CS210801B1

CS210801B1 - Four electrode resistance or impedance wiring

Info

Publication number: CS210801B1
Application number: CS759778A
Authority: CS
Inventors: Antonin Grospic; Martin Samal
Original assignee: Antonin Grospic; Martin Samal
Priority date: 1978-11-21
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Vynález se týká zapojení pro měření odporu nebo impedance pomocí čtyř elektrod s použitím měřiče majícího jen dvě svorky pro připojení měřeného objektu a založeného bu3 na principu čtyřramenného mostu, nebo na principu transformátorového mostu.The invention relates to a circuit for measuring resistance or impedance using four electrodes using a meter having only two terminals for connecting the measured object and based either on the four-arm bridge principle or on the transformer bridge principle.

Description

Při dvouelektrodovém měření odporu nebo impedance látek s iontovou vodivostí působí rušivě přechodová impedance elektrod způsobená jejioh polarizací. Pro přesná měření se proto s výhodou používá Styřelektrodového uspořádání, které jedině účinně potlačuje vliv elektrochemických dějů na elektrodách. Podstatou čtyřelektrodové metody je to, že dvě vnější elektrody, tzv. napájecí, slouží k zavádění měřicího proudu do měřené látky a další dvě elektrody, tzv. snímací, umístěné zpravidla mezi elektrodami napájecími, jsou určeny ke snímání úbytku napětí, vyvolaného průchodem měřicího proudu měřenou látkou. Přechodová impedance: napájecích elekrod nevstupuje do měření a vliv přechodové impedance snímacích elektrod lze, zejména prostředky současné elektroniky, velmi účinně potlačit tim, že snímání napětí mezi snímacími elektrodami se provádí bu3^; přístrojem, s dostatečně vysokou vstupní impedancí, nebo se uskutečni na kompenzačním principu.In two-electrode measurement of the resistance or impedance of substances with ionic conductivity, the transient impedance of the electrodes caused by their polarization is disruptive. For precise measurements, therefore, a four-electrode arrangement is preferably used, which is the only one that effectively suppresses the influence of electrochemical processes on the electrodes. The essence of the four-electrode method is that two outer electrodes, the so-called supply electrodes, serve to introduce the measuring current into the substance being measured and two other electrodes, the so-called sensing electrodes, usually placed between the supply electrodes, are intended to sense the voltage drop caused by the passage of the measuring current through the substance being measured. The transient impedance of the supply electrodes does not enter the measurement and the influence of the transient impedance of the sensing electrodes can be very effectively suppressed, especially by means of contemporary electronics, by sensing the voltage between the sensing electrodes ^either by a device with a sufficiently high input impedance, or by using the compensation principle.

Impedance té části látky, která se nachází mezi snímacími elektrodami, se určí bu3 přímo pomocí Ohmová zákona z hodnoty napětí mezi snímacími nezatíženými elektrodami a z hodnoty měřicího proudu, nebo se využije komparačního principu. U komparačního principu protéká měřicí proud ještě normálovou impedancí, jejíž hddnota se nastaví tak, aby napělový úbytek na ní byl co do velikosti a fáze shodný s napětím mezi snímacími elektrodami. Pak je normálová impedance rovna impedanci té části látky, která se nachází mezi snímacími elektrodami .The impedance of the part of the substance located between the sensing electrodes is determined either directly using Ohm's law from the voltage value between the sensing electrodes and the value of the measuring current, or the comparison principle is used. In the comparison principle, the measuring current also flows through a normal impedance, the value of which is set so that the voltage drop across it is identical in magnitude and phase to the voltage between the sensing electrodes. Then the normal impedance is equal to the impedance of the part of the substance located between the sensing electrodes.

2,08012.0801

K čtyřelektrodovému měřeni odporu nebo impedance podle právě popsaných principů však nejsou uzpůsobeny průmyslově vyráběné měřicí přístroje, jež by měly ětyři svorky pro připojení měřeného objektu. Měřicí zařízení je dosud nutno případ od případu laboratorně realizovat, přičemž použití odporových a reaktančních normálů, většinou v rozsahu několika dekád, Siní laboratorní realizaci čtyřelektrodové metody nákladnou a pracnou, zejména při požadavku větší přesnosti nebo rozlišovací schopnosti.However, industrially produced measuring instruments, which would have four terminals for connecting the measured object, are not adapted for four-electrode measurement of resistance or impedance according to the principles just described. The measuring equipment still has to be implemented in the laboratory on a case-by-case basis, while the use of resistance and reactance standards, usually in the range of several decades, makes the laboratory implementation of the four-electrode method expensive and laborious, especially when greater accuracy or resolution is required.

Účelem řešení podle vynálezu je jednak odstranění nedostatků známého stavu techniky, spočívajících v použiti několika dílčích zařízení a částí, vyžadujícíčh při jejich kombinaci a zacházení s nimi poměrně značnou odbornost, přičemž přesnost měřicí metody je vždy závislá na tolerancích parametrů jednotlivých komponent, jednak vytvoření kompaktního měřicího zařízení, sestaveného jen ze dvou částí, tj. z adaptoru založeného na zapojení podle vynálezu a z komerčního dvousvorkového měřiče odporu nebo impedance.The purpose of the solution according to the invention is, on the one hand, to eliminate the shortcomings of the known state of the art, consisting in the use of several partial devices and parts, requiring relatively considerable expertise in their combination and handling, while the accuracy of the measuring method is always dependent on the tolerances of the parameters of the individual components, and on the other hand, to create a compact measuring device, assembled from only two parts, i.e. an adapter based on the circuit according to the invention and a commercial two-terminal resistance or impedance meter.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje v souladu s uvedeným účelem zapojení pro měření odporu nebo impedance pomoci čtyř elektrod podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první snímací elektroda měřicí komůrky je připojena na neinvertující vstup prvního impedančního převodníku a druhá snímací elektroda měřici komůrky je připojena na invertující vstup prvního impedančního převodníku, jehož výstup je přiveden na invertující vstup rozdílového zesilovače, na jehož výstup je připojena první napájecí elektroda měřicí komůrky a druhá napájecí elektroda měřicí komůrky je spojena s invertujicím vstupem druhého impedančního převodníku, jehož neinvertující vstup je spojen s první vstupní svorkou měřiče odporu nebo impedance a výstup tohoto druhého impedančního převodníku je přiveden na neinvertujícl vstup rozdílového zesilovače, přičemž s druhou vstupní svorkou měřiče odporu nebo impedance je spojena druhá napájecí elektroda měřici komůrky.The above-mentioned shortcomings are eliminated in accordance with the stated purpose by a circuit for measuring resistance or impedance using four electrodes according to the invention, the essence of which lies in the fact that the first sensing electrode of the measuring chamber is connected to the non-inverting input of the first impedance converter and the second sensing electrode of the measuring chamber is connected to the inverting input of the first impedance converter, the output of which is fed to the inverting input of a differential amplifier, to whose output the first power supply electrode of the measuring chamber is connected, and the second power supply electrode of the measuring chamber is connected to the inverting input of the second impedance converter, the non-inverting input of which is connected to the first input terminal of the resistance or impedance meter and the output of this second impedance converter is fed to the non-inverting input of the differential amplifier, while the second power supply electrode of the measuring chamber is connected to the second input terminal of the resistance or impedance meter.

Pokud je použito měřiče odporu nebo impedance typu transformátorového mostu, druhá vstupní svorka je svorkou proudovou, spojenou s příslušným vinutím diferenciálního proudového transformátoru, zatímco první vstupní svorka je svorkou napěťovou, spojenou přímo nebo prostřednictvím napěťového transformátoru se zdrojem napájecího napětí mostu.If a transformer bridge type resistance or impedance meter is used, the second input terminal is a current terminal, connected to the appropriate winding of a differential current transformer, while the first input terminal is a voltage terminal, connected directly or via a voltage transformer to the bridge's supply voltage source.

Pokud je použito měřiče odporu nebo impedance typu čtyřramenného mostu, druhé vstupní svorka je připojena k uzlu ležícímu v indikátorové diagonále mostu a první vstupní svorka je připojena k uzlu ležícímu v napájecí diagonále mostu.If a four-arm bridge type resistance or impedance meter is used, the second input terminal is connected to a node lying in the indicator diagonal of the bridge and the first input terminal is connected to a node lying in the supply diagonal of the bridge.

Výhody zapojení podle vynálezu při využití možnosti Čtyřelektrodového měření odporu nebo impedance pomoci adaptoru, založeného na zapojení podle vynálezu.a použitého v kombinaci s komerčně vyráběným dvousvorkovým měřičem odporu nebo impedance, spočívají především v tom, že instrumentace takto vytvořená k čtyřelektrodovému měření odporu nebo impedance pomocí adaptoru je kompaktní a pohotově použitelná, dále v tom, že adaptor sám nevyžaduje žádnou obsluhu a že přesnost měření je dána třídou přesnosti použitého komerčního měřiče impedance. Zapojení podle vynálezu je sestaveno z běžně dostupných elektronických součástek a z hlediska výroby je jednoduché.The advantages of the circuit according to the invention when using the possibility of four-electrode measurement of resistance or impedance using an adapter, based on the circuit according to the invention, and used in combination with a commercially manufactured two-terminal resistance or impedance meter, lie primarily in the fact that the instrumentation thus created for four-electrode measurement of resistance or impedance using an adapter is compact and readily usable, further in the fact that the adapter itself does not require any operation and that the measurement accuracy is given by the accuracy class of the commercial impedance meter used. The circuit according to the invention is assembled from commonly available electronic components and is simple in terms of production.

Zapojení pro měření odporu nebo impedance pomocí čtyř elektrod bude následovně blíže popsáno v příkladovém provedení s pomocí připojených vyobrazení, kde obr. 1 znázorňuje schematicky provedení měřicí komůrky a její ekvivalentní elektrický obvod, obr. 2 znázorňuje blokové schéma zapojeni podle vynálezu, obr. 3 znázorňuje princip čtyřramenného mostu a jeho funkci v zapojení podle vynálezu, obr. 4 znázorňuje princip transformátorového mostu a jeho funkci v zapojení podle vynálezu, obr. 5 znázorňuje blokové schéma praktické realizace zapojení podle vynálezu pro případ, že obě vstupní svorky použitého měřiče odporu nebo impedance jsou odpoutány od země a obr. 6 znázorňuje blokové schéma praktické realizace zapojení podle vynálezu pro případ, že jedna ze vstupních svorek použitého měřiče odporu nebo impedance je uzemněna.The circuit for measuring resistance or impedance using four electrodes will be described in more detail below in an exemplary embodiment with the help of the attached illustrations, where Fig. 1 schematically shows the embodiment of the measuring chamber and its equivalent electrical circuit, Fig. 2 shows a block diagram of the circuit according to the invention, Fig. 3 shows the principle of a four-arm bridge and its function in the circuit according to the invention, Fig. 4 shows the principle of a transformer bridge and its function in the circuit according to the invention, Fig. 5 shows a block diagram of a practical implementation of the circuit according to the invention for the case that both input terminals of the resistance or impedance meter used are disconnected from the ground and Fig. 6 shows a block diagram of a practical implementation of the circuit according to the invention for the case that one of the input terminals of the resistance or impedance meter used is grounded.

Na obr. 1 je znázorněna válcová měřicí komůrka 1, která se plní tekutinou, jejíž odpor nebo impedanci chceme měřit. První napájecí elektroda NI a druhá napájecí elektroda N2 jsou kruhového tvaru a uzavírají prostor komůrky. První snímací elektroda SI a druhá snímací elektroda £2 j^s°u ve formě drátků zasahujících do prostoru komůrky, event. mohou mít tvar kruhových prstenců po vnitřním obvodě měřicí komůrky χ.Fig. 1 shows a cylindrical measuring chamber 1, which is filled with a liquid whose resistance or impedance we want to measure. The first supply electrode NI and the second supply electrode N2 are circular in shape and close the chamber space. The first sensing electrode SI and the second sensing electrode £2 j ^with °u in the form of wires extending into the chamber space, or. they may have the shape of circular rings around the inner circumference of the measuring chamber χ.

Ekvivalentní elektrický obvod měřicí komůrky χ sestává z přechodové impedance , resp. Zjj2 první napájecí elektrody NI. resp. druhé napájecí elektrody N2, do nichž je zahrnuta i impedance sloupců měřené látky, vymezené první napájecí elektrodou NI a prvni snímací elektrodou S1. resp. druhou napájecí elektrodou N2 a druhou snímací elektrodou S2. dále z měřené impedance Z^. té části látky, která se nachází mezi první snímací elektrodou SI a druhou snímací elektrodou S2 a konečně z přechodové impedance , resp. —S2 první snímací elektrody S1 . resp. druhé snímací elektrody S2.The equivalent electrical circuit of the measuring cell χ consists of the transition impedance , respectively. Zjj2 of the first supply electrode NI. respectively. of the second supply electrode N2, which also includes the impedance of the columns of the measured substance, defined by the first supply electrode NI and the first sensing electrode S1. respectively. of the second supply electrode N2 and the second sensing electrode S2. further from the measured impedance Z^. of that part of the substance, which is located between the first sensing electrode SI and the second sensing electrode S2 and finally from the transition impedance , respectively. —S2 of the first sensing electrode S1 . respectively. of the second sensing electrode S2.

Na obr. 2 je blokově znázorněno vřazení měřicí komůrky X do zapojení podle vynálezu. Prvním impedančním převodníkem 4 se symetrickým vstupem o vysoké impedanci je dosaženo toho, aby snímací elektrody Si. S2 měřici komůrky £ nebyly proudově zatěžovány. Další úlohou prvního impedančního převodníku 4 je převedení napěťového rozdílu, který je mezi snímacími elektrodami Si, £2 měřicí komůrky 1, na asymetrickou formu. Obdobný účel a vlastnosti má druhý impedanční převodník £, jehož úlohou je eliminace proudového zatížení vstupních svorek Ml, M2 měřiče £ odporu nebo impedance a převedení napěťového rozdílu mezi nimi na asymetrickou formu. Výstupy impedančních převodníků 4 a £ jsou k symetrickým vstupům rozdílového zesilovače £ připojeny takovým způsobem, aby se výstupní napětí prvního impedančního převodníku 4 odečítalo od výstupního napětí druhého impedančního převodníku £.Fig. 2 shows a block diagram of the inclusion of the measuring cell X in the circuit according to the invention. The first impedance converter 4 with a symmetrical input of high impedance ensures that the sensing electrodes Si. S2 of the measuring cell £ are not loaded with current. Another task of the first impedance converter 4 is to convert the voltage difference between the sensing electrodes Si, £2 of the measuring cell 1 into an asymmetrical form. The second impedance converter £ has a similar purpose and properties, the task of which is to eliminate the current load of the input terminals Ml, M2 of the resistance or impedance meter £ and to convert the voltage difference between them into an asymmetrical form. The outputs of the impedance converters 4 and £ are connected to the symmetrical inputs of the differential amplifier £ in such a way that the output voltage of the first impedance converter 4 is subtracted from the output voltage of the second impedance converter £.

Výstupní napětí rozdílového zesilovače £ je zároveň napájecím napětím měřicí komůrky £ a proto je její první napájecí elektroda NI připojena na výstup rozdílového zesilovače £. Proudový okruh napájení měřicí komůrky X je uzavřen tím, že její druhá napájecí elektroda N2 je spojena s druhou vstupní svorkou M2 měřiče 2 odporu nebo impedance.The output voltage of the differential amplifier £ is also the supply voltage of the measuring cell £ and therefore its first supply electrode NI is connected to the output of the differential amplifier £. The current circuit of the supply of the measuring cell X is closed by its second supply electrode N2 being connected to the second input terminal M2 of the resistance or impedance meter 2.

Vstupní svorky M£, M2 měřiče £ odporu nebo impedance nejsou libovolně zaměnitelné vzhledem k tomu, Se přes vstupní svorku M2 je uzavřen proudový okruh napájení měřicí komůrky £. V případě, že měřič 2 odporu nebo impedance je založen na principu čtyrramenného mostu podle obr. 3, musí být druhá vstupní svorka M2 součástí indikátorové diagonály čtyřramenného mostu, tj. musí být spojena s indikátorem G vyvážení, zatímco první vstupní svorka Ml musí být součástí napájecí diagonály čtyřramenného mostu, tj. musí být připojena na zdroj.fi napájecího napětí.The input terminals M£, M2 of the resistance or impedance meter £ are not arbitrarily interchangeable since the current circuit for supplying the measuring chamber £ is closed via the input terminal M2. In the case where the resistance or impedance meter 2 is based on the four-arm bridge principle according to Fig. 3, the second input terminal M2 must be part of the indicator diagonal of the four-arm bridge, i.e. it must be connected to the balance indicator G, while the first input terminal M1 must be part of the supply diagonal of the four-arm bridge, i.e. it must be connected to the supply voltage source fi.

Je-li měřič £ odporu nebo impedance typu transformátorového mostu podle obr. 4, je dru há vstupní svorka M2 připojena na vinutí diferenciálního proudového transformátoru PT a první vstupní svorka Ml je připojena na zdroj fi napájecího napětí, případně na příslušnou odbočku napěťového transformátoru NT transformátorového mostu.If the resistance or impedance meter £ is of the transformer bridge type according to Fig. 4, the second input terminal M2 is connected to the winding of the differential current transformer PT and the first input terminal M1 is connected to the supply voltage source fi, or to the appropriate tap of the voltage transformer NT of the transformer bridge.

Předpokládejme obecný případ, kdy žádný bod zapojení podle obr. 2 není uzemněn. Veškerá vyznačená napětí jsou vztažena k referenčnímu bodu, resp. k zemi. Zapojení podle vynálezu ρι-acuje na principu proporciálního regulátoru. Sícidí veličinou je rozdíl napětí (ΰχ až U^) mezi první vstupní svorkou M1 a druhou vstupní svorkou 112 měřiče £ odporu nebo impen dance a řízenou veličinou je rozdíl napětí (lí, - Ug) mezi první snímací elektrodou SI a druhou snímací elektrodou §£ měřicí komůrky £, Prvni impedanční převodník 4 jednak převádí rozdíl napětí (U, až Ug) na jednoduchý výstup, jednak minimalizuje zatížení první snímací elektrody S1 a druhé snímací elektrody S2. Druhý impedanční převodník £ jednak převádí rcozdíl napětí (U^ - U^) na jednoduchý vstup, jednak minimalizuje zatížení první vstupní svorky Ml a druhé vstupní svorky M2 měřiče £ odporu nebo impedance.Let us assume a general case where no connection point according to Fig. 2 is grounded. All indicated voltages are related to a reference point, or to the ground. The connection according to the invention operates on the principle of a proportional controller. The control variable is the voltage difference (ΰχ to U^) between the first input terminal M1 and the second input terminal 112 of the resistance or impedance meter £ and the controlled variable is the voltage difference (lí, - Ug) between the first sensing electrode S1 and the second sensing electrode §£ of the measuring chamber £. The first impedance converter 4 first converts the voltage difference (U, to Ug) to a simple output, and second minimizes the load on the first sensing electrode S1 and the second sensing electrode S2. The second impedance converter £ first converts the voltage difference (U^ - U^) to a simple input, and second minimizes the load on the first input terminal M1 and the second input terminal M2 of the resistance or impedance meter £.

Regulační odchylka o hodnotě (U^ - U^) - (Uj - Ug) je dále zesílena rozdílovým zesilovačem 2 a přenosem K. Na výstup tohoto zesilovače je prostřednictvím první napájecí elektrody N1 připojeno měřené médium. Měřicí proud I prochází měřeným médiem v měřicí komůrce i a přes druhou napájecí elektrodu N2 je veden do druhé vstupní svorky M2 měřiče 2 odporu nebo impedance.The control deviation of the value (U^ - U^) - (Uj - Ug) is further amplified by the differential amplifier 2 and the transfer K. The measured medium is connected to the output of this amplifier via the first supply electrode N1. The measuring current I passes through the measured medium in the measuring chamber i and is led via the second supply electrode N2 to the second input terminal M2 of the resistance or impedance meter 2.

Pro právě popsaný obvod platí vztahy:For the circuit just described, the following relations apply:

^Uo = ^I(ZN, ^{+ Z}N2 ^{+ Z}x> ^{+ U}4 ⁽¹⁾ ^Uo ^{= (U}3 ’ ^U4⁵ ' ^(U1 ’ ^U2⁵ · ^{X <2)} ^U o = ^I(Z N, ^{+ Z} N2 ^{+ Z} x> ^{+ U} 4 ⁽¹⁾ ^U o ^{= (U} 3 ' ^U 4 ⁵ ' ^(U 1 ' ^U 2 ⁵ · ^{X <2)}

U, - Ug => I . Z_x (3) formulované za předpokladu, že zatížení způsobená vstupními impedancemi prvního impedančního převodníku 4 a druhého impedančního převodníku 4 jsou v rámci požadované přesnosti měření zanedbatelné. Po vyloučení U,, Ug a U_Q je získán vztah ^U3 - ^U4 ^ZN1 ^{+ Z}N2 ^{+ Z}x * Ϊ* ₍₄₎ U, - Ug => I . Z _x (3) formulated under the assumption that the loads caused by the input impedances of the first impedance converter 4 and the second impedance converter 4 are negligible within the required measurement accuracy. After eliminating U,, Ug and U _Q , the relationship ^U 3 - ^U 4 ^Z N1 ^{+ Z} N2 ^{+ Z} x * Ϊ* ₍₄₎

I K a pro dostatečně velké K (5)I K and for sufficiently large K (5)

Zapojeni tedy působí tak, jako kdyby měřená impedance Ζ_χ byla připojena dvousvorkově přímo na měřič 2, odporu nebo impedance a nebyla ovlivňována přechodovými impedancemi elektrod měřicí komůrky 4.The connection therefore acts as if the measured impedance Ζ _χ was connected directly to the resistance or impedance meter 2 with two terminals and was not influenced by the transition impedances of the electrodes of the measuring chamber 4.

Pokud je měřič 2. odporu nebo impedance založen na principu čtyřramenného mostu podle obr. 3, je pro správnou činnost regulační smyčky nutné, aby první vstupní svorka Ml byla připojena do uzlu ležícího na napájecí diagonále mostu, kam je připojen zdroj £ napájecího napětí. . Druhá vstupní svorka M2 je připojena do uzlu ležícího na diagonále indikátorové, určené přítomností indikátoru G vyvážení. Pokud může být zanedbán vliv vstupní impedance druhého impedančního převodníku 4> platí vztahy:If the 2nd resistance or impedance meter is based on the four-arm bridge principle according to Fig. 3, for the correct operation of the control loop it is necessary that the first input terminal Ml be connected to a node lying on the supply diagonal of the bridge, to which the source £ of the supply voltage is connected. . The second input terminal M2 is connected to a node lying on the indicator diagonal, determined by the presence of the balance indicator G. If the influence of the input impedance of the second impedance converter 4> can be neglected, the relations apply:

z₂ Z, ^U5 ^{= U}3 Ž,2g ^{+ U}6 T,+Z-g u₄ = u_{6 +} I . z₃ z ₂ Z, ^U 5 ^{= U} 3 Ž,2g ^{+ U} 6 T,+Zg u ₄ = u _{6 +} I . of ₃

Při vyvážení mostu musí být y=^u4When balancing the bridge, y= ^u 4 must be

S použitím vztahů (5), (6), (7), (8) lze odvodit rovnostUsing relations (5), (6), (7), (8), we can derive the equality

Zrj j X ZjZrj j X Zj

Rovnost (9) lze splnit jen v případě, že ^Z2 · ^Zx ^{= Z}1 · ^Z2 což je známá podmínka rovnováhy čtyřramenného mostu.Equality (9) can be satisfied only if ^Z 2 · ^Z x ^{= Z} 1 · ^Z 2, which is a well-known condition for the equilibrium of a four-arm bridge.

(6) (7) (8) (9) (10)(6) (7) (8) (9) (10)

Dalším typem měřiče 2, odporu nebo impedance, který může pracovat v zapojení podle vyná lezu, je typ transformátorového mostu podle obr. 4, u něhož se v diferenciálním proudovémAnother type of meter 2, resistance or impedance, which can operate in the circuit according to the invention, is the transformer bridge type according to Fig. 4, in which in the differential current circuit

21080!21080!

transformátoru PT porovnává proud jdoucí měřenou impedancí Z__x, zapojenou mezi první vstupní svorkou Ml a druhou vstupní svorkou M2. s proudem procházejícím normálovou impedancí Z_K>Ukáže-li indikátor G nulový rozdílový proud, je měřená impedance Ζ_χ rovna normálové impedanci —κ, případně jejímu násobku nebo její části, a to v závislosti na odbočce vinuti transformátoru NT, na níž je normálová impedance Zjj připojena. První vstupní svorka Ml. je v případě transformátorového mostu svorkou napěťovou, nebot je připojena na zdroj E napětí buď přímo, nebo přes napěťový transformátor NT. Druhá vstupní svorka M2 je pak svorkou proudovou, připojenou na příslušné vinutí diferenciálního proudového transformátoru PT, které je zapojeno v okruhu měřené impedance Ζ_χ.of the transformer PT compares the current flowing through the measured impedance Z_ _x , connected between the first input terminal Ml and the second input terminal M2. with the current flowing through the normal impedance Z _K> If the indicator G shows zero differential current, the measured impedance Ζ _χ is equal to the normal impedance —κ, or its multiple or part, depending on the tap of the transformer winding NT, to which the normal impedance Zjj is connected. The first input terminal Ml. is in the case of a transformer bridge a voltage terminal, since it is connected to the voltage source E either directly or via the voltage transformer NT. The second input terminal M2 is then a current terminal, connected to the appropriate winding of the differential current transformer PT, which is connected in the circuit of the measured impedance Ζ _χ .

Pro zadanou přesnost určení měřené impedance a pro určité předem známé hodnoty přechodových impedancí Z_N,, £32> ⁿ®Pětí a měřicího proudu X, nebo alespoň jejich řádové odhady, se stanoví v závislosti na požadované přesnosti měření minimální velikosti vstupních impedancí prvního impedančního převodníku 2, druhého impedančního převodníku 2 ⁸ velikost přenosu K rozdílového zesilovače J.For a given accuracy of determination of the measured impedance and for certain previously known values of the transition impedances Z _N ,, £32> ⁿ ®Five and the measuring current X, or at least their order estimates, the minimum magnitude of the input impedances of the first impedance converter 2, the second impedance converter 2 ^{8 and} the transfer magnitude K of the differential amplifier J are determined depending on the required measurement accuracy.

Na obr. 5 je blokové schéma realizace zapojení podle vynálezu pro případ, že jak první vstupní svorka Ml. tak druhá vstupní svorka M2 měřiče 2 odporu nebo impedance jsou odpoutány od země. Toto zapojení bylo použito při aplikaci vynálezu na měření odporu krevní suspenze transformátorovým mostem TESLA BM 484 s plným využitím jeho přesnosti. První impenanční převodník £ a druhý· impedanční převodník 2 jsou osazeny v prvním stupni tranzistory řízenými polem, nebot se jimi snadno dosahuje dostatečně vysokého vstupního odporu a malé vstupní kapacity, zvláště v bootstrapovém zapojení. Ve funkci rozdílového zesilovače J je užito, běžného operačního zesilovače, jehož vysoký rozdílový přenos opravňuje k zjednodušení vztahu (4) na vztah (5) i při přesnosti měření na 10“^.Fig. 5 shows a block diagram of the implementation of the circuit according to the invention for the case where both the first input terminal M1. and the second input terminal M2 of the resistance or impedance meter 2 are disconnected from the ground. This circuit was used in the application of the invention to the measurement of the resistance of blood suspension by the TESLA BM 484 transformer bridge with full use of its accuracy. The first impedance converter £ and the second impedance converter 2 are equipped in the first stage with field-controlled transistors, since they easily achieve a sufficiently high input resistance and a small input capacitance, especially in the bootstrap circuit. A conventional operational amplifier is used as the differential amplifier J, the high differential transfer of which allows the simplification of relation (4) to relation (5) even with a measurement accuracy of 10“^.

Často bývá, zejména u mostů čtyrramenných, jedna vstupní svorka měřiče 2 odporu nebo impedance uzemněna. Potom je možná jednodušší realizace adaptoru v zapojení podle vynálezu, jak je ukázáno na obr. 6. Zatížení první vstupní svorky Ml měřiče 2 odporu nebo impedance vstupní impedancí neinvertujícího vstupu rozdílového zesilovače 2 není zpravidla kritické, takže druhý impedanční převodník 2 není nutný.Often, especially in four-arm bridges, one input terminal of the resistance or impedance meter 2 is grounded. Then a simpler implementation of the adapter in the circuit according to the invention is possible, as shown in Fig. 6. The loading of the first input terminal M1 of the resistance or impedance meter 2 by the input impedance of the non-inverting input of the differential amplifier 2 is usually not critical, so that the second impedance converter 2 is not necessary.

Zapojení podle vynálezu, realizované ve formě adaptoru ke komerčním dvousvorkovým měřičům odporu nebo impedance, nachází uplatnění všude tam, kde přichází v úvahu měření látek s iontovou vodivostí - v medicíně, v biologii, v chemii, v potravinářství, tedy v netechnických oborech, v nichž rozšiřuje použitelnost precizních a snadno dostupných měřicích zařízení, běžných v elektronice.The connection according to the invention, implemented in the form of an adapter for commercial two-terminal resistance or impedance meters, finds application wherever the measurement of substances with ionic conductivity is considered - in medicine, biology, chemistry, food industry, i.e. in non-technical fields, in which it expands the applicability of precise and easily available measuring devices common in electronics.

V medicíně a v biologii lze vynálezu využít pro měření odporu nebo impedance buněčných suspenzí nebo tkání. V chemii a v potravinářství může nalézt uplatnění v konduktometrii roztoků a suspenzí.In medicine and biology, the invention can be used to measure the resistance or impedance of cell suspensions or tissues. In chemistry and the food industry, it can find application in the conductometry of solutions and suspensions.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Wiring for measuring resistance or impedance by means of four electrodes using a meter having only two terminals for connecting the object to be measured and based either on the four-arm bridge principle or on the transformer bridge principle, characterized in that the first sensing electrode (S1) of the measuring cell ( 1) is connected to the non-inverting input of the first impedance transducer (4) and the second sensing electrode (S2) of the measuring cell (1) is connected to the inverting input of the first impedance transducer (4) whose output is connected to the inverting input of the differential amplifier (3); to the output of which the first supply electrode (N1) of the measuring cell (1) is connected and the second supply electrode (N2) of the measuring cell (1) is connected to the inverting input of the second impedance converter (5), whose non-inverting input is connected to the first input terminal ( M1) a resistance or impedance meter (2) and output the second impedance The power converter (5) is connected to the non-inverting input of the differential amplifier (3), the second input terminal (M2) of the resistance or impedance meter (2) being connected to the second supply electrode (N2) of the measuring chamber (1).

2. Connection for resistance or impedance measurement by means of four electrodes according to item 1, characterized in that the used resistance or impedance meter (2) is based on the principle of a transformer bridge where the second input terminal (M2) is a current terminal connected to respectively, by winding a differential current transformer (PT), while the first input terminal (M1) is a voltage terminal connected directly or via a voltage transformer (NT) to the bridge power supply (E).

3. Connection for resistance or impedance measurement using four electrodes according to item 1, characterized in that the used resistance or impedance meter (2) is based on the four-arm bridge principle, where the second input terminal (M2) is connected to the node lying in the indicator The first input terminal (M1) is connected to the node in the bridge diagonal.