Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) (11) 79 7/2 1 И 27/26 1)5 НТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ ССС ТЕН И б вследствие многоя элементов плеча ировке моста имеет па- ан- сти КИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН СССР (72) С.П.Новицкий(56) 1. Авторское свидетельство СССР % 158627, кл. 6 01 В 27/14, 1963.2. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. М.: Наука, 1973, с.106 - 111.(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ. ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДНОЙ ГРАНИЦЫ ПРИ ЗАМЕДЛЕННОЙ СТАДИИ РАЗРЯДА (57) Использование: для изучения электро- физических свойств электрических объектов, в частности электрохимических. Сущность изобретения: способ основан на измерении дисперсии импеданса электрод; ной границы от частоты измеряемого сигнала, причем с целью повышения точности и быстродействия формируют измеряемый сигнал, прямо пропорциональный импеданИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть преимущественно использовано для изучения электрофизических свойств электрических объектов, в частности электрохимических.Известен способ измерения параметров сложных электрических обьектов с помощью моста переменного тока, питаемого от генератора качающейся частоты, в котором последовательной регулировкой элементов плеча сравнения добиваются частотно независимого баланса моста и по значениям элементов плеча сравнения отсу электродной границы, и компенсирующий сигнал, синфазный действительной составляющей измеряемого сигнала, циклически изменяя значение рабочей частоты ви одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводят измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (первый разностный сигнал 1 Р 1). производят отсчет и запоминание значений модуля компенсирующего Ек 1 и ЕР 1 сигналов, затем значение Ек 1 уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю ЕР 1, производят отсчеты значений модулей уменьшенного компенсирующего. сигнала ЕК 2 и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов Ер 2, после чего определяют по формулам значения сопротивления электролита Яэ, сопротивления стадии разряда ВР и емкости двойного электрического слоя Сд, 2 ил. считывают значения параметров исследуемого объекта 1),Однако этот спосократного регулированисравнения при баланснизкое быстродействие,Известен также способ измеренияраметров электродной границы, основный на измерении частотной зависимоимпеданса и последующей графоаналитической обработке получен н ы х да . н ы х (2).Однако этот способ вследствие необходимости графоаналитической обработФ1 Ер 11 - 1 Ер 2 с,. 5 данных имеет низкое быстродействие и невысокую точность измерения.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения искомых параметров электродной границы.Цель достигается тем, что в измерительной цепи формируют электрический сигнал, прямо пропорциональный импедансу электродной границы, а также компенсирующий сигнал, синфазный действительной компоненте измеряемого сигнала, Циклически изменяя значение рабочей частоты, например, по законуа 1, в 2, а и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала. приводят измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте значения модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (эта разность сигналов - первый разностный сигнал), По достижении указанного квазиравновесия производят отсчет и запоминание значений модулей компенсирующего Е 1 и первого разностного Ер 1 сигналов, Затем, регулируя компенсирующий сигнал, его значение уменьшают на величину, равную модулю первого разностного сигнала, производят отсчеты значений модулей, уменьшенного компенсирующего сигнала Ек 2 и разности измеряемого и уменьшенного компенсирующего сигналов Ер 2, после этого значения искомых параметров электродной границы - сопротивления электролита Вэ, сопротивления стадии разряда Вр и емкости двойного электрического слоя Сд вычисляют по формуламВэ = Кф 1 Ек 21;В р = 2 К 11-р 1 где К = 1111, 1 - значение переменной составляющей тока. протекающего через электродную границу. Сравнение признаков заявляемого способа с признаками известных способов показывает, что хотя операции регулирования уровня сигнала, сравнения модулей сигналов, измерения и запоминания уровня сигнала известны, однако их сочетание в указанной в формуле изобретения последовательности ново, проявляет новое свойство, что приводит к повышению точности и быстродействия процесса измерения. В особенности предложенный способ эффективен при изучении. свойств электрохимических систем с разбавленными электролитами, т,е. при преобладающем в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 измеряемом импедансе значении сопротивления электролита.На фиг, 1 показан пример реализации способа; на фиг.2 - диаграммы сигналов устройства в моменты достижения определенных измерительных состояний.Устройство (фиг,1), реализованное на основе предложенного способа, работает следующим образом,Напряжение Ео генератора 1 гармонических колебаний с помощью измерительного преобразователя 2 преобразуется в ток 1, протекающий через исследуемую электро- химическую ячейку 3, представляющую собой сосуд с электролитом, в который погружены вспомогательный 4 и рабочий 5 электроды, Ток измерительного преобразователя не зависит от значения импеданса электрохимической ячейки и равен1 К 2 Еогде К 2- коэффициент передачи измерительного преобразователя 2, Напряжение Еи, формируемое на выходе измерительного преобразователя 2, при площади вспомогательного электрода, значительно превосходящей площадь рабочего электрода, прямо пропорционально импедансу Еи границы рабочий электрод -, электролит и равноЕи 1 Еи = - К 2 ЕоЕи.Это напряжение в сумматоре 6 складывается с компенсирующим напряжением Ек = К 7 Ео, формируемым масштабным преобразователем 7 (с коэффициентом передачи К 7), Выход сумматора 6 через амплитудный детектор 8, инвариантный к постоянной составляющей его входного сигнала, подсоединен к сигнальному входу модульного указателя 9 измерительного состояния, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 10 и управляющим входом генератора 1 гармонических колебаний. Под действием импульсов тактового генератора 10 рабочая частота генератора 1 изменяется по закону в 1, оа, в 1 гФормируемые при этом на выходе сумматора 6 напряжения Ер 1 = ЕоК 7- ЕОК 2 Еп И 1) Ер 1 = Ео К 7- Ео К 22 п (а 2) детектируются амплитудным детектором 8 и поступают в модульный указатель 9, где сопоставляются по уровню. При отсутствии из равенства модульный указатель 9 формирует управляющее воздействие ц 1, которое изменяет коэффициент передачи К 7 масштабного преобразователя 7 до достижения равенства модулей 1 Ер 1 1 и 1 Ер 1 1, Этому состоянию соответствует диаграмма сигналов (см, фиг.2 при 1 Е 11, равном отрезку ос). В момент выполнения равенства Ер 1- 1 Ер 1 1 модульный указатель 9 формирует уп 1779985равляющее воздействие р 2. При этом в измерительной цепи выполняются следующие операции,Тактовый генератор 10 и модульный указатель 9 выключаются.Запоминаются значения модулей сигналов Ер и Ек соответственно в запоминающих устройствах 11 и 12, соединенных выходами с сигнальными входами вычитаю- щего устройства 13. Входы запоминающих устройств 11 и 12 отключаются от выходов амплитудных детекторов 814 (на фиг.1 ключи в запоминающих устройствах не показаны), причем вход амплитудного детектора 14 соединен с выходом масштабного преобразователя 7.Переключается ключ 15 управляющих воздействий, который теперь подключает управляющий вход масштабного преобразователя 7 к выходу модульного указателя 16, формирующего управляющее воздействие сз при отсутствии равенства сигналов нэ его входах, соединенных с выходами вычитающего устройства 13 и амплитудного детектора 14.Подостижении равенстваЕк 1=1 Екг 1= 1 Ек -1 Ер 1 модульный указатель 16 формирует управляющее воздействие о 4, по приходе которого на управляющий вход запоминающего устройства 17, подключенного выходом к амплитудному детектору 8, в устройстве 17 запоминается значение модуля разностного сигнала Ерг (см. отрезок аЬ на фиг.1). На этом измерительный цикл заканчивается и значения искомых параметров электродной границы - сопротивления электролита Вз, сопротивления стадии разряда Вр и емкости двойного электрического слоя Сд - вычисляют по формуламВэ = К 1 Ек 21= КЕо 1 К 7:Вр = 2 К Ерш;1 Ер 1 г 1 Ер г Вр ф Ер 21 где К - 1/1 - сопз 1, Кт- значение коэффициента передачи масштабного преобразователя 7 в момент формирования на его выходе напряжения Екг, модуль которого (см, отрезок оа на фиг.2)1 Ек 21 =1 Ек 1 - Ерш,В предложенном способе для определения искомых параметров электродной границы используются лищь измерения модулей векторов Екг, Ер и Ерг, однозначно характеризующих искомые параметры. Как известно такие измерения в сравнении с измерениями векторных величин, выпол ненных, например, на основе фазочувствительного детектирования, обеспечивают нэ порядок и выше более высокую точность измерения. Этим определяется повышение на порядок в сравнении с известным (прототипом) способом 2 точности измерения искомых параметров. Наряду с этим быстрое раздельное измерение векторов Екг, Ер и Ерг обеспечивает и быстрое измерение исходных параметров электродной границы. В сравнении с 510 Е р 11 - 1 Е р 2122ф РР 2где К = 11 1 1 - постоянная; 111 - значениемодуля переменной составляющей тока 1,протекающего через электродную границу,заранее выбранная константа. мостовым 1) и графоаналитическим(2) методами быстродействие предложенного метода возрастает в сотки раэ.Формула изобретения 15 Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда, основанный на измерении дисперсии импеданса электродной границы от частоты измерительного 20 сигнала,отличающийсятем,чтосцельюповышения точности и быстродействия, в измерительной цепи формируют измеряемый сигнал, прямо пропорциональный импедансу .электродной границы, и 25 компенсирующий сигнал, синфазный действительной компоненте измеряемого сигнала, циклически изменяя значение рабочей частоты в и одновременно регулируя значение компенсирующего сигнала, приводит 30 измерительную цепь в квазиравновесие, характеризуемое инвариантностью к частоте модуля разности измеряемого и компенсирующего сигналов (первый разностный сигнал), производят отсчет и запоминание 35 значений модулей компенсирующего Екипервого разностного сигналов, затем значение компенсирующего сигнала уменьшают, при этом модуль уменьшаемого равен модулю первого разностного сигнала, произ водят отсчеты значений модулейуменьшенного компенсирующего сигнала Екг и разности измеряемого и уменьшенно- го компенсирующего сигналов Ерг, после чего значения искомых параметров электродной границы сопротивления электролита Вз, сопротивления стадии разряда Вр и емкости двойного электрического слоя С вычисляют по формулам50 В ЦЕВр = 2 К 1 Ер 1;