RU2449302C1 - Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока - Google Patents
Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449302C1 RU2449302C1 RU2010145973/28A RU2010145973A RU2449302C1 RU 2449302 C1 RU2449302 C1 RU 2449302C1 RU 2010145973/28 A RU2010145973/28 A RU 2010145973/28A RU 2010145973 A RU2010145973 A RU 2010145973A RU 2449302 C1 RU2449302 C1 RU 2449302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- resistance
- current source
- chemical
- meander
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). Сущность: осуществляют измерение на переменном токе активной и реактивной составляющих полного сопротивления ХИТ с использованием меандрового напряжения. Дополнительно используются параметры начальных стадий переходных процессов, возникающих в ХИТ при его замыкании на резистор. Это позволяет определить на переменном токе значения омического сопротивления электролита, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев, а также значение внутреннего значения ХИТ постоянному току. Технический результат: увеличение числа измеряемых параметров. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ).
Известен способ определения сопротивления ХИТ постоянному току, приведенный в [1] и заключающийся в том, что через ХИТ пропускают электрический ток разряда, значение которого определяется включенным последовательно с ХИТ резистором, имеющим определенное значение сопротивления, и выполняют первое измерение тока, проходящего через последовательную цепь, и первое измерение падения напряжения на ХИТ. По их значениям определяют первое значение сопротивления ХИТ. Затем второй раз через ХИТ пропускают электрический ток разряда, значение которого определяется включенным последовательно с ХИТ резистором, имеющим другое значение сопротивления, и выполняют вторые измерения тока и падения напряжения на ХИТ. По двум значениям напряжения и двум значениям тока определяют значение сопротивления ХИТ постоянному току по известной формуле. Способ [1] позволяет измерять внутреннее сопротивление ХИТ только постоянному току.
Наиболее близким способом определения полного сопротивления ХИТ по отношению к заявляемому является способ определения сопротивлений ХИТ, приведенный в [2]. Способ-прототип заключается в том, что создают первое синусоидальное напряжение и два синхронных с ним напряжения, имеющих форму меандра, периоды которых равны периоду синусоидального напряжения. Меандровые напряжения создают таким образом, чтобы фронт первого из них совпадал с моментом перехода первого синусоидального напряжения через нуль, а фронт второго из них был смещен относительно названного момента на четверть периода. Первое синусоидальное напряжение подают на измеряемое сопротивление, в качестве которого может выступать и ХИТ, и получают на его выходе второе синусоидальное измерительное напряжение с амплитудой, пропорциональной модулю анализируемого полного сопротивления, и имеющее сдвиг фазы относительно фазы первого синусоидального напряжения, равный фазовому сдвигу на анализируемом сопротивлении. Обработку второго синусоидального напряжения проводят с одновременным участием первого и второго меандровых напряжений путем раздельного перемножения каждого из них на второе синусоидальное напряжение с последующей фильтрацией результирующих сигналов, при этом по отфильтрованному результирующему сигналу, образуемому от перемножения второго синусоидального напряжения на первое меандровое, судят о величине активной составляющей полного сопротивления, а по отфильтрованному результирующему сигналу, образуемому от перемножения второго синусоидального напряжения на второе меандровое напряжение, судят о величине реактивной составляющей полного сопротивления.
Недостатком способа-прототипа является то, что он позволяет измерять значения только двух составляющих полного сопротивления ХИТ - одной суммарной активной и одной реактивной.
Задачей, на достижение которой направлено предлагаемое решение, является определение на переменном токе значений омического сопротивления электролита, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев, имеющих место на границах разделов электродов с электролитом у ХИТ, и внутреннего сопротивления ХИТ постоянному току.
Это достигается тем, что в способе определения составляющих полного сопротивления ХИТ, включающем формирование меандрового напряжения, пропускание тока через химический источник тока и последовательно соединенное с ним сопротивление периодическому току, имеющего частоту, равную частоте меандрового напряжения, получение первого измерительного аналогового напряжения путем перемножения напряжения, снятого с упомянутого сопротивления, на меандровое напряжение с последующей фильтрацией полученного напряжения фильтром низких частот и использование полученного аналогового сигнала для определения составляющих внутреннего сопротивления химического источника тока, пропускание периодического тока через химический источник тока и последовательно соединенное с ним сопротивление, выполненное в виде резистора, осуществляют периодическим замыканием управляемого меандровым напряжением ключа, включенного параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных химического источника тока и резистора, выделяют переменную составляющую напряжения, снимаемого с химического источника тока, и перемножают ее с меандровым напряжением с последующей фильтрацией полученного напряжения вторым фильтром низких частот и получением второго измерительного аналогового напряжения, по отношению второго измерительного аналогового напряжения к первому определяют значение комплексного сопротивления химического источника тока, затем образуют третье и четвертое измерительные аналоговые напряжения при однократном замыкании аналогового ключа путем измерения изменения напряжений на химическом источнике тока и резисторе в момент замыкания управляемым ключом названной последовательной цепи и по их значениям определяют значение омического сопротивления электролита химического источника тока, после окончания переходного процесса измеряют постоянное напряжение на резисторе и изменение напряжения на химическом источнике тока, которые служат первым и вторым измеренными постоянными напряжениями и по их значениям определяют величину внутреннего сопротивления химического источника постоянному току, расчет значения активного сопротивления электрохимических реакций, имеющих место на границах разделов электродов с электролитом, проводят по формуле:
а значение емкости двойных электрических слоев на границах разделов электродов с электролитом рассчитывают численными методами из уравнения:
где Rа - активное сопротивление электрохимических реакций; Rпт - сопротивление постоянному току химического источника тока; Rом - омическое сопротивление электролита; Cдс - емкость двойных электрических слоев на границах разделов электродов с электролитом; Т - период следования меандровых напряжений; |Z| - модуль комплексного сопротивления химического источника тока на частоте ω=1/T.
Функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения значений омического сопротивления электролита, активного сопротивления электрохимических реакций и емкости двойных электрических слоев, имеющих место на границе раздела электродов с электролитом у ХИТ, и внутреннего сопротивления ХИТ постоянному току, приведена на фиг.1, на которой обозначено: 1 - химический источник тока (ХИТ); 2 - управляемый ключ; 3 - резистор; 4 и 5 - первый и второй дифференциальные усилители (ДУ); 6 - элемент развязки по постоянному току; 7 и 8 - первый и второй перемножители; 9 и 10 - первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ); 11 - четырехканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 12 - микропроцессорный блок управления (МПБУ); 13 - буквенно-цифровой индикатор; 14 - пульт ручного управления.
На фиг.2, а и б приведены эквивалентная схема внутренних сопротивлений ХИТ и векторная диаграмма этих сопротивлений.
На фиг.3, а и б приведены эпюры сигналов на входах и выходе первого перемножителя сигналов 7 и на входах и выходе второго перемножителя сигналов 8 при периодическом замыкании-размыкании ключа 2, управляемого меандровым напряжением Uм.
На фиг.4 приведены эпюры напряжений на втором и третьем входах АЦП 11 и первом выходе МПБУ 12 при однократном замыкании ключа 2.
Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.
Сначала при нажатии кнопки пульта ручного управления 14 МПБУ 12 создает на своем первом выходе последовательность прямоугольных импульсов, имеющих форму меандра. Меандровый сигнал с первого выхода МПБУ 12 управляет ключом 2 и поступает на вторые входы перемножителей 7 и 8. Первый измерительный сигнал формируется на выходе ДУ 4 и подается на первый вход перемножителя 7. Второй измерительный сигнал формируется на выходе элемента развязки по постоянному току 6 и подается на первый вход перемножителя 8. С выходов перемножителей 7 и 8 сигналы подаются на входы ФНЧ 9 и ФНЧ 10. Первое и второе аналоговые напряжения формируются на выходах ФНЧ 9 и ФНЧ 10 соответственно и поступают на первый и четвертый входы АЦП 11. После достижения установившихся значений напряжений на выходах ФНЧ 9 и 10 МПБУ 12 рассчитывает значение модуля комплексного сопротивления ХИТ по формуле:
приведенной в [4], где U4 и U1 - значения напряжений на четвертом и первом входах АЦП 11, и сохраняет эти значения в оперативной памяти МПБУ 12.
Временные соотношения сигналов на первых входах (Uвх), на вторых входах (Uм) и на выходах (Uвых) перемножителей 7 и 8 приведены на фиг.3, а и 3, б. В формировании сигналов на выходе перемножителя 8 (Uвых на фиг.3, б) участвует не весь переходный процесс сигнала, имеющего место на входе (Uвх), а его часть, ограниченная половиной периода меандрового сигнала Uм на его втором входе. Рассчитанное по формуле (3) значение |Z| соответствует модулю комплексного сопротивления ХИТ на частоте следования импульсов [4].
Затем МПБУ 12 формирует на своем первом выходе управляющее напряжение, приводящее к постоянному замыканию управляемого ключа 2. Начальная часть напряжения ХИТ 1, включая скачкообразную часть, подается на входы ДУ 5 и с его выхода поступает на третий вход АЦП 11. Напряжение с резистора 3 подается на входы ДУ 4 и с его выхода поступает на второй вход АЦП 11. По законам коммутации напряжение на емкостях двойных электрических слоев Cдс скачком изменить нельзя, и в начальный момент времени (точки 1 на фиг.4) сопротивление ХИТ определяется омическим сопротивлением электролита (см. фиг.2). Значение омического сопротивления Rом рассчитывается МПБУ 12 по формуле:
где U3 и U2 - соответственно изменение напряжения на третьем входе АЦП 11 и значение напряжения на его втором входе; R - значение сопротивления резистора 3. Затем значение Rом сохраняется в оперативной памяти МПБУ.
Изменение напряжения на третьем входе АЦП 11 определяется по отношению к его значению, имевшему место при разомкнутом состоянии управляемого ключа 2 в момент времени t1 на фиг.4.
Через интервал времени, превышающий время переходного процесса в цепи, содержащей ХИТ 1, резистор 3 и замкнутый ключ 2, МПБУ 12 фиксирует изменение напряжения на третьем входе и напряжение на втором входе АЦП 11 (точки 2 на фиг.4) и по формуле (4) рассчитывается сопротивление ХИТ постоянному току Rпт, значение которого также сохраняется в оперативной памяти МПБУ.
Численные значения омического сопротивления электролита Rом, активного сопротивления электрохимических реакций Ra и емкостей двойных электрических слоев Cдс рассчитываются МПБУ по формулам (1) и (2) и отображаются на экране буквенно-цифрового индикатора 13.
В соответствии с диаграммой сопротивлений, приведенной на фиг.2, б:
Переходя в (5) к модулю комплексных величин, приходим к расчетной формуле (2).
По отношению к способу-прототипу предлагаемый способ позволяет определять значения омического сопротивления электролита, активного сопротивления электрохимических реакции, емкости двойных электрических слоев на границах разделов электродов с электролитом у ХИТ, и внутреннего сопротивления ХИТ постоянному току (способ-прототип позволяет определять два параметра внутреннего сопротивления ХИТ, предлагаемый - четыре).
Источники информации
1. ГОСТ Р МЭК 60896-2-99. Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний.
2. Пат. РФ №2154834, МКП: G01R 27/02. Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления // Петкевич Г.В., Петров Е.А., Мокшанцев В.П.; Заявл. 14.10.1998; Опубл. 20.08.2000. Бюл. №7 - прототип.
3. Багоцкий B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.
4. Туев В.И. Измерение сопротивлений двухполюсников с применением импульсного сигнала // Изв. Томск, политехн. ун-та. - 2006. - №1. - С.178-182.
Claims (1)
- Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока, включающий формирование меандрового напряжения, пропускание тока через химический источник тока и последовательно соединенное с ним сопротивление периодическому току, имеющего частоту, равную частоте меандрового напряжения, получение первого измерительного аналогового напряжения путем перемножения напряжения, снятого с упомянутого сопротивления, на меандровое напряжение с последующей фильтрацией полученного напряжения фильтром низких частот и использование полученного аналогового сигнала для определения составляющих внутреннего сопротивления химического источника тока, отличающийся тем, что пропускание периодического тока через химический источник тока и последовательно соединенное с ним сопротивление, выполненное в виде резистора, осуществляют периодическим замыканием управляемого меандровым напряжением ключа, включенного параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных химического источника тока и резистора, выделяют переменную составляющую напряжения, снимаемого с химического источника тока, и перемножают ее с меандровым напряжением с последующей фильтрацией полученного напряжения вторым фильтром низких частот и получением второго измерительного аналогового напряжения, по отношению второго измерительного аналогового напряжения к первому определяют значение комплексного сопротивления химического источника тока, затем образуют третье и четвертое измерительные аналоговые напряжения при однократном замыкании аналогового ключа путем измерения изменения напряжений на химическом источнике тока и резисторе в момент замыкания управляемым ключом названной последовательной цепи и по их значениям определяют значение омического сопротивления электролита химического источника тока, после окончания переходного процесса измеряют постоянное напряжение на резисторе и изменение напряжения на химическом источнике тока, которые служат первым и вторым измеренными постоянными напряжениями и по их значениям определяют величину внутреннего сопротивления химического источника постоянному току, расчет значения активного сопротивления электрохимических реакций, имеющих место на границах разделов электродов с электролитом, проводят по формуле:
Ra=Rпт-Rом,
а значение емкости двойных электрических слоев на границах разделов электродов с электролитом рассчитывают численными методами из уравнения:
,
где Ra - активное сопротивление электрохимических реакций; Rпт - сопротивление постоянному току химического источника тока; Rом - омическое сопротивление электролита; Cдс - емкость двойных электрических слоев на границах разделов электродов с электролитом; Т - период следования меандровых напряжений; |Z| - модуль комплексного сопротивления химического источника тока на частоте ω=1/Т.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145973/28A RU2449302C1 (ru) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145973/28A RU2449302C1 (ru) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2449302C1 true RU2449302C1 (ru) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010145973/28A RU2449302C1 (ru) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2449302C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608970C2 (ru) * | 2015-07-16 | 2017-01-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Алекто-Автоматика" | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления |
| 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 |
| RU2691624C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-06-17 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Славянский университет (КРСУ) | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его реализации |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1309124A1 (ru) * | 1985-10-08 | 1987-05-07 | Ленинградский Институт Водного Транспорта | Устройство дл определени составл ющих полного внутреннего сопротивлени аккумул торной батареи |
| RU2101806C1 (ru) * | 1996-02-01 | 1998-01-10 | Сибирская государственная горно-металлургическая академия | Способ определения электрических параметров аккумуляторных источников питания |
| RU2154834C2 (ru) * | 1998-10-14 | 2000-08-20 | Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления |
| RU2204839C2 (ru) * | 2001-05-04 | 2003-05-20 | Новосибирский государственный технический университет | Измеритель параметров электрохимических объектов |
| EP1566648A1 (de) * | 2004-02-18 | 2005-08-24 | VB Autobatterie GmbH | Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Kenngrösse für den Zustand einer elektrochemischen Speicherbatterie und Überwachungseinrichtung |
| EP1129343B1 (en) * | 1998-09-11 | 2008-06-11 | CHAMPLIN, Keith S | Method and apparatus for determining battery properties from complex impedance/admittance |
-
2010
- 2010-11-10 RU RU2010145973/28A patent/RU2449302C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1309124A1 (ru) * | 1985-10-08 | 1987-05-07 | Ленинградский Институт Водного Транспорта | Устройство дл определени составл ющих полного внутреннего сопротивлени аккумул торной батареи |
| RU2101806C1 (ru) * | 1996-02-01 | 1998-01-10 | Сибирская государственная горно-металлургическая академия | Способ определения электрических параметров аккумуляторных источников питания |
| EP1129343B1 (en) * | 1998-09-11 | 2008-06-11 | CHAMPLIN, Keith S | Method and apparatus for determining battery properties from complex impedance/admittance |
| RU2154834C2 (ru) * | 1998-10-14 | 2000-08-20 | Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления |
| RU2204839C2 (ru) * | 2001-05-04 | 2003-05-20 | Новосибирский государственный технический университет | Измеритель параметров электрохимических объектов |
| EP1566648A1 (de) * | 2004-02-18 | 2005-08-24 | VB Autobatterie GmbH | Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Kenngrösse für den Zustand einer elektrochemischen Speicherbatterie und Überwachungseinrichtung |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608970C2 (ru) * | 2015-07-16 | 2017-01-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Алекто-Автоматика" | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления |
| RU2691624C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-06-17 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Славянский университет (КРСУ) | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его реализации |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101688824B1 (ko) | Ａｃ 임피던스 측정 디바이스 | |
| Howey et al. | Online measurement of battery impedance using motor controller excitation | |
| US8655612B2 (en) | Battery model identification method | |
| JP5036818B2 (ja) | ポテンショメトリック測定プローブ用の測定方法および装置 | |
| CN106526321B (zh) | 阻抗测定装置及阻抗测定方法 | |
| TW201213829A (en) | Method and apparatus for detecting state of charge of battery | |
| WO2001040810A1 (en) | Method and apparatus for measuring complex self-immittance of a general electrical element | |
| RU2014131248A (ru) | Точное измерение аналита для электрохимической тестовой полоски на основании измеренных физических характеристик образца, содержащего аналит, и производных параметров биосенсора | |
| RU2013143142A (ru) | Определение электрической емкости при электрохимическом анализе с улучшенным смещением времени выборки | |
| RU2449302C1 (ru) | Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока | |
| CN101701983A (zh) | 基于music谱估计和hbf神经网络的电力系统间谐波检测方法 | |
| RU2513666C2 (ru) | Устройство для измерения потенциалов подземного сооружения | |
| RU2456624C1 (ru) | Устройство для измерения гармонических искажений электрического сигнала и его производных | |
| RU2658539C1 (ru) | Устройство для измерения электрофизических параметров нефти и ее компонентов | |
| RU2301425C1 (ru) | Способ определения полных входных сопротивлений электрических цепей и устройство для его осуществления | |
| RU2432900C2 (ru) | Многочастотный измеритель биоимпеданса | |
| RU2319443C2 (ru) | Устройство для измерения активной и емкостной составляющих импеданса небных миндалин | |
| RU2301426C1 (ru) | Устройство для определения полных входных сопротивлений электрических цепей | |
| RU2608970C2 (ru) | Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления | |
| RU2360260C1 (ru) | Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами | |
| CN106199285A (zh) | 任意交流载波下的电容特性测量设备及其测量方法 | |
| RU2603970C1 (ru) | Способ измерения концентрации ионов | |
| RU2377580C1 (ru) | Устройство для измерения электрического сопротивления изоляции | |
| RU183327U1 (ru) | Устройство определения параметров химических источников тока | |
| JP5444857B2 (ja) | 電気化学反応計測方法および電気化学反応計測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141111 |