RU2328011C2 - Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока - Google Patents

Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока Download PDF

Info

Publication number
RU2328011C2
RU2328011C2 RU2006119283/28A RU2006119283A RU2328011C2 RU 2328011 C2 RU2328011 C2 RU 2328011C2 RU 2006119283/28 A RU2006119283/28 A RU 2006119283/28A RU 2006119283 A RU2006119283 A RU 2006119283A RU 2328011 C2 RU2328011 C2 RU 2328011C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
key
capacitor
measured
Prior art date
Application number
RU2006119283/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006119283A (ru
Inventor
Виктор Иванович Косюк (UA)
Виктор Иванович Косюк
Игорь Борисович Широков (UA)
Игорь Борисович Широков
Original Assignee
Виктор Иванович Косюк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Иванович Косюк filed Critical Виктор Иванович Косюк
Priority to RU2006119283/28A priority Critical patent/RU2328011C2/ru
Publication of RU2006119283A publication Critical patent/RU2006119283A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2328011C2 publication Critical patent/RU2328011C2/ru

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Технический результат: уменьшение погрешности, сокращение времени измерения, упрощение конструкции. Сущность: устройство содержит два ключа на замыкание, конденсатор известной емкости, АЗУ, делитель напряжения с коэффициентом деления k=0,95, компаратор, АЦП, микроконтроллер (МК), блок индикации, ключ запуска начала измерения, цифроаналоговый преобразователь. Алгоритм обработки сигнала в МК представлен формулой: Qэл=C·UХИТ/[(tзар-tком)·2k], где Qэл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А·ч; С - емкость заряжаемого конденсатора, Ф; UХИТ - напряжение на измеряемом источнике тока, В; tзар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с; tком - время компенсации увеличения времени заряда конденсатора за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора; k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока. 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения остаточной электрической емкости ХИТ как в стационарных, так и в полевых условиях.
Известно устройство для измерения электрической емкости химических источников тока (ХИТ), описанное в патенте России №2214025 (БИ №28, 2003 г.). В известном устройстве реализованном по алгоритму, представленному следующей формулой:
Figure 00000002
где Qэл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А·ч;
С - емкость заряжаемого конденсатора, Ф;
UХИТ - напряжение на измеряемом источнике тока, В;
tзар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;
k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока,
и содержащем измеряемый химический источник тока (ХИТ) 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, ключ 3 на размыкание цепи, причем ключи 2 и 3 работают синхронно, входы которых соединены со вторым полюсом (положительным) измеряемого ХИТ, конденсатор 4 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, ключ на замыкание 5, работающий синхронно с ключами 2 и 3, вход которого соединен со входами ключей 2 и 3, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ) 6 (первый пиковый детектор 6), вход которого соединен с выходом ключа 5, делитель 7 напряжения с коэффициентом деления k7=0,95 и делитель 8 напряжения с коэффициентом деления k8=0,5, входы которых соединены с выходом АЗУ 6, компаратор 9, входы которого соединены, соответственно, через согласующие каскады 10 и 11 с выходом ключа 2 и делителя 7, ждущий генератор пилообразного линейно-нарастающего напряжения (ГПН) 12, вход которого соединены с выходом ключа 3, управляемое АЗУ 13 (состоит из ключа на размыкание и пикового детектора), вход которого соединен с выходом ГПН 12, а управляющий вход - с выходом компаратора 9, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 14, вход которого соединен с выходом делителя 8, аналоговый делитель напряжений 15, входы которого соединены, соответственно, с выходами управляемого АЗУ 13 и усилителя 14, переключатель 16, индикатор 17, причем первый контакт переключателя соединен с выходом аналогового делителя 15, второй контакт - с выходом АЗУ 6,а третий - со входом индикатора 17, формирователь сигнала сброса 18, ключ 19 и ключ 20 сброса конденсатора 4, причем вход формирователя 18 соединен с выходом ключа 19, вход которого соединен с общей шиной устройства, выход формирователя 18 соединен со входами сброса АЗУ 6, управляемого АЗУ 13, индикатора 17 и ключа 20, вход которого соединен с общей шиной устройства, а выход - с выходом ключа 2, конденсатор 21, выводы которого соединены параллельно с контактами ключа 3, резистор 22, один вывод которого соединен с выходным контактом ключа 3, а второй вывод - с общей шиной устройства.
Однако указанное устройство измерения электрической емкости ХИТ обладает недостатком, заключающимся в том, что процесс измерения не автоматизирован, что увеличивает время измерения и делает процесс измерения не оперативным. Кроме того, при измерении емкости ХИТ, имеющих Q>10 А·ч, устройство имеет дополнительную погрешность измерения, которая определяется конечным суммарным значением сопротивлений подводящих концов и коммутирующего устройства, а также соизмеримостью этого сопротивления с внутренним сопротивлением ХИТ. Так, например, если проходное сопротивление коммутатора будет равно Rком=1·10-3 Ом (IRFC3603), а сопротивления подводящих концов Rк1=Rк2=0,5·10-3 Ом и С=5000 мкФ, то постоянная времени заряда конденсатора τзар увеличится на дополнительную постоянную времени, равную:
τдоп=[(1+0,5+0,5)·10-3·5000·10-6]=10 мкс.
Теоретическое время заряда конденсатора τзар, рассчитанное по формуле (1) для негерметичных кислотных аккумуляторов (k=2), в зависимости от емкости Qхит будет иметь значения, представленные в таблице 1. Увеличение этого времени за счет дополнительного сопротивления подводящих концов и проходного сопротивления коммутатора на 30 мкс (измерение производится на уровне 3τзар=tзар) дает дополнительную погрешность измерения σдоп, приведенную также в таблице 1.
Таблица 1.
Qхит, А·ч 7 20 44 60 80 100
tзар, мкс 2143 750 341 250 188 150
σдоп, % 1,4 3,8 8,1 10,7 14 16,6
Кроме того, аналоговая обработка сигналов в известном устройстве также увеличивает погрешность измерения за счет дрейфов нулей аналоговых микросхем и усложняет процесс регулировки устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения электрической емкости химических источников тока (ХИТ), описанное в патенте России №2248073 (БИ №14, 2005 г.). В известном устройстве, реализованном также по алгоритму (1) и содержащем измеряемый химический источник тока (ХИТ) 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, и содержащем измеряемый химический источник тока ХИТ 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, вход которого соединен со вторым полюсом (положительным) измеряемого ХИТ, конденсатор 3 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, ключ на замыкание 4, вход которого соединен с положительным полюсом исследуемого ХИТ, ключ 5 разряда конденсатора 3, вход которого соединен с первой пластиной конденсатора 3, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 6, первый вход которого соединен с выходом ключа 2, а второй вход - с выходом ключа 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, вход которого соединен с выходом переключателя 6, микроконтроллер, содержащий микропроцессор (МП) 8 с блоком памяти программ(БПП) 9 и блоком памяти данных (БПД) 10, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11, таймер 12 и порт ввода-вывода (ПВВ) 13, соединенных соответственно, причем входная шина МП 8 соединена с выходной шиной АЦП 7, первый выход ГТИ 11 соединен со входом запуска АЦП 7, а второй - со вторым входом БПП 9, шина вход-выход таймера 12 соединена с соответствующей шиной МП 8, входная шина ПВВ 13 соединена с выходной шиной МП 8, блок индикации 14, входная шина которого соединена с первой выходной шиной ПВВ 13, входы управления ключами 2, 3, 5 и переключателя 6 соединены с соответствующими выходами ПВВ 13, ключ 15 запуска начала измерения, вход которого через ПВВ 13 соединен со входом запуска МП 8, а выход - с общей шиной устройства, переключатель 16 вида измерения, два выхода которого соединены с соответствующими входами управления ПВВ 13.
В указанном устройстве измерения электрической емкости ХИТ сигналы обрабатываются цифровым способом и поэтому исключены погрешности, присущие аналоговым средствам обработки сигналов (дрейф нулевого уровня, напряжение смещения т.д.). Однако это устройство обладает недостатками, заключающимся в том, что устройство имеет дополнительную погрешность измерения, которая определяется конечным суммарным значением сопротивлений подводящих концов и коммутирующего устройства, а также соизмеримостью сопротивления с внутренним сопротивлением ХИТ, как и предыдущее устройство (описанное в патенте России №2214025, БИ №28, 2003 г.). Кроме того, известное устройство имеет большую погрешность измерения при измерении ХИТ большой емкости (Q>200 А·ч), когда время заряда конденсатора становится очень малым. Например, при С4=5000 мкФ, U=2 В и Q=2000 А·ч, время заряда составит около 12 мкс. Что значительно меньше, чем быстродействие широко распространенных типов АЦП - 100 мкс. Увеличение значения емкости конденсатора приведет к увеличению весогабаритных характеристик устройства или, если применять электролитические конденсаторы большой емкости, к изменению параметров в течение времени.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности, сокращение времени измерения электрической емкости ХИТ и упрощение конструкции устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем измеряемый химический источник тока 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, вход которого соединен со вторым полюсом (положительным) измеряемого ХИТ, конденсатор 3 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, ключ на замыкание 4, соединенный параллельно конденсатору 3, АЗУ 5, вход которого соединен со входом ключа 2, компаратор 6, первый вход которого соединен с выходом ключа 2, делитель напряжения 7 с коэффициентом деления k=0,95, вход которого соединен с выходом АЗУ 5, а выход - со вторым входом компаратора 6, АЦП 8, вход которого соединен с выходом АЗУ 5, микроконтроллер (МК) 9, первый вход которого соединен с выходом компаратора 6, второй вход соединен с выходом АЦП 8, а первый и второй выходы которого соединены, соответственно, со входами управления ключей 2 и 4, блок индикации 10, вход которого соединен с третьим выходом МК9, ключ запуска начала измерения 11, вход которого соединен с четвертым выходом МК 9, а выход - с общей шиной устройства, введен цифроаналоговый преобразователь 12, вход которого соединен с пятым выходом МК 9, а выход - с опорным входом АЦП 8, алгоритм обработки сигнала в МК 9 представлен следующей формулой:
Figure 00000003
где Qэл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А·ч;
С - емкость заряжаемого конденсатора, Ф;
UХИТ - напряжение на измеряемом источнике тока, В;
tзар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;
tком - время компенсации увеличения времени заряда конденсатора за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора;
k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока.
На чертеже изображена электрическая схема для измерения электрической емкости химического источника тока.
Схема включает измеряемый химический источник тока 1, ключ 2 на замыкание цепи, конденсатор 3 известной емкости, ключ 4 сброса заряда конденсатора 3, АЗУ 5, компаратор 6, делитель напряжения 7 с коэффициентом k=0,95, АЦП 8, микроконтроллер 9, блок индикации 10, ключ запуска 11, ЦАП 12. Причем, сопротивление соединительных проводов, ключа 2 в замкнутом состоянии и токосъемников должно быть минимально возможным (примерно, на порядок меньше внутреннего сопротивления измеряемого источника тока).
Предложенное устройство работает следующим образом. После подсоединения измеряемого ХИТ 1 к устройству кратковременным нажатием ключа 11 запускается МК 9 и программа последовательности управления ключами 2 и 4. Напряжение ХИТ подается на вход АЗУ 5 и запоминается. С выхода АЗУ 5 напряжение подается на вход делителя напряжения 7 и на вход АЦП 8. Затем замыкается ключ 2 и МК 9 начинает отсчитывать время заряда. Через ключ 2 заряжается конденсатор 3. В процессе нарастания напряжения заряда на конденсаторе от измеряемого ХИТ это напряжение, подаваемое на первый вход компаратора 6, сравнивается с напряжением, запомненным в АЗУ 5 и подаваемым через делитель 7 на второй вход компаратора 6. При достижении напряжением заряда уровня 0,95 от UХИТ срабатывает компаратор 6 и МК 9 останавливается, фиксирует время tзар заряда конденсатора 3. Т.к. в МК 9 вводится фиксированное значение времени компенсации tком за счет конечного сопротивления подводящих проводов и проходного сопротивления ключа 2, то на выходе ЦАП 12 формируется аналоговый сигнал следующего вида:
Figure 00000004
где kЦАП - коэффициент преобразования ЦАП 12, В/с.
Это напряжение подается на опорный вход АЦП 8. При этом результат преобразования NАЦП на выходе АЦП 8 будет связан с величинами UХИТ и Uцап следующим соотношением:
Figure 00000005
где kЦАП - коэффициент преобразования АЦП 8
или с учетом (3):
Figure 00000006
где k1=kАЦП/kЦАП
В блоке памяти программ МК 6 записана программа, реализующая следующий алгоритм:
Figure 00000007
или с учетом (5):
Figure 00000008
где С - численное значение емкости конденсатора 3, записанное в памяти МК 9;
U - напряжение на измеряемом источнике тока, В;
tзар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;
tком - время, компенсирующее увеличение времени заряда конденсатора за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора;
k - коэффициент, устанавливаемый для каждого типа ХИТ и записанный в блоке памяти данных МК 9 как константа (для кислотных и щелочных негерметичных ХИТ k=2).
Значение Qэл вычисляется МК 9 и выводится на блок индикации 10. После индикации результатов вычисления Qэл МК 9 дает команду на включение ключа 4 и происходит разряд конденсатора 3.
Таким образом, математическая операция деления выполняется непосредственно на АЦП, что разгружает микроконтроллер, уменьшает погрешность измерения и увеличивает быстродействие выполнения заданной программы. Введение в программу обработки времени компенсации исключает погрешность за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора.

Claims (1)

  1. Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока (ХИТ) и содержащее измеряемый ХИТ 1, один полюс которого (минус) соединен с общей шиной устройства, ключ 2 на замыкание цепи, вход которого соединен со вторым полюсом (положительным) измеряемого ХИТ, конденсатор 3 известной емкости, одна пластина которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом ключа 2, ключ на замыкание 4, соединенный параллельно конденсатору 3, АЗУ 5, вход которого соединен со входом ключа 2, компаратор 6, первый вход которого соединен с выходом ключа 2, делитель напряжения 7 с коэффициентом деления k=0,95, вход которого соединен с выходом АЗУ 5, а выход - со вторым входом компаратора 6, АЦП 8, вход которого соединен с выходом АЗУ 5, микроконтроллер (МК) 9, первый вход которого соединен с выходом компаратора 6, второй вход соединен с выходом АЦП 8, а первый и второй выходы которого соединены, соответственно, со входами управления ключей 2 и 4, блок индикации 10, вход которого соединен с третьим выходом МК 9, ключ запуска начала измерения 11, вход которого соединен с четвертым выходом МК 9, а выход - с общей шиной устройства, введен цифро-аналоговый преобразователь 12, вход которого соединен с пятым выходом МК 9, а выход - с опорным входом АЦП 8, а алгоритм обработки сигнала в МК 9 представлен следующей формулой:
    Qэл=C·UХИТ/[(tзар-tзар)·2k],
    где Qэл - электрическая емкость измеряемого источника тока, А·ч;
    С - емкость заряжаемого конденсатора, Ф;
    QХИТ - напряжение на измеряемом источнике тока, В;
    tзар - время заряда конденсатора от измеряемого источника, с;
    tком - время компенсации увеличения времени заряда конденсатора за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора;
    k - коэффициент, учитывающий конструктивные и технологические особенности измеряемого химического источника тока.
RU2006119283/28A 2006-06-01 2006-06-01 Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока RU2328011C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119283/28A RU2328011C2 (ru) 2006-06-01 2006-06-01 Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119283/28A RU2328011C2 (ru) 2006-06-01 2006-06-01 Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006119283A RU2006119283A (ru) 2007-12-27
RU2328011C2 true RU2328011C2 (ru) 2008-06-27

Family

ID=39018278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006119283/28A RU2328011C2 (ru) 2006-06-01 2006-06-01 Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2328011C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU183327U1 (ru) * 2018-03-19 2018-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Устройство определения параметров химических источников тока
RU2791570C1 (ru) * 2022-02-18 2023-03-10 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Устройство для измерения сопротивления химических источников тока (ХИТ)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU183327U1 (ru) * 2018-03-19 2018-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Устройство определения параметров химических источников тока
RU2791570C1 (ru) * 2022-02-18 2023-03-10 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Устройство для измерения сопротивления химических источников тока (ХИТ)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006119283A (ru) 2007-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7656164B2 (en) Method of voltage measurement and apparatus for same
US4153867A (en) Device for determining the charge condition for a secondary electric storage battery
CN108627688B (zh) 一种电动车高压母线监测装置及监测方法
JP2002277495A (ja) 容量を測定するための方法
US20080297175A1 (en) Apparatus and method for measuring capacitance to ground of conductor
EP3428588A1 (en) Optical sensor arrangement and method for light sensing
US4217543A (en) Digital conductance meter
RU2328011C2 (ru) Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока
TWI383158B (zh) Capacitance measurement circuit and method
CN109633251B (zh) 一种if电路积分电压峰峰值求解方法及装置
US7902830B2 (en) System to measure series-connected cell voltages using a flying capacitor
RU2354986C2 (ru) Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока
US11243237B2 (en) Method for determining an electrical parameter and measurement arrangement for determining an electrical parameter
RU2783471C1 (ru) Способ определения заряда химического источника тока
JP4508977B2 (ja) 組電池電圧測定装置及び組電池電圧測定方法
JP2001027655A (ja) 容量型センサの信号処理回路
GB1589957A (en) Method and apparatus for determining the resistance value of an unknown resistance by measuring the conductance of that resistance
US7733259B2 (en) System having a signal converter device and method of operating
CN113075459B (zh) 静电容量检测装置
RU2354985C2 (ru) Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока
US4020349A (en) Apparatus for reading and recharging condenser ionization chambers
US20220200614A1 (en) Method for precisely detecting a signal for example of a sensor
RU2326474C2 (ru) Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока
US20240000313A1 (en) Intraocular pressure sensing device and method using sensor based on half wheatstone bridge
SU623437A1 (ru) Устройство дл измерени энергетического спектра пучка зар женных частиц

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080602