the like, must have not only a high input resistance, but also high earth leakage resistances of the inputs to avoid errors due to leakage leakage currents. The input terminals of the coordinate recorder and other measuring instruments must not be earthed, otherwise the correct operation of the potenoiostat is prevented.

Užívání proudového převodníku, který je sestaven z diskrétních součástek nebo monolitických integrovaných obvodů bipolérního typu není ideální, protože je nutno kompenzovat chybu, vzniklou vstupním klidovým proudem, který u bipolérních tranzistorů není nepodstatný. Z téhož důvodu je nutno volit vstupní obvodové děliče s malými hodnotami, čímž vzniká přídavné chyba v důsledku zatěžovacích proudů na snímacím odporu R . Tyto chyby měření je pak nutno kompenzovat daláími přídavnými obvody operačního zesilovače, takže zapojení takového převodníku je dosti složité, jeho nulování a nastavení příslušných korekcí je poměrně pracné.The use of a current transducer that consists of discrete components or monolithic integrated circuits of a bipolar type is not ideal because it is necessary to compensate for the input bias current error which is not irrelevant in bipolar transistors. For the same reason, it is necessary to select input circuit dividers with small values, resulting in an additional error due to load currents on the sensing resistor R. These measurement errors have to be compensated by additional auxiliary circuits of the operational amplifier, so the connection of such a converter is quite complicated, its resetting and adjustment of the corrections is relatively laborious.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení proudového převodníku podle předmětného vynálezu. Proudový převodník je užit s výhodou u tří-elektrodových zapojení v chemické instrumentaci, například při snímání potenciodynamických křivek pomocí potenciostatu, kde se snímá plovoucí potenciál, vznikající na snímacím odporu R_g připojeným monolitickým operačním zesilovačem s předřazenou dvojicí přechodových FET0 o vysokém stupni odporu, který je zapojen jako hybridní diferenční operační zesilovač. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vstupní obvodové odpory R diferenčního operačního zesilovače jsou připojeny v měrných bodech a, b ku snímacímu odporu R_g, přičemž platí, že R_g<CR a zpětnovazební odpor nR invertujíciho vstupu a svodový odpor nR neinvertujícího vstupu diferenčního operačního zesilovače jsou stejné velikosti a násobek η = 1 nebo^ 1. Podle dalšího význaku je výstupní napětí Uj diferenčního operačního zesilovače, které je již nesymetrické vůči zemi na nízké impedanci a je zapojeno na první vstupní svorku souřadnicového zapisovače, přičemž druhé vstupní svorka souřadnicového zapisovače je současně připojena k výstupu rampového generátoru referenčního nspětí Ur = f (t).These disadvantages are overcome by the current converter circuitry of the present invention. The current converter is preferably used in three-electrode circuits in chemical instrumentation, for example in sensing potentiodynamic curves using a potentiostat, which senses the floating potential generated on the sensing resistor R _{g by a} connected monolithic opamp with a high-resistance FET0 is connected as a hybrid differential opamp. The principle of the invention consists in that the input circuit resistors R of the differential operational amplifier are connected at the measuring points a, b to the sensing resistance R _g , where R _g <CR and the feedback resistance nR of the inverting input and leakage resistance nR of the non-inverting differential input. the amplifiers are of the same size and a multiple of η = 1 or ^ 1. According to another feature, the output voltage Uj of the differential operational amplifier, which is no longer asymmetric to ground at low impedance, is connected to the first input terminal of the coordinate recorder. at the same time connected to the output of the reference voltage generator Ur = f (t).

Zapojení proudového převodníku podle vynálezu umožňuje spolehlivé a bezchybné snímání úbytku napětí na odporu Rs. Zařízení podle uvedeného vynálezu sestává pouze z jednoho monolitického operačního zesilovače s předřazenou dvojicí přechodových FETů (MOSFETů) ό vysokém vstupním odporu R_vst = 10 o, zapojených jako diferenční zesilovač, který převádí diferenci^u na výstupní nesymetrické napětí proti zemi na nízké impedanci, takže na jeho výstup lze již připojit různé měřicí přístroje o nízké vstupní impedanci nebo použít souřadnicový zapisovač, jehož vstupní svorky mají společnou zem. To jsou podstatné výhody zapojení podle vynálezu, přičemž zapojení je jednoduché a nezatížené dodatečnými chybami, nebol obvodové odpory děličů lze volit o vysokých ohmických hodnotách, takže snímací odporThe wiring of the current transducer according to the invention enables reliable and error-free sensing of the voltage drop across the resistor Rs. The device according to the invention consists of only one monolithic operational amplifier with a pre-pair of transient FETs (MOSFETs) ó a high input resistor R _vst = 10 o, connected as a differential amplifier, which converts the difference u to ground asymmetric voltage to low impedance, it is possible to connect various measuring instruments with low input impedance to its output or to use a coordinate recorder whose input terminals have a common ground. These are the essential advantages of the circuitry according to the invention, the circuitry being simple and free of additional errors, since the circuit resistors of the dividers can be selected at high ohmic values, so that the sensing resistance

R není dodatečně zatěžován obvodovými proudy. Jednoduchým zapojením proudového převodníku 3 lze u tří-elektrodových zapojení používat tuzemské měřící přístroje i souřadnicové zapiso3 a nahradit tak při vysoké kvalitě záznamu drahé zahraniční přístroje.R is not additionally loaded by circuit currents. By simple connection of current converter 3 it is possible to use domestic measuring instruments as well as coordinate zapiso3 for three-electrode wiring and thus replace expensive foreign instruments at high recording quality.

Příkladné provedení zapojení podle vynálezu je na obr., na kterém je zakresleno zapojení potenciostatu vč. proudového převodníku a souřadnicového zapisovače. ·An exemplary embodiment of the circuit according to the invention is shown in FIG. current transducer and coordinate recorder. ·

Zapojení proudového převodníku podle vynálezu bylo použito v sestavě potenciostatu 1 pro selektivní leptání metalografických výbrusů, kterým se snímá plovoucí potenciostat, vznikající na odporu R_g a sestávající z hybridního operačního zesilovače s předřazenou dvojicí přechodových FETů o vysokém vstupním odporu, zapojeného jako diferenční opergČ ní zesilovač j), jehož nesymetrické výstupní napětí u^ je připojeno na první vstupní svorku γ souřadnicového zapisovače 8. Funkční čést potenciostatu tvoří galvanická cela 4 sestávající k kalomelové referenční elektrody 6, zkoušeného vzorku J a pomocné platinové elektrody £, přičemž vstupní chybové napětídLe vzniká v součtovém bodě S jako rozdíl potenciálu kalomelové elektrody 6 a přiváděného výstupního napětí z rampového generátoru 2. Tento chybový potenciál vybuzuje úměrný výstupní proud i přiváděný do platinové elektrody 2 a který je měřen na snímacím odporu R_g jako plovoucí potenciálVstupní obvodové odpory R diferenčního operačního zesilovače J jsou připojeny v měrných bodech a a b k tomuto snímacímu odporu R_g, přičemž platí, že R a zpětnovazební odpor nR invertujícího vstupu a svodový odpor nR neinvertujícího vstupu diferenčního zesilovače jsou stejné velikosti a násobek η = 1 neboli. Výstupní napětí Uj diferenčního operačního zesilovače 2 j^e zapojen na první vstupní svorku Y souřadnicového zapisovače 8, přičemž druhé vstupní svorka X souřadnicového zapisovače 8 je současně připojena k výstupu rampového generátoru £ referenčního napětí.The current transducer circuit according to the invention was used in a potentiostat assembly 1 for selective etching of metallographic sections, which senses a floating potentiostat arising at a resistance R _g and consisting of a hybrid operational amplifier with a pre-pair of high input resistance FETs connected as differential operational amplifier. j), whose unbalanced output voltage u is connected to the first input terminal γ of the coordinate recorder 8. The functional potentiostat reader consists of a galvanic cell 4 consisting of the calomel reference electrode 6, the test sample J and the auxiliary platinum electrode 6, point S as the difference between the potential of the calomel electrode 6 and the applied output voltage from the ramp generator 2. This error potential causes a proportional output current i supplied to the platinum electrode 2, which is m measured on the floating resistor R _g as the floating potential The input circuit resistors R of the differential operational amplifier J are connected at the measuring points a and b to this sensing resistor R _g , R and the feedback resistor nR of the inverting input and leakage resistance nR of the non-inverting and multiple η = 1 or. The output voltage Uj differential operational amplifier 2 ^e j connected to the first input terminal of the Y coordinate of the recorder 8, wherein the second input terminal of the coordinate X of the recorder 8 is also connected to the output of ramp generator £ reference voltage.

Úbytek^u působí jako diferenční napětí na vstupu tohoto užitého hybridního monolitického integrovaného diferenčního operačního zesilovače Q o vysokém vstupním odporu >19The loss u acts as a differential voltage at the input of this hybrid monolithic integrated differential opamp Q with a high input resistance> 19

R - 10 .o, za nímž následuje bipolérní operační zesilovač typu MAA 700, jehož výstupní napětí jj-j, nesymetrické vůči zemi, je již na nízké impendanci zavedeno na první vstupní svorku Y zapisovače 8. Na druhou vstupní svorku X zapisovače 8 se přivádí referenční napětí Ur (t) z rampového generátoru 2.R-10o, followed by a MAA 700 type bipolar opamp whose ground-level unbalanced output voltage jj-j is already applied at a low impedance to the first input terminal Y of the recorder 8. The second input terminal X of the recorder 8 is fed reference voltage Ur (t) from ramp generator 2.