SU676945A1 - Низкочастотный измеритель комплексных проводимостей - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  электрохимических исследований.

Известен низкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержавший мостовую измерительную цепь, в одно из плеч которой включен исследуемый объект (электрохимическа   чейка), источники задающих напр жений, устройство поддержани  .заданного напр жени  на объекте, измеритель посто нной составл ющей потенциала рабочего электрода и нуль-индикатор достижени  равновеси  измерительной цепи по переменному току 1.

Однако этот измеритель из-за ручного уравновещивани  и переходных процессов, возникающих при коммутации элементов плеча сравнени , имеет низкое быстродействие , узкий диапазон рабочих частот и не позвол ет проводить изучение исследуемого объекта в равновесных услови х, когда посто нна  составл юща  тока, протекающего через исследуемый объект, равна нулю.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению  вл етс  измеритель комплексных проводимостей, содержащий источники программно-измен ющегос  и синусоидального напр жени , соединенные с входом сумматора, выход которого соединей с входом устройства сравнени , выход которого через усилитель сигнала рассогласовани  соединен с преобразователем напр жение-ток, выход которого соединен с вспомогательным электродом электрохимической  чейки, содержащей рабочий электрод и электрод сравнени , а также ключ, соединенный с одним входом фазового детектора, выходы которого соединены с индикатором, а другой вход - с выходом фазовращател  2.

Недостатком этого измерител  комплексных проводимостей  вл етс  узкий диапазон функциональных возможностей, так как невозможно производить измерени  комплексной проводимости исследуемых объектов в равновесных услови х, что исключает возможность изучени  этих объектов без нарущени  действительной природы процессов.

Цель изобретени  - расщирение диапазона рабочих частот.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в низкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержащий источник программно-измен ющегос  напр жени , источник синусоидального напр жени , сумматор , повторитель напр жени , соединенный со сравнивающим электродом, введенным в электрохимическую  чейку, содержащую рабочий электрод, соединенный с общей шиной измерител , и вспомогательный электрод, ключ, блок фазовых детекторов , выходы которого соединены с входом устройства индикации, введены фиксатор уровн , тактовый генератор, два дифференциальных усилител , переключатель режима работы и резистор, причем выход источника программно-измен ющегос  напр жени  соединен с первым входом переключател  раОоты, второй вход которого соединен с выходом фиксатора уровн , а третий вход - с одним из выходов тактового генератора. Первый выход переключател  режима работы соединен с одним входом сумматора, а BTOpoii выход - с общей щиной измерител . Быход сумматора соединен с одним входом первого дифференциального усилител , другой вход которого соединен с одним из входов фиксатора уровн  и с выходом повторител  напр жени . Другой вход фиксатора уровн  соединен с другим выходом тактового генератора и с одним из входов ключа, другой вход последнего, соединен с вспомогательным электродом, а выход ключа непосредственно с одним входом и через резистор с другим входом второго дифференциального усилител . Другой вход последнего соединен с выходом первого дифференциального усилител . Выход второго дифференциального усилител  соединен с первым входом блока фазовых детекторогз, второй и третий входы которого соответственно соединены с одним и другим выходами источника синусоидального напр жени , другой выход последнего соединен с другим входом сумматора.

Фиксатор уровн  выполнен из последовательно соединенных запоминающего элемента , аналого-цифрового преобразовател , счетчика импульсов, буферного регистра и цифро-аналогового преобразовател .

На чертеже приведена функциональна  электрическа  схема измерител .

Исследуемым объектом  вл етс  электрохимическа   чейка 1, выполненна  в виде кюветы с электролитом, в который погружены рабочий 2 и вспомогательный 3 электроды, а также электрод 4 сравнени . Вспомогательный электрод 3 через ключ 5 и резистор 6 подключен к выходу дифференциального усилител  7, один вход которого через повторитель 8 напр жени  подключен к электроду 4 сравнени , а второй через сумматор 9 - к синфазному выходу источника 10 синусоидального напр жени  и через переключатель И режима - к источнику 12 программно-измен ющегос  напр жени  или к выходу фиксатора 13 уровн , один вход которого соединен с выходом повторител  8 напр жени . Входы ключа 5 и фиксатор 13 уровн  подключены к тактовому генератору 14, который через переключатель 11 режима работы подключен к общей щине.

Блок 15 фазовых детекторов состоит из измерител  посто нной составл ющей и измерителей действительной и мнимой компонент переменной составл ющей напр жени  на входе 16, подключенного через дифференциальный усилитель 17 к резистору 6. Входы 18 и 19 блока фазовых детекторов подключены к выходам источника 10 синусоидального напр жени . Выходы блока фазовых детекторов соединены с устройством 20 индикации.

Фиксатор 13 уровн  состоит из последовательно соединенных запоминающего элемента 21, аналого-цифрового преобразовател  22, счетчика 23 импульсов, буферного регистра 24 и цифро-аналогового преобразовател  25.

Измеритель работает следующим образом .

При установке переключател  11 режима работы в положение, изображенное на чертеже , измеритель работает в равновесном режиме. В этом режиме тактовый генератор 14, который своим выходным импульсом размыкает ключ 5 и отключает вспомогательный электрод 3 от измерительной цепи . Одновременно импульс тактового генератора 14 поступает на вход фиксатора уровн . При этом запоминающий элемент 21 . фиксирует текущее значение разности напр жений между электродом 4 сравнени  и рабочим электродом 2.

Напр жение запоминающего элемента 21 преобразуетс  аналого-цифровым преобразовате .;1ем 22 в последовательный врем -импульсный код, который считываетс  счетчиком 23 импульсов и затем задним фронтом импульса тактового генератора 14 засылаетс  в параллельном коде в буферный регистр 24 дл  долгосрочного хранени . Параллельный код буферного регистра 24 преобразуетс  цифро-аналоговым преобразователем 25 в напр жение, равное напр жению рабочего электрода 2, которое через сумматор 9 поступает на вход дифференциального усилител  7.

Во врем  паузы между импульсами тактового генератора 14 ключ 5 замкнут, и электрохимическа   чейка 1 подключена через резистор 6 к выходу дифференциального усилител  7. Так как посто нные составл ющие напр жений на входах дифференциального усилител  7 равны, а из-за большого усилени  дифференциального. усилител  переменна  составл юща  напр жени  рабочего электрода 2 поддержи,- . ваетс  равной напр жению источника 10 синусоидального напр жени , то выходной ток дифференциального усилител  7, протекающий через резистор 6 и электрохимическую  чейку 1, равен

/1 92-4- ; ,

где ф2-4 и Т2-4 - напр жение и комплексна  проводимость между рабочим электродом 2 и электродом 4 сравнени ;

UQ - напр жение источника 10 синусоидального напр жени .

Ток /1 обусловливает на резисторе 6 падение напр жени  f/e, равное

и, - f,R, ад, 2-4 К V2-4,

где К UoRe const;

jRe - сопротивление резистора 6, пр : МО пропорциональное комплексной проводимости участка рабочий электрод 2 - электрод 4 сравнени .

Напр жение 0 воспринимаетс  дифференциальным усилителем 17 и поступает в блок фазовых 15 детекторов, где раздел етс  на действительную и мнимую составл ющие , которые и индицируютс  устрой-. ством 20 индикации. С приходом переднего фронта следующего импульса тактового генератора 14 операции в измерителе повтор ютс , вследствие этого исключаетс  протекание тока через электрохимическую  чейку 1 и обеспечиваетс  поддержание равновесных условий .

Переход измерител  в режим заданного напр жени  рабочего электрода 2 производ т установкой переключател  11 режима в положение, противоположное указанному на чертеже. В этом режиме тактовый генератор 14 выключен, а к входу сумматора 9 подключен источник 12 программно-измен ющегос  напр жени  t/ia. С помощью дифференциального усилител  7 между рабочим 2 и сравнивающим 4 электродами поддерживаетс  напр жение, равное . Следовательно, .выражение дл  напр жени  на резисторе 6 имеет вид

f/6 (,, + и, Г2-4) ,

где Rz-i - сопротивление участка рабочий электрод 2 - электрод 4 сравнени  по посто нному току.

Учитыва , что f/i2, Uo и R - известные величины, из последнего выражени  следует , что первое слагаемое однозначно определ ет посто нную составл ющую тока электрохимической  чейки 1 (Uiz/Rz-i}, второе - искомую комплексную проводимость Т2-4.

Предложенное устройство по сравнению с известными позвол ет производить изучение объектов с помощью переменного тока при сохранений равновесного режима объекта по посто нному току, т. е. позвол ет исключить вли ние измерительной цепи на природу процессов в объекте; расширить диапазон рабочих частот в инфранизкую область от единиц герц до нулевого значени .

Claims (2)

1.Низкочастотный измеритель комплексных проводимостей, содержащий источник

программно-измен ющегос  напр жени , источник синусоидального напр жени , сумматор, повторитель напр л ени , соединенный со сравнивающим электродом, введенным в электрохимическую  чейку, содержащую рабочий электрод, соединенный с общей щиной измерител , и вспомогательный электрод, ключ, блок фазовых детекторов , выходы которого соединены с

входом устройства индикации, отличающ ий с   тем, что, с целью расширени  диапазона рабочих частот, в него введены

фиксатор уровн , тактовый генератор, два дифференциальных усилител , переключатель режимов работы и резистор, причем

выход источника программно-измен ющегос  напр жени  соединен с первым входом переключател  режима работы, второй вход которого соединен с выходом фиксатора уровн , а третий вход - с одним из

выходов тактового генератора, первый выход переключател  режима работы соединен с одним входом сумматора, а второй выход - с общей шиной измерител , выход сумматора соединен с одним входом первоо дифференциального усилител , другой вход которого соединен с одним из входов фиксатора уровн  и с выходом повторител  напр жени , другой вход фиксатора уровн  соединен с другим выходом тактового

генератора и с одним из входов ключа, другой вход последнего соединен с вспомогательным электродом, а выход непосредственно с одним входом и через резистор с другим входом второго дифференциального усилител , при этом другой вход последнего соединен с выходом первого дифференциального усилител , выход второго дифференциального усилител  соединен с первым входом блока фазовых детекторов,

второй и третий входы которого соответственно соединены с одним и другим выходами источника синусоидального напр жени , другой выход последнего соединен с другим входом сумматора.

2. Низкочастотный измеритель по п. 1, отличающийс  тем, что фиксатор уровн  выполнен из последовательно соединенных заломинающего элемента аналого-цифрового преобразовател , счетчика

импульсов, буферного регистра и цифроаналогового преобразовател .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе I. Соколов Ю. М., Тедорадзе Г. А., Аракел н Р. А. Измерение емкости двойного сло  на частотах от 1 до 20 Гц. «Электрохими , № 4, т. 9, 1973, с. 554.

2.Авторское свидетельство СССР № 513326, кл. G 01R 27/00, 1974.