Устройство для измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимического генератора

 

О П И C А Н И Е <и 560)89

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.03.76 (21) 2342157/07 (51) М. Кл. б 01R 27/16

Н 01М 8/00 с присоединением заявки ¹

Гасурврствеииый кемитет

Севетв Мииистрае СССР ае делам изебретеиий и аткрмтий (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.77. Бюллетень _#_o 20

Дата опубликования описания 07.07.77 (53) УДК 621.355.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Адрианов, Е. А. Ганин, Л. А. Мухина, В. Г. Шлеханов, П. А. Крылов и А. В. Велин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПЕДАНСНЪ|Х

ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДОВ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКО1 О ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к области электротехники; а именно к измерению импедансных частотных характеристик электродов электрохимических генераторов.

Известно устройство для определения частотных характеристик источников питания и потребителей. Так же известно устройство для измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимических генераторов, содержащее топливную ячейку, генератор синусоидальных сигналов и измеритель импеданса.

Однако, эти устройства не обеспечивают необходимой точности измерения и не позволяют провести измерения непосредственно в условиях, близких к эксплуатационным.

Целью изобретения является диагностика свойств электродов электрохимических генераторов измерением их импедансных частотных характеристик в рабочих условиях.

С этой целью в устройство введены источник постоянного тока, электрод сравнения, внешняя регулируемая нагрузка и измерительный шунт, последовательно соединенные с топливной ячейкой, а параллельно внешней нагрузке подключен задатчик синусоидального тока.

На чертеже представлена блок-схема измерения импедансных частотных характеристик электродов электрохимического генератора.

Эта схема содержит т.гплпвную ячейку 1, состояIöóþ из электролптной камеры 2, исследуемого электрода 3, электрода сравнения 4, вспомогательного электрода 5 и газовой полости б, источник питания 7, основную нагрузку

8, измерительный шунт 9, дополнительную нагрузку 10, подключаемую по синусоидальному закону с помощью полупроводниковой схемы, генератор синусоидальных источников 11, из10 меритель импедансных частотных характеристик 12.

Электрод в составе топливной ячейки последовательно соединяется с внешним источником постоянного тока 7 и замыкается на внешнюю

15 нагрузку 8, как если бы он находился в составе электрохимического генератора. Проводимость задатчика синусоидального тока изменяется по синусоидальному закону с помощью генератора синусоидальных сигналов 11. С

20 помощью нагрузки 8 устанавливается величина постоянного тока, а с помощью электрода сравнения 4 регистрируется потенциал электрода. Задатчпком точка устанавливается амплитуда спнусоидальных колебаний тока

25 нагрузки, прн этом амплитуда колебаний тока в сотни раз меньше постоянной составляющей тока нагрузки. Это позволяет в замкнутой схеме генерировать периодические колебания тока и потенциала электрода.

30 Регистрируя с шунта в качестве входного

5801S9 сигнала переменную составляющую тока и в качестве выходного сигнала переменную составляющую потенциала электрода и полагая, что исследуемый электрод аналитически описывается дифференциальным уравнением, допускающим линеаризацию в исследуемой рабочей точке поляризационной кривой (при малых колебаниях), на основании закона Ома, составленного для приращения координат, преобразованных по Лапласу, можно записать

z, () (э(Р) (>)

hl(p) где Z,(ð) — импеданс электрода в рабочей точке, или:

Z,(Jà) = () = )Z,-.((à) e +(>, (2)

AI (ju)) где (Z,. — модуль импеданса электрода; (а) — угол фазового сдвига между током и напряжением.

Задавая различную частоту колебаний тока, можно получить зависимость Х(со)и с (а) в широком интервале частот.

Эти же зависимости можно получить, исследуя их характер, в графической форме: от различных плотностей тока нагрузки через электрод; от давления рабочих газов; от температуры электролита; от конструктивных факторов электродов (пористость, содержание катализатора на единицу поверхности, толщины газозапорного слоя и т. д.).

Таким образом, получаемые количественные характеристики Х(о) и rp(co) могут служить для целей диагностики свойств электродов. Интерпретация опытных данных может быть использована для получения составляющих импеданса, выявления схемы замещения и т. д. Измерение модуля импеданса и угла фазового сдвига может быть произведено с помощью осциллоскопа, либо специального измерителя импедансных характеристик.

Использование новых элементов — источника постоянного тока, электрода сравнения, внешней нагрузки, измерительного шунта и задатчика синусоидального тока выгодно отличает предлагаемую схему измерения импедансных частотных характеристик электродов, так как создается возможность проведения измерения импеданса электрода неограниченной поверхности в рабочих условиях, т, е, когда в газовую камеру исследуемого электрода, находящегося под своим потенциалом, подается газ рабочего давления, а температура электролита может поддерживаться любой.

Кроме того, использование данной схемы измерений приводит к меньшей чувствительности полученных результатов от несущественных нелинейных особенностей электродов, так как при введении периодического возму15 щения рассматриваются гармонические составляющие координат на соответствующей частоте, тем самым производится гармоническая линеаризация и устранение нелинейных искажений.

20 Предложение использовать описанную схему для измерения импедансных частотных характеристик электродов в рабочих условиях представляет собой решение важной проблемы развития средств диагностики свойств

25 электродов при их разработке, промышленном производстве для установления допусков на динамические параметры, а также для изучения причин снижения характеристик электродов в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

Устройство для измерения пмпедансных частотных характеристик электродов электрохимического генератора, содержащее топлив35 ную ячейку, генератор синусоидальных сигналов и измеритель импеданса, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью диагностики свойств электродов электр охи мических генераторов измерением импедансных частотных характе40 ристик электродов в рабочих условиях, в устройство введены источник постоянного тока, электрод сравнения, внешняя регулируемая нагрузка и измерительный шунт, последовательно соединенные с топливной ячейкой, а

45 параллельно внешней нагрузке подключен задатчик синусоидального тока.

Составитель И. Найдина

Текрсд Л. Денискина

Рсдактор Н, Коляда

Корректор Е. Хмелева

Заказ 1462/13 Изд. ¹ 470 Тираж 1106 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4i5

Типография, пр. Сапунова, 2