Высокочастотный измеритель импеданса электрохимических систем

;7 ДмфЧастяя САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ И ЕТЕЛЬСТБУ Н АВТОРСКОМ Р 39твердого телального сырья А.А8) ошин тельство СС 27/00, 197 льство СССР К 27/02, 19 электет быт е и мо ения с ем. Цел чности иств изоб изме- бочих ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(21) 4207760/24-21 (22) 09.03.87 (46) 23.10.88, Бюл, (71) Институт химии и переработки минер СО АН СССР(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМ ПЕЛАНСА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ .(57) Изобретение относ роизмерительной техник использовано для изуч электрохимических сист ретения - повышение то рения и расширение обл,ЯО 143241 частот обеспечивается путем введенияпервого формирователя сигнала промежуточной частоты и электронно-управляемого аттенюатора, повторителянапряжения, образцового пассивногодвухполюсника, второго трансформатора тока, измерительного преобразователя тока в напряжение. Измеритель состоит из генераторов 1 и27, электронно-управляемого аттенюатора 2, кабеля 3, электрохимическойячейки 4 с электродами 5, 6, трансформатора 7, потенциостата 9, измерительного преобразователя 1 2 така в напряжение, формирователей сигнала промежуточной частоты 13, 19,блока 17 фазочувствительных детекторов, измерительного преобразователя20 в напряжение, трансформатора 21,образцового пассивного двухполюсника 22, повторителя 23 напряжения.Изс.бретение отнсгс.итс.я к злектроиз.- мерителгчойг технике и может быть использовано для изучения свсгйстгз электрохимических систем.1 ель изобретения - повышение точности измерения и расширение области рабочих частот.На чертеже приведена функциональная электрическая схема измерителя,Измеритель содержит последовательно соеднненньге генератор 1 гармонических колебаний и электронно-управляемый аттенюатор 2, к выходу которого через соединительный кабель 3 подключается электрохимическая ячейка 4 вспомогательным 5 и рабочим 6 электродами, причем рабочий электрод пропущен через тороидальный сердечник трансформатора 7 тока.К участку ячейки между поляризующим электродом 8 и общим проводом подключен выход потенциостата 9, потенциальный вход которого соединен с электродом 10 сравнения. Пористая диафрагма 11 препятствует прохождению продуктов реакции, образующихся на поляризующем электроде 8 при протекании постоянной составляющей тока в основной объем ячейки, Вторичная обмотка трансформатора 7 тока через измерительный преобразователь 12 тока в напряжение, первый формирователь 13 сигнала промежуточной частоты, состоящий из последовательно соединенных смесителя 14, фильтра35 15 нижних частот и усилителя 16 промежуточной частоты, подключена к опорному входу блока 17 фазочувствительных детекторов и входу пепи 1840 автоматического регулирования, соединенной выходом с управляющим вхо" дом аттенюатора 2. Сигнальный вход блока 17 через вторые формирователь 19 сигнала промежуточной частоты45 измерительный пр еобр аз о ватель 20 тока в напряжение и трансформатор 21 тока, а также образцовый пассивный двухполюсник 22 и повторитель 23 напряжения подключен к вспомогательному50электроду. Формирователь 19 содержит смеси- тель 24, фильтр 25 нижних частот и усилитель 26 промежуточной частоты.Гетеродинные входы смесителей 14 и 24 формирователей 13 и 19 соединены с выходом второго генератора 27 гармонических колебаний.коэффициенты передачи соответствующих узлов измерителя, вносимый паразитный фазовый сдвиг канала формирования напря- жения Из (2) следует, что при К- сопя, 11 Р=. Н 1 1 К,1 - постоянная величина.Ток 1 протекая через участок ячейки между вспомогательным 5 и рабочим 6 электродами с импедансом Е , создает на нем падение напряжения(3) гг Р н Сигнал генератора 1 через аттеггкгатор 2 и кабель 3 прикладывается к у гастку ячейки 4 межг;у электродами 5 и 6, Ток Т протекающий через электрод 6, воспринимается вторичной обмоткой трансформатора 7 и преобразуется преобразователем 12 в напряжение, которое поступает на сигнальный вход смесителя 14. На гетеродинный вход смесителя 14 поступает напряжение генератора 27. Рабочая частота генератора 27 Г 2 сдвинута по отношению к частоте генератора 1 Гг на величину Г= сопзгг, при этом Г с Г,. Напряжение промежуточной частоты выделяется фильтром 15, усиливается усилителем 16 и поступает на опорный вход блока 17 и вход цепи 18. Эта цеггь производит сравнение модуля выходного напряжения формирователя 13, равного Нг, с ее опорным напряжением Еи при наличии их неравенства формирует усиленный разностный сигнал, который, воздействуя на аттенюатор 2, устанавливает на его выходе такое напряжение, что, пренебрегая погрешностью статизма петли автоматического регулирования для измерительной цепи, справедливо соотношение1432417 25 30 Пр = К Ьр соя ч = КК 0= КЬряЫ ц= КХ . ВНИИПИ Заказ 5420/37 Тираж 772 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Напряжение Пр через повторитель 23, двухполюсник 22, трансформатор 21, преобразователь 20 и Формирователь 19 поступает на сигнальный вход блока 17, При этом напряжение Ыу = Ыр 1 КгоК г 1 ККД Пр н= 1.1 К 1 е (4)О где К,9 -К - коэффициенты передачисоответствующих узловизмерителя;- вносимый паразитный фаОэовый сдвиг канала формирования напряжения19Преобразовав выражение (4) с учетом (2) и (3), имеют201 где ц= агс(Х/К),Х и К - мнимая и действительнаясоставляющие импеданса Ьр.ФТак как напряжение Ц 1 поступает на опорные входы блока 17, т,е. направление вектора 1)ц принято за начало отсчета фазовых углов сигналов измерителя, то выходные сигналы этого блока соответственно равныКЬсоя ( Рр + 4 р ) эЦ р =КЬня 1 п ( Ц+ Рр ),(6) К = ,К/К, = К " - фФициент преобразования,К = К еи- коэффициент пе 1140редачи блока 17 при подачена его входы синфазных сигналов.При выполнении равенства ц + ци= 0 т,е при выполнении соотноФшения К = К 1 = сопят., выходные сигналы блока 17 прямо пропорциональны искомым составляющим К и Х импеданса Ьмежду вспомс гательным 5 и рабочим 6 электродами электрохимической ячейки. Формула изобретения Высоко частотный измеритель импе- данса электрохимических систем, со-. держащий первый генератор гармонических колебаний и блок автоматического регулирования, соединенные соответственно с сигнальным и управляющим входами электронно-управляемого аттенюатора, выход которогосоединен с первой клеммой для подключения электрохимической системы,первый измерительный преобразовательтока в напряжение, соединенный черезпервый трансформатор тока с второйклеммой для подключения электрохимической системы, потенциостат, выход которого соединен с третьейклеммой для подключения электрохимической системы, вход - с четвертойклеммой, и блок фазочувствительныхдетекторов, опорный вход которогосоединен с входом блока автоматического регулирования, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и.расширения области рабочих частот, в неговведены вторые генератор гармонических колебаний, трансформатор токаи измерительный преобразователь тока в напряжение, образцовый пассивный двухполюсник и два преобразователя частоты, при этом выходы преобразователей частоты соединены с вхо-дами блока фазочувствительных детекторов, сигнальные входы - с выходамиизмерительных преобразователей токав напряжение, а гетеродинные входысоединены с выходом второго генератора гармонических колебаний, входвторого измерительного преобразователя тока в напряжение через второйтрансформатор тока, образцовый пас-"сивный двухполюсник и повторительнапряжения, которые соединены последовательно, подключены к пятой клемме для подключения электрохимическойсистемы,